Capítulo 1. El sonido como vibración

Resumen: Este capítulo explica en qué consiste el sonido. Define el sonido como una vibración mecánica que se propaga por un medio elástico y delimita las características que debe poseer la vibración mecánica para ser percibida como sonido por nuestro sistema auditivo. Para proporcionar una imagen intuitiva de la vibración sonora y su propagación, se utilizan varios vídeos realizados con ayuda de Matlab. Mediante el modelo de un conjunto de esferitas unidas por muellecillos que simulan las variaciones de presión que se producen en el interior de un volumen de aire cuando se propaga un sonido, se presentan los conceptos de velocidad de propagación de la onda sonora, periodo y frecuencia de la oscilación, y longitud de onda. Así mismo, estos vídeos muestran que la forma de la onda en el espacio es la misma que la forma de la oscilación en el tiempo, a la vez que permiten observar que los retrasos ocasionados por la elasticidad del medio determinan la velocidad de propagación del movimiento ondulatorio.

¿Qué es el sonido?

Empecemos conociendo qué es el sonido, cualquier sonido, sea o no musical. La primera cuestión que es necesario tener clara es que el sonido es una vibración mecánica que se propaga en un medio elástico.
Si nos molesta el ruido que hace alguien que está en la habitación de al lado es porque la pared que nos separa se está moviendo, se está deformando, está vibrando. Bien, es cierto, se mueve muy poco, las deformaciones son mínimas, pero son lo suficientemente intensas como para que, a su vez, estas vibraciones mecánicas hagan vibrar el aire de nuestra habitación y el ruido de la habitación de al lado llegue a nuestros oídos.
Toda vibración es posible porque el medio que vibra es elástico. En efecto, el aire es elástico: el aire se comprime y se expande, aumentando y disminuyendo la presión que ejerce sobre todo lo que rodea. Y la pared, aunque no lo parezca a simple vista, también es elástica.
Así pues, cualquier vibración mecánica, hablando en términos generales, es sonido. Pero como habitualmente el medio por el que se transmite el sonido es el aire y como lo que nos interesa ahora es el sonido que los humanos somos capaces de percibir, para simplificar podemos pensar que el sonido es la alteración producida en nuestro sistema perceptivo por las pequeñas y rápidas oscilaciones de la presión del aire en torno a su valor medio.
Ahora bien, decimos que el sonido es movimiento, que la pared a través de la que llega a nuestros oídos el ruido de la habitación de al lado se está deformando, pero no vemos que nada se deforme, no apreciamos que nada se mueva. Ello se debe a dos peculiaridades de las vibraciones mecánicas que percibimos como sonido.
La primera es que las amplitudes de las vibraciones sonoras son, en general, muy pequeñas. Por poner un ejemplo, la variación de la presión sonora en una calle con un tráfico moderado, debida al ruido de los coches y de los transeúntes, es aproximadamente una millonésima parte de la presión media del aire.
La segunda es que las vibraciones sonoras son muy rápidas para ser seguidas por nuestra vista. Nosotros sólo percibimos como sonidos las vibraciones mecánicas que se producen dentro de un margen temporal adecuado a nuestra percepción, en concreto, aquéllas que realizan una oscilación completa en un rango que va desde unas 20 veces por segundo hasta unas 20.000 veces por segundo.
Para obtener una imagen intuitiva de la vibración sonora, podríamos imaginar el aire como si estuviera formado por pequeñas bolitas o esferitas unidas por diminutos muellecillos, unas esferitas que estarían igualmente espaciadas en su posición de equilibrio y que oscilarían siguiendo el movimiento de la fuente sonora.
Este modelo es apropiado para simular las variaciones de la presión del aire que constituyen el sonido. El hecho de que las esferitas se aproximen entre sí se corresponde con un aumento de la densidad del aire y, por lo tanto, de la presión, mientras que el que se alejen unas de otras representa la rarefacción y la disminución de la presión del aire. Los muellecillos simulan la posibilidad de todo medio elástico de ser deformado, así como su tendencia a recuperar la posición de equilibrio.
Utilizando este modelo de las esferitas y los muelles, he confeccionado varios vídeos didácticos, cuyos fotogramas han sido generados con Matlab. Estos vídeos nos ayudarán a asimilar los principales conceptos implicados en la vibración sonora, los cuales son estudiados en los apartados “Simulación de la vibración del aire en un sonido simple” y “Simulación de la vibración del aire en un fragmento sonoro complejo”. Espero que esta forma de representación resulte útil para entender en qué consiste la vibración del sonido y cómo se transmite por el aire el movimiento vibratorio desde la fuente sonora hasta nuestros oídos.

