¿Qué es la acústica?
La acústica es el estudio del sonido. El sonido es una vibración que viaja como una onda longitudinal por el aire, el agua o los sólidos. En el aire a 20 °C avanza a unos 343 m/s.
- Frecuencia (f): vibraciones por segundo, en hercios (Hz). Los humanos oímos de unos 20 Hz a 20,000 Hz.
- Longitud de onda (λ): largo de una onda. v = f λ.
- Amplitud: tamaño de la vibración. Más amplitud = más fuerte.
El sonido en una sala: sonido directo, reflejos, eco y reverberación
En una sala el oído recibe primero el sonido directo y después muchos reflejos de paredes, suelo y techo.
- Eco: un reflejo que oímos como una repetición separada. Necesita un retraso de al menos 0.1 s, así que la pared debe estar al menos a unos 17 m (343 × 0.1 ÷ 2).
- Reverberación: muchos reflejos rápidos que se mezclan, así que el sonido se "queda" en la sala.
- Tiempo de reverberación (T o RT60): el tiempo que tarda el nivel de sonido en bajar 60 dB después de que la fuente se detiene.
Valores buenos: unos 0.5–1 s para aulas y habla, 1.5–2.2 s para salas de conciertos.
Pruébalo
Da una palmada en un baño y otra en un dormitorio con cama y cortinas. ¿Cuál resonancia dura más? Luego usa los deslizadores de la sala 3D.
Absorción y la fórmula de Sabine
Cada superficie tiene un coeficiente de absorción α de 0 (refleja todo) a 1 (absorbe todo, como una ventana abierta). Hormigón ≈ 0.02, alfombra ≈ 0.3, espuma acústica ≈ 0.8.
La absorción total es A = Σ α S (en m², llamados sabinios). La fórmula de Sabine:
T = 0.161 × V ÷ A (V = volumen de la sala en m³, T en s).
Así, una sala más grande resuena más tiempo, y añadir materiales blandos acorta la resonancia.
Resonancia y ondas estacionarias en las salas
Todo objeto y toda sala tiene frecuencias naturales. Si un sonido tiene la misma frecuencia, las vibraciones crecen mucho: es la resonancia. Una copa de vino puede romperse con una nota que coincida.
Entre dos paredes paralelas separadas una distancia L, el sonido puede formar ondas estacionarias (modos de sala) en f = n v / (2L). Entonces algunos graves suenan demasiado fuertes en ciertos puntos y débiles en otros. Los estudios usan trampas de graves y paredes no paralelas para arreglarlo.
Cómo oímos: decibelios, tono y timbre (psicoacústica)
La psicoacústica estudia cómo percibe el cerebro el sonido.
- La sonoridad se mide en decibelios: L = 10 log₁₀(I / I₀), con I₀ = 10⁻¹² W/m². +10 dB significa 10 veces la intensidad; suena aproximadamente el doble de fuerte. +3 dB significa el doble de intensidad.
- Valores típicos: susurro 30 dB, conversación 60 dB, tráfico 80 dB, concierto de rock 110 dB. Una exposición larga por encima de 85 dB puede dañar el oído.
- El tono depende sobre todo de la frecuencia. Al duplicar la frecuencia se obtiene la misma nota una octava más aguda.
- El timbre (calidad del sonido) depende de la mezcla de armónicos. Por eso un sitar y una flauta que tocan la misma nota suenan distinto.
Herramientas de audio: micrófonos, audio digital, software y MIDI
- Micrófono: convierte la presión del sonido en una señal eléctrica. Un micrófono dinámico usa una bobina que se mueve dentro de un imán; uno de condensador usa una placa móvil de un condensador eléctrico. Un altavoz hace lo contrario.
- Audio digital: una interfaz de audio mide la señal muchas veces por segundo (frecuencia de muestreo, p. ej. 44,100 Hz) con un número fijo de bits (profundidad de bits, p. ej. 16 bits). La frecuencia de muestreo debe ser más del doble de la frecuencia más alta (regla de Nyquist).
- Tamaño del archivo (sin comprimir) = frecuencia de muestreo × profundidad de bits × canales × tiempo. MP3 y AAC lo comprimen quitando sonidos que casi no oímos.
- Software: una DAW (estación de trabajo de audio digital) graba y edita pistas; un secuenciador ordena notas; el software de notación imprime partituras.
- MIDI: un protocolo que envía instrucciones (qué nota, con qué fuerza, cuándo) entre teclados y ordenadores. No contiene sonido; un sintetizador lo convierte en sonido.
Fórmulas y definiciones clave
- v = f λ (velocidad del sonido, ≈ 343 m/s en el aire a 20 °C)
- Eco: distancia mínima d = v t / 2 con t ≈ 0.1 s
- T = 0.161 V / A (tiempo de reverberación de Sabine)
- A = Σ α S (absorción total, m²)
- L = 10 log₁₀(I / I₀), I₀ = 10⁻¹² W/m²
- Modo de sala: f = n v / (2L)
- Tamaño del audio = frecuencia de muestreo × profundidad de bits × canales × tiempo
Ejemplos resueltos
1. Una nota tiene una frecuencia de 440 Hz. Calcula su longitud de onda en el aire (v = 343 m/s).
λ = v / f = 343 / 440 = 0.78 m.
2. Gritas y oyes el eco de un acantilado después de 2.0 s. ¿A qué distancia está el acantilado?
El sonido va y vuelve: d = v t / 2 = 343 × 2.0 / 2 = 343 m.
3. Un aula mide 10 m × 6 m × 3 m. La absorción total es A = 36 m². Calcula el tiempo de reverberación.
V = 10 × 6 × 3 = 180 m³. T = 0.161 × 180 / 36 = 0.81 s. Bueno para el habla.
4. La misma aula tiene paredes desnudas con A = 9 m². ¿Cuánto vale T ahora y cuál es la solución?
T = 0.161 × 180 / 9 = 3.2 s, demasiado retumbante. Añade alfombra, cortinas o paneles para subir A a unos 30–40 m².
5. Una máquina produce 70 dB. ¿Cuál es el nivel de dos máquinas idénticas juntas?
Dos máquinas = doble intensidad. L = 70 + 10 log₁₀2 = 70 + 3 = 73 dB (no 140 dB).
6. Calcula el tamaño de una grabación estéreo de 1 minuto a 44,100 Hz y 16 bits.
44,100 × 16 × 2 × 60 = 84,672,000 bits ÷ 8 = 10,584,000 bytes ≈ 10.6 MB.
Errores comunes
- Sumar decibelios como números normales: 60 dB + 60 dB son 63 dB, no 120 dB.
- Llamar eco a cualquier reflejo. Un eco necesita un retraso de unos 0.1 s; los reflejos rápidos que se mezclan son reverberación.
- Pensar que aislar del ruido y absorber sonido es lo mismo. Los paneles absorbentes reducen el eco dentro de la sala; para que el sonido no atraviese las paredes hacen falta paredes pesadas y herméticas.
- Pensar que un archivo MIDI contiene sonido grabado. Solo contiene instrucciones de notas.