Cómo se produce el sonido: de la vibración a la onda

Das una palmada y, un instante después, alguien al otro lado del salón la oye. Entre esas dos cosas ocurre una cadena física bastante concreta: algo vibra, esa vibración empuja el aire que tiene alrededor y el empujón viaja hasta un tímpano. Así es como se produce el sonido, paso a paso, desde el objeto que se mueve hasta lo que acabas percibiendo (o captando con un micrófono).

Qué es el sonido: una vibración que viaja

El sonido es una perturbación mecánica que se propaga por un medio elástico, casi siempre el aire, en forma de onda de presión. Dicho corto: algo se mueve, y ese movimiento se contagia de molécula en molécula hasta llegar a ti.

La RAE recoge las dos caras del fenómeno. En su primera acepción define el sonido como la sensación producida en el órgano del oído por el movimiento vibratorio de los cuerpos, transmitido por un medio elástico como el aire. La palabra nombra a la vez la onda que viaja y la sensación que aparece cuando esa onda llega a un oído capaz de interpretarla.

La distinción importa más de lo que parece. La onda existe aunque no haya nadie delante para escucharla; la sensación, en cambio, necesita un oído y un cerebro que la traduzcan. Cuando hablamos de calidad de sonido en un equipo estamos hablando de las dos cosas a la vez: de lo que el aparato hace con el aire y de lo que tu oído es capaz de notar.

Cómo se produce el sonido, paso a paso

Todo sonido, sea una voz o un portazo, nace del mismo proceso: un cuerpo vibra, transmite ese movimiento al aire que lo rodea y el aire se ordena en zonas de más y menos presión que se alejan de la fuente. Merece la pena verlo en sus dos mitades.

La fuente que vibra

Al principio siempre hay algo que se mueve rápido y de forma repetida: la cuerda de una guitarra que acabas de pulsar, el parche de un tambor después del golpe, tus cuerdas vocales al hablar, el cono de un altavoz empujado por su bobina, la carcasa de un motor mal amortiguado.

Dos rasgos de esa vibración deciden cómo va a sonar: cuántas veces por segundo se repite el movimiento y cuánto recorrido tiene cada ida y vuelta. El primero se convertirá en la altura (grave o agudo) y el segundo en el volumen. Cuando el objeto deja de vibrar, el sonido se acaba en ese mismo instante: por eso al apoyar la mano sobre una cuerda que suena, se hace el silencio.

Compresiones y rarefacciones: cómo se forma la onda

Cuando la superficie que vibra avanza, aprieta las moléculas de aire que tiene delante y crea una zona con la presión algo más alta que la del ambiente. Es una compresión. Al retroceder deja detrás una zona con las moléculas más separadas y la presión algo más baja: una rarefacción. Como la fuente repite el ciclo decenas o miles de veces por segundo, sale de ella una sucesión de compresiones y rarefacciones que se aleja en todas direcciones.

Eso es la onda sonora, y tiene una peculiaridad que suele sorprender: las moléculas de aire apenas cambian de sitio. Solo oscilan hacia delante y hacia atrás empujando a sus vecinas, como una fila de fichas de dominó que se van tocando entre sí. Lo que recorre la distancia entre la fuente y tu oído es el empujón. A esa onda se la llama longitudinal porque las partículas oscilan en la misma dirección en la que avanza.

La imagen de las ondas en un estanque ayuda a visualizarlo, con una salvedad: en el agua la superficie sube y baja mientras la onda avanza en horizontal, y en el aire la oscilación y el avance van en la misma línea.

Cómo se propaga el sonido y por qué necesita un medio

La onda sigue avanzando mientras encuentre partículas a las que pasar el empujón. Cuanto más unidas y más rígidas estén esas partículas, antes se transmite el movimiento de una a la siguiente y más rápido viaja el sonido.

Velocidad en aire, agua y sólidos

En aire a unos 20 °C el sonido viaja a unos 343 m/s. En agua sube hasta unos 1.480 m/s, más de cuatro veces más rápido. En acero ronda los 5.000 m/s. La diferencia no la marca únicamente la densidad del material: pesa igual o más su rigidez, porque cuanto antes recupera un medio su forma al deformarlo, antes le pasa la perturbación al vecino.

Esto se nota fuera del laboratorio: pegar el oído a una vía o a una tubería permite escuchar lo que ocurre mucho más lejos de lo que el aire dejaría oír. En el aire, además, la temperatura cuenta, y el sonido corre algo más en aire caliente que en aire frío.

Por qué en el vacío no hay sonido

Sin materia no hay nada que empujar. En el vacío del espacio una explosión no genera ningún sonido audible por mucha energía que libere, porque faltan las moléculas que deberían transmitir la onda. Las películas de ciencia ficción se saltan esta regla con bastante alegría.