Simulación de la vibración del aire en un sonido simple

Veamos un vídeo que simula a cámara lenta cómo vibra el aire cuando suena un sonido simple, es decir, un sonido con una frecuencia y una amplitud estables y sin armónicos. El vídeo sigue el modelo del aire formado por una serie de bolitas y muellecillos que se desplazan cuando cambia la presión del aire como consecuencia de la vibración sonora.
El vídeo representa la vibración del aire cuando suena la nota la4 generada artificialmente, cuya frecuencia es de 440 Hz. He elegido para este ejemplo un sonido simple porque, al ser su movimiento vibratorio muy sencillo y repetitivo, nos va a permitir observar con facilidad los rasgos característicos de toda vibración sonora y de su propagación. He ralentizado el movimiento 440 veces y he amplificado mucho el desplazamiento de cada esferita para que se pueda apreciar la vibración con facilidad. El sonido del vídeo, sin embargo, corresponde a la nota la4 tal cual, es decir, sin ralentizar, por lo que la finalidad del sonido es meramente ilustrativa.

Figura 1. Vídeo que modeliza, ralentizada 440 veces, la vibración del aire ocasionada por la nota musical simple la4.

Aunque la finalidad del vídeo es puramente didáctica, he tratado de que el modelo sea lo más realista posible. Por ello cada cuadro del vídeo ha sido realizado con Matlab. Este programa me ha permitido calcular la posición instantánea de cada una de las esferitas del modelo durante la emisión de este sonido. Así, el vídeo simula lo que ocurre en una imaginaria sección cúbica de aire de 2 metros de lado situada en un espacio abierto, sin viento y sin obstáculos, lo cual evita la necesidad de tener en cuenta cualquier perturbación en la propagación del sonido.
Puesto que el sonido en realidad se propaga en todas las direcciones por igual, es necesario pensar que el cubo está a gran distancia de la fuente sonora, de modo que los movimientos de las esferitas puedan ser considerados como prácticamente paralelos. Para ello suponemos que a la izquierda del cubo, a 100 metros o más de distancia, un altavoz potente está emitiendo la nota musical la4 que acabamos de oír. Suponemos también que la nota está ya sonando de una forma estable cuando el vídeo se inicia.
Cada esferita del vídeo representa un volumen esférico de aire de 2,8 cm de radio. En su posición de equilibrio la distancia entre los centros de estas esferas es de 9,69 cm. He elegido esta distancia para que la longitud de onda del sonido analizado abarque un número entero de esferitas en nuestra simulación.
Ya que la propagación de la vibración se realiza de izquierda a derecha, en el vídeo los muellecillos sólo unen las esferitas en el sentido longitudinal. Esta es también la razón de que las esferitas que se mueven sincronizadamente estén agrupadas en paneles paralelos a las caras laterales del cubo.
Debemos suponer que la vibración que vemos en esta simulación está siendo provocada por la masa de aire que se encuentra a la izquierda del cubo, la cual, a su vez, está siendo movida por el cono del altavoz que está emitiendo la nota musical la4. Cuando el cono del altavoz se desplaza a la derecha, desplaza a la derecha la masa de aire que está en contacto inmediato con él, con lo que éste se comprime. Cuando se comprime, su densidad aumenta y, por lo tanto, la presión que ejerce sobre lo que le rodea se hace más elevada. Ello hace que, a su vez, pero con un cierto retraso, desplace y comprima el aire que sigue a continuación, y así sucesivamente. Cuando el cono del altavoz se desplaza hacia la izquierda, el vacío que deja atrae el aire de sus inmediaciones, con lo que su densidad disminuye y su presión desciende. Esta disminución de la presión provoca, a su vez, la atracción del aire vecino.

