Cuando la mayoría de la gente oye la palabra ola, se imagina el océano: marejadas, olas que rompen, incluso un surfista que se desploma de forma espectacular. Pero en el mundo de la música y el sonido, las olas funcionan de otra manera.

Eso no quiere decir que las olas del mar y las ondas sonoras no tengan mucho en común. Ambas se mueven por el espacio, transportan energía y pueden medirse por su tamaño y velocidad.

Por supuesto, la gran diferencia es que las ondas oceánicas viajan a través del agua, mientras que las ondas sonoras se mueven a través del aire (o cualquier otro material que atraviesen). Y mientras que las ondas oceánicas hacen que su movimiento sea fácil de ver, las ondas sonoras son un poco más complejas, ya que trabajan en el ámbito microscópico.

Saber cómo se comportan estas ondas puede ser increíblemente beneficioso para cualquiera que trabaje con sonido, ya sea ingeniero de sonido, constructor de estudios o desarrollador de tratamientos acústicos. Así que vamos a explicarlo todo de la forma más sencilla posible.

¿Qué es una onda sonora?

En esencia, una onda sonora no es más que una vibración que se desplaza por el aire (o el agua, o un sólido... El sonido no es exigente). Es la razón por la que oímos de todo, desde música y voces hasta cosas que hacen ruido por la noche.

Describimos las ondas sonoras basándonos en algunos rasgos clave, como la velocidad a la que se mueven (frecuencia), su tamaño (amplitud) y cómo cambian con el tiempo. Pero antes de entrar en materia, es importante saber que las ondas sonoras son un tipo especial de ondas llamadas longitudinales.

A diferencia de las olas del mar, que se mueven hacia arriba y hacia abajo mientras se desplazan hacia delante, una onda longitudinal empuja y tira del aire en la misma dirección en la que se desplaza.

Para imaginar cómo funciona una onda longitudinal, piense en una larga fila de personas, todas ellas de pie, hombro con hombro. Si la primera persona se inclina hacia delante y choca con la siguiente, y ésta hace lo mismo con la siguiente, se produce una reacción en cadena, igual que las moléculas de aire reaccionan a un sonido. Este movimiento de vaivén es la razón por la que el sonido suele denominarse onda de presión.

Cuando hablamos de ondas sonoras en la música y en la vida cotidiana, en realidad nos referimos a ondas de presión sonora. Estas ondas sonoras caen dentro del rango de audición humana, que es aproximadamente de 20 Hz a 20.000 Hz. Por debajo de los sonidos percibidos por el oído humano está la gama de los infrasonidos, demasiado bajos para que los oigamos, pero útiles para detectar terremotos y rastrear elefantes (sí, has leído bien). Por encima del alcance del oído humano están los ultrasonidos, que utilizamos para todo, desde la obtención de imágenes médicas hasta la limpieza de joyas. Volveremos sobre ello más adelante.

Más allá de la música, hay varias industrias en las que las ondas sonoras desempeñan un papel importante. Sirven para todo, desde ayudar a los médicos a ver el interior del cuerpo humano hasta permitir que los submarinos naveguen bajo el agua. Pero para nosotros, como músicos y productores, estas ondas son la base de todo con lo que trabajamos, y cuanto mejor las entendamos, más control tendremos sobre nuestro sonido.

¿Cuáles son los componentes de una onda sonora?

Las ondas sonoras pueden parecer magia negra, pero como cualquier otra cosa en física, siguen una serie de reglas. Cada sonido que oímos tiene rasgos específicos que definen cómo se comporta, y hay un puñado de componentes clave que dan forma a las ondas sonoras.

Frecuencia

La frecuencia es uno de los principales factores que determinan cómo oímos el sonido. En pocas palabras, es la velocidad a la que vibra una onda sonora. La medimos en hercios (Hz), que nos indican cuántas veces circula la onda en un segundo.

Cuanto más rápida es la vibración, mayor es la frecuencia. Y la frecuencia es lo que determina el tono. Por ejemplo, un do central en un piano tiene una frecuencia de unos 261,6 Hz, lo que significa que el aire vibra a esa velocidad por segundo para producir la nota. Mientras tanto, una nota grave puede rondar los 60 Hz, y un agudo silbido de perro puede superar los 20.000 Hz (que, convenientemente, es donde el oído humano pierde su capacidad).