La luz de esa misma explosión sí llega, porque una onda electromagnética viaja sin necesidad de soporte material. Ahí está la diferencia de fondo entre ver una estrella y oírla.

Las propiedades del sonido: frecuencia, intensidad y timbre

Una onda sonora se describe con unos pocos parámetros, y cada uno se corresponde con algo que percibes al escuchar. Traducirlos es lo que después te permite leer la ficha de unos auriculares sin perderte.

Frecuencia: grave o agudo

Es el número de ciclos de compresión y rarefacción que ocurren por segundo, y se mide en hercios (Hz). Más ciclos por segundo, sonido más agudo; menos ciclos, más grave. Un oído joven y sano capta aproximadamente de 20 Hz a 20.000 Hz, y el extremo agudo de ese margen se va estrechando con la edad.

Cuando una ficha indica "respuesta en frecuencia 20-20.000 Hz", te está diciendo qué tramo de graves y agudos es capaz de reproducir el equipo.

Intensidad: el volumen

Depende de la amplitud de la onda, es decir, de cuánta energía lleva encima. Se mide en decibelios (dB), en una escala logarítmica que despista al principio: una conversación tranquila ronda los 60 dB y una calle con tráfico se acerca a los 80 dB, y ese salto de 20 dB supone cien veces más energía. A partir de unos 85 dB sostenidos durante horas, la exposición empieza a pasarle factura al oído.

Timbre: por qué distingues una guitarra de un piano

Ninguna fuente real vibra en una sola frecuencia. Junto a la nota principal aparecen los armónicos, frecuencias múltiples de ella, con más o menos peso según el material y la forma del objeto que vibra. Esa mezcla es el timbre, y es la razón de que reconozcas al instante quién ha dicho tu nombre desde la otra habitación.

El timbre también explica que dos altavoces con cifras parecidas en la ficha suenen distinto: cada uno acentúa unas zonas del espectro y suaviza otras. Si quieres ver cómo se ordenan estas propiedades en el terreno musical, lo desarrollamos en qué es el sonido musical y sus cualidades.

De la vibración a lo que oyes: oído, micrófono y altavoz

La onda termina su viaje cuando encuentra algo capaz de convertirla en otra cosa. Sea tu oído o un aparato, el principio es el mismo: una membrana que se mueve con las variaciones de presión.

Tu oído. El pabellón encauza la onda por el conducto auditivo hasta el tímpano, una membrana que vibra al ritmo de esas variaciones de presión. Los huesecillos del oído medio amplifican el movimiento y se lo pasan a la cóclea, donde miles de células ciliadas lo convierten en impulsos nerviosos. El cerebro hace el resto.

Un micrófono. Repite el mismo principio hasta la mitad del recorrido: un diafragma vibra con la onda y ese movimiento se traduce en una señal eléctrica. Lo que cambia de un modelo a otro es de qué direcciones recoge el sonido, que es su patrón polar. Lo explicamos en cómo un micrófono capta el sonido.

Un altavoz. Recorre el camino al revés. Una señal eléctrica mueve una bobina, la bobina mueve el cono y el cono vuelve a crear compresiones y rarefacciones en el aire, esta vez a propósito. Tienes el mecanismo completo en cómo un altavoz convierte la señal en sonido.

Aquí es donde la física se vuelve criterio de compra. Un altavoz suena bien cuando mueve el aire siguiendo con fidelidad la señal que recibe, sin exagerar unas frecuencias ni quedarse corto en otras. Si estás eligiendo, hemos ordenado las opciones por escenario en los mejores altavoces según tu uso. Y si te ronda hasta dónde llevar la exigencia antes de que el gasto deje de notarse, lo discutimos en hasta dónde compensa perseguir la calidad de sonido.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se produce el sonido, explicado para niños?

Algo se mueve muy deprisa: una cuerda, un tambor, tu garganta. Ese temblor empuja el aire que tiene al lado, y el empujón pasa de un trocito de aire al siguiente hasta llegar a tu oreja. Dentro tienes una piel finísima, el tímpano, que se mueve con esos empujones, y tu cerebro traduce ese movimiento en el sonido que reconoces.

¿Qué necesita el sonido para viajar?

Un medio material cuyas partículas puedan empujarse entre ellas: aire, agua, madera, metal. Cuanto más rígido es ese medio, más rápido avanza la onda. Donde no hay materia, como en el vacío, la propagación es imposible y no hay sonido que oír.

¿Es lo mismo el sonido que el sonido musical?

El sonido musical es un caso particular: su vibración es periódica, se repite con un patrón regular y por eso tiene una altura definida que puedes cantar o afinar. Un portazo también es sonido, pero su vibración es desordenada y no le asignas ninguna nota. Las cualidades que describen el primero las desglosamos en el sonido musical.