Propagación de la perturbación a través del aire

Los movimientos de la fuente sonora provocan una cadena de compresiones y rarefacciones que constituyen ondas de presión que se desplazan por el interior de la masa de aire. Veamos cómo se producen.
Lo primero que observamos a simple vista en el vídeo es un cubo que vibra, estirándose y encogiéndose como si fuera una especie de fuelle, y lo hace de una manera totalmente regular. La regularidad y simplicidad de esta vibración es debida a que estamos simulando un sonido simple, es decir, una nota musical sin armónicos.
Si nos distanciamos un poco de la pantalla para tener una visión de conjunto, podemos apreciar unas perturbaciones que se desplazan de izquierda a derecha. Estas perturbaciones, que se corresponden con las alteraciones de la presión del aire, constituyen un movimiento ondulatorio, que es la manera en la que se propaga el sonido desde la fuente sonora hasta nuestros oídos.
En efecto, distinguimos varias áreas donde los paneles de esferitas progresivamente se amontonan, dando una sensación de mayor densidad o, lo que viene a ser lo mismo, de mayor presión. Estas áreas de mayor densidad parecen surgir de la cara lateral izquierda del cubo, viajar de izquierda a derecha y desaparecer por la cara lateral derecha. Cada una de estas condensaciones que surge deja a su paso otra zona donde los paneles de esferitas se van separando y en la que, por lo tanto, la densidad y la presión del aire serán menores.
Podemos ver en el vídeo que estas condensaciones se renuevan una vez por segundo. En efecto, cada segundo parece surgir de la cara izquierda del cubo una nueva condensación, por lo que la frecuencia de las ondulaciones que apreciamos en este vídeo es de 1 Hz. Teniendo en cuenta que en él se representa el movimiento vibratorio ralentizado 440 veces, la frecuencia real con la que se renuevan estas zonas de presión en el aire será de 440 veces por segundo, lo que coincide con la frecuencia de la nota musical que está sonando, un la4 de 440 Hz.
Si midiéramos con exactitud, mediante un editor de vídeo u otro programa similar, el tiempo que tarda cada una de las condensaciones en recorrer el cubo, veríamos que es de 2,58 segundos. Como el lado del cubo representado mide 2 metros, en un segundo cada condensación recorrerá 0,775 metros (2 ÷ 2,58 = 0,775). Como la realidad es 440 veces más rápida, la velocidad real en la que se propagaría la perturbación sería de 341 m/s (0,775 × 440 = 341), lo cual es coherente con la velocidad de propagación del sonido en el aire.

Movimiento individual de oscilación

Sin embargo, si nos fijamos en cada una de las esferitas nos daremos cuenta de que no se van desplazando indefinidamente hacia la derecha, sino que tienen únicamente un movimiento oscilatorio horizontal en torno a su posición de equilibrio: sólo se mueven realizando un sencillo vaivén de izquierda a derecha y de derecha a izquierda, en un rango muy reducido de desplazamiento respecto a su posición central. Y lo mismo ocurre con los paneles en los que se agrupan.
Además, si observamos con un poco de detenimiento varias esferitas elegidas al azar podremos comprobar que todas ellas realizan el mismo movimiento. Unas se mueven antes y otras después en función del panel en el que se encuentran, pero todas las esferitas del cubo oscilan exactamente de la misma manera.
Dado que en nuestra simulación hemos elegido un sonido simple, el movimiento de cada esferita es un sencillo vaivén. Este sencillo vaivén repite el movimiento que ha efectuado el cono del altavoz al emitir el sonido.
Para observar con detalle el movimiento de una esferita cualquiera he realizado un vídeo en el que aparece la oscilación de una esferita del cubo aislada, ralentizada ahora 880 veces, es decir, el doble que en el vídeo de la figura 1. Conforme va oscilando se va dibujando la forma de su movimiento en el tiempo.

Figura 2. Vídeo con el movimiento de oscilación de una esferita cualquiera del cubo de la figura 1, ralentizado 880 veces.