Longitud de onda

La longitud de onda (λ) es el tamaño de una onda sonora, es decir, la distancia que recorre en un ciclo completo. Si congelas una onda sonora y la estiras delante de ti, la longitud de onda sería la distancia de un pico al siguiente.

Hay una fórmula sencilla para averiguarlo:

λ=c/f

Esto es lo que significa:

• λ (Longitud de onda): La longitud de un ciclo completo de la onda
• c (Velocidad del sonido): Velocidad a la que el sonido se desplaza por el aire (aproximadamente 343 metros por segundo a temperatura ambiente).
• f (Frecuencia): Velocidad a la que vibra la onda, medida en hercios.

Así, si tienes un sonido de 100 Hz, puedes conectarlo:

λ = 343/100 = 3,43 metros

Eso significa que la ola mide más de 3 metros.

Ahora, si comparamos eso con un sonido de 1.000 Hz:

λ = 343/1000 = 0,343 metros

Como puedes ver, las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, por eso los graves (frecuencias bajas) se sienten grandes y amplios, mientras que los agudos (frecuencias altas) son más concentrados y direccionales.

Esta es también la razón por la que los sonidos graves pueden atravesar las paredes, mientras que los agudos tienden a ser absorbidos o reflejados más fácilmente.

Amplitud

La amplitud representa la potencia o el volumen de un sonido. Es la parte de una onda sonora que la hace fuerte o suave. Más técnicamente, representa hasta qué punto las partículas de aire son empujadas desde su posición de reposo cuando pasa una onda sonora. Cuanto mayor es el movimiento, más fuerte es la onda y más fuerte es el sonido.

Piénsalo así: si golpeas suavemente un tambor, el aire apenas se mueve y obtienes un sonido tranquilo. Pero si golpeas ese tambor con fuerza, el aire se comprime y expande de forma mucho más espectacular, creando sonidos más fuertes.

Eso es amplitud en acción.

En una forma de onda, la amplitud es la altura de la onda. Las ondas más altas significan mayor amplitud, lo que percibimos como más volumen. Ondas más pequeñas significan menor amplitud, lo que oímos como un sonido más tranquilo.

Sin embargo, más allá del volumen, la amplitud también influye en cómo interactúa el sonido con el espacio, cómo se siente físicamente e incluso cómo se percibe emocionalmente en la música.

Velocidad

Cuando hablamos de la velocidad del sonido (y no de una de las mejores canciones de Coldplay), nos referimos a lo rápido que viajan las ondas sonoras a través de un medio. A diferencia de la luz, que atraviesa el espacio a velocidades difíciles de comprender, el sonido necesita algo a través de lo cual desplazarse. Puede ser aire, agua, metal, lo que sea. Y dependiendo de qué sea ese algo, la velocidad del sonido cambia.

En el aire (a temperatura ambiente), el sonido se desplaza a unos 343 metros por segundo. Pero si gritas bajo el agua, el sonido viaja cuatro veces más rápido que en el aire. Y si golpeas una tubería metálica, la vibración atraviesa el metal aún más rápido.

¿Por qué ocurre esto?

Depende de la densidad de las moléculas en los distintos materiales. En gases como el aire, las moléculas están muy dispersas, por lo que la onda tarda más en atravesarlas. En los líquidos, las moléculas están más juntas, por lo que el sonido se mueve más rápido. En los sólidos, donde las moléculas están muy juntas, el sonido se mueve más rápido.

Por eso, si pones la oreja contra la vía de un tren (no te lo recomiendo), oirás un tren que se aproxima mucho antes de que el sonido te llegue a través del aire. También es la razón por la que el sonido se comporta de forma diferente en distintos entornos, como cuando tu voz suena extrañamente amortiguada en una niebla espesa, ya que la humedad adicional del aire modifica la velocidad y la absorción de las ondas sonoras).

Intensidad

Si la amplitud nos dice lo grande que es una onda sonora, la intensidad nos dice lo fuerte que es. Más concretamente, la intensidad es la cantidad de potencia que transporta una onda sonora por unidad de superficie, y la medimos en vatios por metro cuadrado (W/m²).

Piénsalo como una linterna. Una linterna tenue distribuye una pequeña cantidad de energía por una zona, mientras que una de alta potencia arroja una tonelada de luz en el mismo espacio. El sonido funciona de la misma manera. Cuanta más energía se acumula en una onda, más intensa es.

