El sonido

Una onda de presión

Cuando una cuerda de guitarra vibra, empuja las moléculas de aire que tiene al lado; estas empujan a las siguientes, y así se forma una cadena de compresiones y rarefacciones que avanza en todas direcciones. Eso es el sonido: una onda mecánica longitudinal. El aire no viaja desde la guitarra hasta tu oído; lo que viaja es la perturbación, como la ola que recorre una tribuna.

Por ser mecánico, el sonido necesita un medio. En 1660 Robert Boyle colocó un reloj con campanilla dentro de un recipiente y extrajo el aire con una bomba de vacío: el sonido se fue apagando. En el espacio, ninguna explosión se oye.

La música de los números

Según la tradición, Pitágoras descubrió en el siglo VI a. C. que las cuerdas cuyas longitudes guardan proporciones simples suenan en armonía: la mitad de la longitud da la octava (2:1), dos tercios la quinta (3:2). Fue una de las primeras leyes físicas expresadas con números.

Hoy describimos el sonido con tres propiedades:

• Frecuencia (en hercios): cuántas vibraciones por segundo. Define el tono, grave o agudo. El oído humano joven percibe de unos 20 Hz a 20.000 Hz. El la de afinación estándar es 440 Hz.
• Amplitud: la intensidad de la presión, que percibimos como volumen y medimos en decibeles. Es una escala logarítmica: cada 10 dB la intensidad se multiplica por diez. Una conversación ronda 60 dB; un concierto de rock, 110 dB; por encima de 85 dB sostenidos hay riesgo de daño auditivo.
• Timbre: la mezcla de armónicos que hace que un violín y una flauta suenen distintos aunque toquen la misma nota.

Más rápido en el agua y el acero

En aire seco a 20 °C el sonido viaja a unos 343 m/s; en el agua, a unos 1.480 m/s, y en el acero, a más de 5.000 m/s. Por eso, contando los segundos entre el relámpago y el trueno, se calcula la distancia de una tormenta: unos tres segundos por kilómetro.

En 1842 el austríaco Christian Doppler explicó por qué la sirena de una ambulancia suena más aguda al acercarse y más grave al alejarse: las ondas se comprimen delante de la fuente y se estiran detrás. El efecto Doppler sirve hoy para radares, ecografías del flujo sanguíneo y para medir cómo se alejan las galaxias.

Dato curioso: el 14 de octubre de 1947 el piloto Chuck Yeager, a bordo del Bell X-1, fue el primero en superar oficialmente la velocidad del sonido en vuelo nivelado; el estampido sónico es la onda de choque que deja un objeto supersónico.

Escuchar con el cerebro

El oído transforma la presión en impulsos nerviosos. El tímpano vibra, tres huesecillos —martillo, yunque y estribo, el más pequeño del cuerpo— amplifican el movimiento y la cóclea, un caracol lleno de líquido, lo traduce mediante unas 15.000 células ciliadas, cada región sensible a una frecuencia distinta. El cerebro reconstruye voces, música y la dirección de donde viene cada sonido.

Otros animales van más allá: los murciélagos y los delfines navegan por ecolocalización con ultrasonidos, y los elefantes y las ballenas azules se comunican con infrasonidos que viajan decenas o cientos de kilómetros. Los humanos copiamos el truco con el sonar y con las ecografías médicas, que usan frecuencias de millones de hercios para ver dentro del cuerpo.