Vemos que la forma de la gráfica que dibuja el movimiento de oscilación de cada esferita en el tiempo es una sucesión de eses. En efecto, en el momento en el que la esferita alcanza su máximo desplazamiento hacia la derecha se detiene instantáneamente y cambia de sentido, empezando a moverse hacia la izquierda. Entonces va aumentando progresivamente su velocidad hasta pasar por la posición de equilibrio, a partir de la cual va frenándose gradualmente hasta alcanzar su desplazamiento máximo hacia la izquierda. En ese momento de nuevo se detiene instantáneamente y cambia de sentido, moviéndose ahora hacia la derecha, recorriendo de la misma manera el mismo camino, pero en sentido opuesto, hasta llegar otra vez a su desplazamiento máximo por el lado derecho, donde inicia una nueva oscilación.
Observamos que la esferita tarda 2 segundos en realizar una oscilación completa. Esta duración es el periodo de oscilación de la esferita que vemos en la pantalla. Como el vídeo está ralentizado 880 veces, el periodo real de la oscilación de este sonido será de 2,3 milésimas de segundo (2 ÷ 880 = 0,0023).
Visto de otra manera, en un segundo la esferita de este vídeo realiza media oscilación completa. Eso quiere decir que su frecuencia de oscilación es de 0,5 Hz. Al estar ralentizado 880 veces, la frecuencia real de la oscilación es de 440 Hz, que es la frecuencia de vibración del la4 que está sonando. Comprobamos, así pues, que la frecuencia de oscilación de las esferitas es la misma que la frecuencia del movimiento ondulatorio de propagación, es decir, la frecuencia con la que se renuevan las condensaciones en un punto del espacio que hemos visto en el apartado anterior.

De la oscilación individual a la propagación ondulatoria

Al oír la palabra ondulación nos viene enseguida a la mente la imagen de las olas del mar o la de los círculos concéntricos que surgen en un estanque de agua al arrojar una piedra. Pero en nuestra simulación no vemos nada que ondule, nada que tenga la forma de una onda; a lo más, intuimos un cierto carácter ondulatorio en la sucesión de condensaciones y rarefacciones. Ello se debe a que las ondas mediante las que se propaga el sonido son ondas de presión longitudinales, mientras que las ondas del estanque o del mar son principalmente transversales.
Voy a explicar a continuación cómo son las ondas longitudinales mediante las que se propaga el sonido. Veremos cómo surgen las ondas sonoras a partir del movimiento individual de oscilación, que reproduce la oscilación de la fuente sonora, y de la elasticidad del medio, en este caso, el aire. Comprenderemos, así mismo, que como consecuencia de la elasticidad del medio, la forma de la onda en el espacio es la misma que la forma de la oscilación de la fuente sonora en el tiempo.
En términos de nuestra simulación, vamos a estudiar cómo a partir del movimiento oscilatorio de cada una de las esferitas se genera el movimiento ondulatorio mediante el que se propaga la perturbación.
Para ello he fabricado un vídeo con una fila aislada del cubo de la figura 1, en el que las esferitas aparecen oscilando, pero ahora con el movimiento ralentizado 880 veces. La oscilación de cada una de las esferitas se va dibujando en el tiempo con trazos de ocho colores distintos. La línea ondulada verde que aparece por encima y por debajo de las esferitas indica la variación de la presión del aire a lo largo del espacio.

Figura 3. Vídeo con el movimiento oscilatorio de una fila de esferitas ralentizado 880 veces.

Analicemos con un poco de detenimiento lo que vemos en este vídeo y lo que sucede en la realidad que simula.

a) En las ondas longitudinales la dirección de propagación es la misma que la de la oscilación

Podemos apreciar con claridad que la oscilación de cada una de las esferitas se realiza en la misma dirección que la propagación de las perturbaciones, en este caso, de izquierda a derecha. Por eso los desplazamientos individuales de las esferitas, al oscilar en torno a su posición de equilibrio, se camuflan en el movimiento general de propagación, lo que explica que en el cubo del aire vibrando de la figura 1 no se observe ninguna forma ondulada en el espacio.
En la realidad, los pequeñísimos desplazamientos del aire, representados por la oscilación de las esferitas, oscilan en la misma dirección en la que se propaga el sonido por el espacio, repitiendo el movimiento de la fuente sonora. Este tipo de ondas se llaman longitudinales y mediante ellas se propaga el sonido.