La intensidad es importante porque desempeña un papel fundamental en la percepción del volumen. Mientras que la amplitud nos da la altura de la onda, la intensidad nos dice cuánta energía total se emite. Un altavoz diminuto y el sistema de sonido de un estadio pueden producir la misma amplitud en un solo punto, pero el sistema del estadio distribuye esa potencia sobre un área mucho mayor, lo que la hace mucho más intensa.

Por eso la distancia también influye en el volumen del sonido. Cuando una onda sonora se propaga, su intensidad disminuye porque la energía se distribuye por un espacio mayor. Por eso un concierto suena ensordecedor cerca de los altavoces, pero se desvanece cuanto más te alejas.

Fase

La fase se refiere a la sincronización de una onda. Es el punto del ciclo en el que se encuentra una onda sonora en un momento dado. Si pudieras congelar una forma de onda y señalar un punto concreto en ella, estarías identificando su fase.

La fase se mide en grados, con un ciclo de onda completo de 360°. Una onda a 0° o 360° está en su punto inicial, mientras que 180° significa que está a mitad de camino y se ha invertido.

Cuando varias ondas sonoras interactúan, sus fases determinan si actúan juntas o en contra.

Si dos ondas idénticas están en fase (alineadas en los mismos puntos), se refuerzan mutuamente, haciendo que el sonido sea más fuerte. Sin embargo, si están desfasadas, es decir, si el pico de una onda se alinea con la depresión de la otra, se anulan parcial o totalmente, lo que puede reducir o incluso eliminar el sonido.

La cancelación de fase es la pesadilla de cualquier ingeniero de sonido. Por ejemplo, si alguna vez has grabado una batería y has notado que la caja suena extrañamente fina, la cancelación de fase entre micrófonos podría ser la culpable. También es la razón por la que cambiar la fase en un mezclador o DAW a veces puede devolver la vida a un sonido...

Tenemos un blog entero sobre por qué la fase es importante en la música que te recomiendo consultar si quieres saber más.

Diferentes tipos de ondas sonoras según su propagación

Es importante tener en cuenta que no todas las ondas sonoras se mueven de la misma manera. Aunque todas transportan energía a través de un medio, la forma en que se propagan (término elegante para referirse a cómo viajan las ondas sonoras) puede ser diferente dependiendo de la situación.

La propagación es la forma en que una onda se desplaza por el espacio. Algunas ondas empujan y tiran en la misma dirección en la que viajan, mientras que otras se mueven arriba y abajo o se propagan siguiendo patrones complejos.

Desglosemos los principales tipos de ondas sonoras en función de cómo se mueven y por qué son importantes.

Ondas longitudinales

Las ondas longitudinales son el formato habitual de las ondas sonoras en la vida cotidiana. Se definen por cómo se mueven. Las partículas de aire vibran hacia delante y hacia atrás en la misma dirección en la que viaja la onda.

Me gusta imaginarme que empujo un extremo de un slinky hacia delante mientras tiro de él hacia atrás, y veo cómo las bobinas se agrupan y se separan en ciertas secciones. Esencialmente, las ondas longitudinales se mueven a través de zonas de compresión (donde las partículas se juntan) y rarefacción (donde las partículas se separan). Este ciclo constante de empuje y tracción es la forma en que el sonido se desplaza por el aire y llega a nuestros oídos.

Oímos las ondas longitudinales en el aire y el agua, ya que esos materiales no tienen la estructura necesaria para soportar otros tipos de movimiento ondulatorio. Pero también viajan a través de los sólidos.

Dado que estas ondas son responsables de casi todo el sonido que oímos, están en el corazón de todo en la música, desde la vibración de una cuerda de guitarra hasta el crujiente golpeteo de un hi-hat.

Ondas transversales

Las ondas transversales se mueven de forma algo diferente a sus primas longitudinales. En lugar de que las partículas vibren de un lado a otro en la misma dirección que la onda, las ondas transversales presentan un movimiento perpendicular a la trayectoria de la onda, lo que significa que la energía se mueve hacia delante, pero las partículas se mueven hacia arriba y hacia abajo.

Una buena forma de imaginárselo es agitando una cuerda. Si sujeta un extremo y la agita hacia arriba y hacia abajo, verá ondas que se desplazan a lo largo de la cuerda, pero el material real de la cuerda se mueve de lado a lado en lugar de a lo largo de la longitud de la onda. Así es como se comportan las ondas transversales.

La diferencia fundamental es que las ondas transversales sólo se producen en los sólidos. Esto se debe a que los sólidos tienen la estructura rígida necesaria para soportar el movimiento ascendente y descendente. Los líquidos y los gases no tienen esa resistencia interna.

