Bienvenidos. Este es el segundo artículo de la serie «Introducción al Sonido«, el que también pueden encontrar en forma de video en el canal Sonus Machina en YouTube. En el explicamos de forma simple y didáctica qué es el movimiento ondulatorio y su relación con el sonido.

Ondas transversales y longitudinales

Como dijimos en el artículo anterior, el sonido se propaga desde su fuente vibratoria a través de un medio elástico como el aire, cuyas moléculas transmiten su propia vibración a sus vecinas y así sucesivamente.

De forma similar, si dejamos caer una piedra en un estanque de agua quieta, esta produce una turbulencia que empuja las moléculas de agua con las que choca hacia abajo, pero como el agua es (al igual que el aire) un medio elástico y no se comprime tan fácilmente, estas moléculas que bajan empujan a sus vecinas hacia arriba. Y cuando estas moléculas que suben vuelven a caer, provocan sucesivamente el mismo efecto en sus vecinas, perdiendo una ligera cantidad de energía en el proceso. En el tiempo, este patrón de movimiento sube y baja se expande, alejándose de la turbulencia inicial en un movimiento circular concéntrico.

El fenómeno que acabamos de describir para el agua se conoce como onda transversal: una onda en la que sus partículas se mueven de forma perpendicular a la dirección de propagación de la onda.

Cabe señalar, para que no nos acusen de falta de rigurosidad científica, que el caso del agua es algo ligeramente diferente, ya que sus partículas se mueven en realidad de forma circular en lugar de arriba y abajo, pero para nuestros propósitos y ejemplos nos quedaremos con la versión simple de una onda transversal.

Compresión y rarefacción

Similarmente (pero en tres dimensiones) una fuente vibratoria en el aire produce una turbulencia en las moléculas de aire que se difunde esféricamente desde la fuente, pero a diferencia del agua este movimiento es hacia adelante y atrás, en lugar de hacia arriba y abajo.

Como dijimos en el artículo anterior, una fuente de vibración produce pequeñas alteraciones en la presión atmosférica sacando a las moléculas de aire de su punto de equilibrio, empujándolas hacia adelante y hacia atrás. Esta alteración produce espacios de aire con mayor y menor presión, o sea espacios donde algunas moléculas están más apretadas (fenómeno conocido como compresión) y otras más sueltas (fenómeno conocido como rarefacción).

Este patrón de compresión y rarefacción se repite en directa proporción y en la misma dirección de propagación que la onda vibratoria. Es decir, las moléculas de aire se aprietan y expanden en la misma dirección en la que viaja la onda de sonido. Esto es lo que conocemos como onda longitudinal.

Como en las ondas transversales, en las ondas longitudinales, el movimiento vibratorio puede recorrer grandes distancias mientras que sus moléculas prácticamente no se mueven. Es por eso que en nuestro primer artículo decíamos que en la propagación a través del medio elástico sólo hay transporte de energía y no de materia.

¿Por qué?

Ahora, ¿por qué explicamos todo esto?

Porque las ondas longitudinales son un tanto menos intuitivas y bastante más difíciles de visualizar que las ondas transversales. Es por eso por lo que usualmente en sonido utilizamos estas últimas para discutir y ejemplificar las ondas de sonido.

Sin embargo, no tenemos que perder de vista que las ondas sonoras son ondas longitudinales.

Movimiento sinusoidal

El más simple de los patrones de vibración es el llamado movimiento sinusoidal.

Si anclamos un resorte al techo con un peso en el otro extremo, lo jalamos y luego lo soltamos, este comenzaría a subir y a bajar periódicamente, este movimiento sería sinusoidal. Si graficamos este movimiento en el tiempo se vería como el siguiente gráfico:

Como el sonido es también un movimiento vibratorio, consecuentemente el más simple de los sonidos es también una onda sinusoidal.

Movimiento armónico simple

El movimiento vibratorio producido por una onda sinusoidal se conoce también como movimiento armónico simple.

Como veremos más adelante la onda sinusoidal pura es el bloque de construcción fundamental para cualquier sonido, no importa cuán complejo sea. Y si bien es el bloque de construcción más básico, es muy difícil encontrarlo en la naturaleza de forma pura. Los osciladores y el diapasón producen ondas sinusoidales puras y la flauta dulce se acerca bastante, pero la mayor parte de los instrumentos musicales producen ondas mucho más complejas.

Avance

Las ondas sinusoidales se dice que son periódicas, ya que repiten su patrón de vibración exactamente en el tiempo, las veces que este patrón se repite en un determinado período de tiempo se conoce como frecuencia, pero eso es algo que conoceremos en un próximo artículo.