b) Los desfases provocados por la elasticidad transforman los desplazamientos oscilatorios del aire en oscilaciones de la presión

En el vídeo observamos que la elasticidad de los muellecillos causa retrasos en la transmisión del movimiento oscilatorio de las esferitas. Vemos que la fuente del movimiento de cada esferita es la que está situada inmediatamente a su izquierda; ahora bien, la elasticidad de la unión entre la esferita impulsora y la impulsada hace que los constantes cambios de velocidad del movimiento oscilatorio de la esferita impulsora se transmitan con retraso. Esto explica que los dibujos en forma de ese que cada esferita va trazando en el tiempo, aún siendo iguales en la forma, estén desfasados, lo que queda reflejado por los distintos colores con los que están pintados.
A su vez, el retraso en la transmisión del movimiento provoca que en unos momentos las esferitas se vayan aproximando y en otros se vayan alejando, con las correspondientes compresiones y elongaciones de los muellecillos que las unen.
Para entender cómo surge la oscilación de la presión a partir de los desfases derivados de la elasticidad, presento un nuevo vídeo con un detalle ampliado del movimiento de las dos primeras esferitas. En el rectángulo de la derecha se va trazando la separación entre ellas, o lo que es lo mismo, el grado de compresión o elongación del muelle que las une.

Figura 4. Vídeo con la oscilación de las dos primeras esferitas y la evolución de sus distancias.

Podemos apreciar en este nuevo vídeo cómo la evolución en el tiempo del grado de compresión o elongación del muelle reproduce, aunque desfasada, la forma y el ritmo de la oscilación de las esferitas individuales. En este caso, como estamos analizando un sonido simple, ambas oscilaciones tienen la forma de una sucesión de eses, que repiten la oscilación de la fuente sonora.
En efecto, en la vibración real la presión del aire en cualquier punto del espacio oscila con la misma forma y ritmo que los pequeñísimos desplazamientos de aire provocados por la oscilación de la fuente sonora.

c) La onda que se desplaza por el espacio tiene la misma forma que la oscilación en el tiempo

Como consecuencia de los desfases debidos a la elasticidad, se produce una cadena de condensaciones y rarefacciones del aire que se extiende por el espacio. Estas variaciones de la presión del aire a lo largo del espacio constituyen la onda sonora. Podemos hacernos una idea intuitiva de lo que es la onda sonora si nos fijamos en la línea ondulada verde del vídeo de la figura 3. Allí podemos ver también que la forma de esta onda que se desplaza imita los dibujos de colores que las oscilaciones de cada una de las esferitas van trazando en el tiempo.
En efecto, los retrasos producidos por la elasticidad de los muelles son también la causa de que el movimiento oscilatorio que realizan las esferitas en el tiempo se dibuje en el espacio. Si miramos con un poco más de atención ese vídeo, podremos apreciar que, en un instante cualquiera, la secuencia a lo largo del espacio de aproximaciones y separaciones entre las esferitas reproduce la secuencia de aproximaciones y separaciones de las dos primeras esferitas a lo largo del tiempo.
Como la fuente sonora está a la izquierda, lo que está más a la derecha en el espacio es lo que ha sucedido antes en el tiempo, pues es lo que ha tardado más en llegar. Puesto que la evolución de las distancias entre las esferitas repite el movimiento de la fuente sonora, conforme se encuentren más a la derecha —o sea, más lejos de la fuente—, su estado se corresponderá con un momento anterior. Por poner un ejemplo, la distancia entre las dos últimas esferitas de la derecha en un instante determinado es la misma que la que había en un instante anterior entre la penúltima y la antepenúltima, que, a su vez, es la misma que en otro instante anterior se producía entre la antepenúltima y la que le antecede, y así sucesivamente.
Así pues, en un instante dado, las distancias entre las sucesivas esferitas a lo largo de la fila reflejan la historia del movimiento de la fuente sonora.
Podemos observar también en este vídeo que la secuencia de separaciones entre las esferitas se va desplazando por el espacio. Lo que se desplaza a lo largo del espacio no son las esferitas, que sólo tienen un pequeño movimiento oscilatorio, sino el patrón de proximidad y lejanía entre ellas. Lo mismo sucede en la vibración real, donde lo que se desplaza no son las masas de aire, sino la onda de presión y con ella la información que lleva implícita, que no es otra sino la información de la fuente sonora.