Aunque no forman parte de cómo oímos el sonido, las ondas transversales desempeñan un papel muy importante en la comprensión de las propiedades mecánicas de los materiales que nos rodean. Aparecen en la actividad sísmica, en las vibraciones de estructuras sólidas e incluso en la resonancia de los instrumentos. Si alguna vez has sentido vibrar el cuerpo de una guitarra acústica al tocar una nota, estás experimentando la acción de las ondas transversales.

Ondas de superficie

Las ondas superficiales son como lo mejor de ambos mundos, ya que combinan los elementos de las ondas longitudinales y transversales. En lugar de moverse de un lado a otro o de arriba abajo, las ondas superficiales crean un movimiento más circular o de balanceo cuando se desplazan a lo largo de la frontera entre dos materiales diferentes.

Volviendo a las olas del mar , cuando una ola se acerca a la costa, el agua se mueve siguiendo un patrón en bucle. Las partículas cercanas a la superficie se mueven en círculos más grandes, mientras que las más profundas se mueven menos. El mismo principio se aplica a las ondas superficiales en otros materiales, incluidos algunos casos en los que el sonido interactúa con superficies sólidas.

Lo más importante de las olas superficiales es que su energía disminuye con la profundidad. Cuanto más nos alejamos de la superficie, menor es el movimiento de la ola. Por eso los buceadores de aguas profundas no sienten el mismo movimiento que sacude los barcos en la superficie.

Diferentes tipos de ondas sonoras en función de la frecuencia

Algunas ondas sonoras las podemos oír, mientras que otras están completamente fuera de nuestro alcance. Según su frecuencia, las ondas sonoras se dividen en tres categorías principales:

• Ondas sonoras audibles: Son las frecuencias que el ser humano puede oír. Todo lo que va de 20 Hz a 20 kHz entra en esta gama. A medida que envejecemos, el límite superior tiende a bajar, por eso algunos sonidos de alta frecuencia solo los oyen los oídos más jóvenes (seguro que recuerdas a tus compañeros poniendo esas molestas apps de mosquitos en clase porque el profesor no podía oírlos)...
• Infrasonidos: Se trata de frecuencias ultrabajas por debajo de los 20 Hz que son demasiado profundas para el oído humano, pero siguen siendo muy reales y potentes. Los infrasonidos se utilizan en la detección de terremotos, la vigilancia de la actividad volcánica e incluso la comunicación animal. Los elefantes, por ejemplo, utilizan los infrasonidos para "hablar" a larga distancia. Algunos investigadores incluso relacionan los infrasonidos con sensaciones de inquietud, lo que podría explicar esos momentos de "juro que acabo de ver un fantasma".
• Los ultrasonidos: Estas ondas sonoras de alta frecuencia, superiores a 20 kHz, están más allá de lo que el ser humano puede oír, pero tienen montones de aplicaciones prácticas. Las imágenes médicas (ecografías), la tecnología de sonar e incluso algunos disuasores de plagas se basan en los ultrasonidos. Algunos animales, como los murciélagos y los delfines, los utilizan para "ver" de formas que escapan a nuestra percepción.

Reflexiones finales sobre las ondas sonoras

¿Qué se puede hacer con toda esta información sobre las ondas sonoras?

Para empezar, entender las ondas sonoras te da más control sobre la producción musical, la mezcla, la grabación e incluso la configuración del sonido en directo. Ya estés ajustando un ecualizador e intentando averiguar la frecuencia de las ondas que oyes o colocando micrófonos e intentando evitar la fase, saber cómo se mueve el sonido te ayuda a tomar mejores decisiones.

¿Quieres hacer un divertido experimento con ondas sonoras?

Prueba esto: coge un altavoz, reproduce una onda sinusoidal de baja frecuencia (alrededor de 50-100 Hz) y acerca la mano. ¿Sientes la vibración? Ahora, reproduce una onda sinusoidal de alta frecuencia (5.000 Hz o más). ¿Notas cómo se desvanecen las vibraciones? Eso es longitud de onda y frecuencia en acción. Cuanto más baja es la frecuencia, más larga es la longitud de onda y más se desplaza por el aire de una forma que puedes sentir físicamente...

Al fin y al cabo, las ondas sonoras no son sólo parte de una ciencia abstracta. Dan forma a todo lo que oímos y sentimos en la música. Y cuanto más las entiendas, más podrás adaptarlas a tu voluntad.