d) En un sonido simple la onda de presión del aire tiene forma de ese y una longitud definida

Veamos ahora lo que es específico de un sonido simple y, en concreto, de la onda que corresponde a la nota la4 de nuestro ejemplo.
En el vídeo de la figura 3 podemos ver que la acumulación de los desfases provoca que todas las esferitas que estén separadas entre sí por ocho muellecillos oscilen siempre sincronizadamente.
En efecto, en los dibujos en forma de ese que trazan las esferitas al oscilar podemos apreciar que los retrasos con los que todas ellas repiten el movimiento de la primera de la izquierda se van incrementando linealmente, es decir, según la misma cantidad. La acumulación de los sucesivos retrasos hace que en la novena esferita el desfase respecto a la primera coincida exactamente con una oscilación completa, de modo que ambas oscilan de manera sincronizada. Los dibujos de las esferitas que oscilan sincronizadamente están pintados en el vídeo con el mismo color.
Como consecuencia de ello, las separaciones entre las esferitas forman un patrón en el espacio que se repite cada ocho esferitas. En cualquier momento en el que paremos el vídeo de la figura 3, si tomamos como primera la esferita que en ese momento está entre los muelles más comprimidos, siempre comprobaremos que la quinta esferita estará entre los muelles más distendidos y la novena, de nuevo, entre los muelles más comprimidos.
Al margen de las imprecisiones debidas al reducido número de esferitas, este patrón de compresiones y elongaciones representa la onda de presión sonora en el espacio. Podemos observar en ese vídeo que los valores máximos de presión, representados por los picos de la gráfica verde, vienen a coincidir con los puntos del espacio en los que los muellecillos están más comprimidos, mientras que los valores mínimos coinciden con aquellos puntos en los que los muelles están más estirados.
Para apreciar mejor la forma de la onda en el espacio en este sonido simple, presento una instantánea de la cara frontal del cubo de la figura 1, en la que he trazado la gráfica de la presión del aire. He teñido cada esferita siguiendo la misma serie de colores del vídeo de la figura 3, lo que facilita el reconocimiento del patrón.

Cara frontal del cubo que modeliza un volumen de aire, con la gráfica de la onda de presión en el espacio.
Figura 5. Cara frontal del cubo que modeliza un volumen de aire, con la gráfica de la onda de presión en el espacio.

La longitud de onda es la distancia entre dos puntos equivalentes de la perturbación o, lo que en nuestra simulación viene a ser lo mismo, entre dos esferitas del mismo color. En este caso, dado que la distancia entre las esferitas en la posición de equilibro es de 9,69 cm, esta longitud es de 77,5 cm (9,69 x 8), lo que corresponde a la longitud de onda esperada para la nota la4 a 440 Hz con una velocidad del sonido de 341 m/s.
Si ahora volvemos de nuevo al vídeo de la figura 3 y prestamos un poco de atención, podremos apreciar también que en el tiempo en el que cualquier esferita realiza una oscilación completa, es decir, en el tiempo del periodo de la oscilación —en ese vídeo 2 segundos—, el patrón que representa la onda de presión ha recorrido exactamente la distancia que lo define, en este caso el espacio abarcado entre los centros de nueve esferitas.
De la misma manera, en la vibración real de un sonido simple la longitud de la onda coincide con la distancia que recorre la onda de presión durante el tiempo que dura una oscilación completa, es decir, el periodo de la oscilación. En nuestro ejemplo, como el periodo de la oscilación real es, redondeando, de 2,3 milésimas de segundos (2 ÷ 880 = 0,002273) y la velocidad del sonido que hemos supuesto es de 341 m/s, la longitud de onda será de 77,5 cm ( (2 ÷ 880) × 341 = 0,775) , lo que coincide con la medida que hemos obtenido a partir de la figura 5.

Simulación de la vibración del aire en un fragmento sonoro complejo

El carácter sencillo y repetitivo de la vibración en el caso de un sonido simple se debe a que no posee armónicos y su amplitud y frecuencia permanecen constantes a lo largo de toda su duración. Pero la realidad sonora es mucho más compleja: los sonidos van cambiando con el tiempo; es frecuente que varias notas distintas estén sonando a la vez; y puede que ni siquiera se trate de un fragmento musical, sino de una conversación o del ruido de tráfico, por ejemplo.
Para hacernos una idea de cómo varía la presión del aire en el caso de un sonido complejo he fabricado un vídeo que representa la vibración ocasionada por un brevísimo fragmento del inicio de la Quinta Sinfonía de Beethoven. El sonido es meramente ilustrativo, pues la vibración que simula el vídeo correspondería solamente a 27 milésimas de segundo. He utilizado el mismo modelo del cubo de aire simulado por esferitas unidas por muellecillos. La única diferencia es que ahora, para que se pueda apreciar con más facilidad el movimiento individual de oscilación, he destacado con más luz una esferita.

Figura 6. Vídeo que modeliza, ralentizada 440 veces, la vibración del aire ocasionada por un fragmento de 27 milésimas de segundo del inicio de la Quinta Sinfonía de Beethoven.

Si nos fijamos en el movimiento de oscilación de la esferita más iluminada, no encontramos nada parecido al sencillo vaivén del vídeo que simula un sonido simple figura 1. En efecto, en el caso de un fragmento sonoro real, con toda su complejidad, los pequeñísimos desplazamientos de aire no consisten ya en una simple oscilación de tipo pendular que se repite una y otra vez, sino que se trata de una oscilación bastante más compleja, que se va transformando con el transcurso del tiempo. Además, y como consecuencia de ello, tampoco la onda de presión en el espacio tendrá una forma fija, sino que irá cambiando constantemente. Por eso, conceptos como periodo y frecuencia de la oscilación o longitud de onda ya no serán tan evidentes.
Pero, lo esencial de todo movimiento ondulatorio se cumple también en el caso de cualquier sonido complejo, sea o no musical.
Dado que en ambas simulaciones hemos supuesto las mismas condiciones para el aire, podemos apreciar que en los dos casos el retraso ocasionado por la elasticidad de los muellecillos es el mismo y, en consecuencia, la velocidad con la que se propagan las perturbaciones es también igual.
Y lo que es más importante, aunque el movimiento de oscilación sea complejo, observamos que también ahora todas las esferitas del cubo repiten, cada una con su retraso, el mismo movimiento, el movimiento que está inducido por la fuente. Esto nos ilustra sobre lo que ocurre en la vibración del aire. En el aire la oscilación de la presión en cualquier punto del espacio repite, con su correspondiente desfase en función de la lejanía, las variaciones de la presión originadas por la fuente sonora al emitir cualquier sonido.
Así mismo, vemos que también en el caso de un fragmento sonoro complejo, la secuencia de distancias entre las esferitas reproduce la forma de la oscilación de cada una de ellas. En lo que concierne al aire, la onda de presión a lo largo del espacio adquiere la misma forma que la oscilación de la presión en un punto a lo largo del tiempo.

Conclusión

Mediante la simulación por ordenador de la vibración sonora en el aire, hemos experimentado qué significa que el sonido sea una vibración mecánica que se propaga por un medio elástico. Hemos visto que el movimiento oscilatorio de la fuente sonora, sea simple o complejo, se repite en cualquier punto del medio elástico por el que se propaga, dando lugar a oscilaciones de la presión. Así mismo, hemos comprendido cómo en la transmisión del movimiento oscilatorio se generan ondas de presión que toman la misma forma que la oscilación de la fuente. En consecuencia, podemos concluir que la información sonora está contenida tanto en la oscilación de la presión en cualquier punto del espacio, como en las formas que va adquiriendo la onda al propagarse.

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