Acústica

En el hemisferio occidental, el origen de la acústica o «ciencia del sonido» se ha atribuido tradicionalmente al sabio griego Pitágoras y a sus seguidores. En su búsqueda filosófica de la armonía y la perfección, la escuela pitagórica indagó en las propiedades de las cuerdas vibrantes que producen sonidos musicales placenteros y sus miembros idearon un sistema de afinación que se considera uno de los primeros logros de la teoría musical. En su elucubración, llegaron incluso a ver el cosmos como un armonioso compendio de cuerpos que emitían, al moverse en una sucesión de prístinas esferas, una música celestial acorde con sus estudios e imperceptible para el oído humano, simplemente por la fuerza de la costumbre.

Hoy en día, la acústica, heredera de aquellas primeras ideas de la Grecia clásica, sigue ocupándose de la armonía de los sonidos musicales y del modo de reforzar su intensidad en los edificios y los espacios públicos, abiertos y cerrados. En sentido totalmente opuesto, también aborda la resolución de los problemas derivados de otras ondas sonoras de efecto no tan sosegador para el oído: el ruido y la contaminación acústica de las grandes aglomeraciones urbanas.

Acústica: concepto y clasificación

Desde un punto de vista general se denomina acústica a la ciencia que estudia el sonido y su percepción por el oído humano, es decir, la audición. Según se ha explicado en capítulos precedentes, el sonido es una onda mecánica que se transmite con distinta velocidad en los diferentes medios físicos como, por ejemplo, el agua o las sustancias sólidas. En el aire, las ondas sonoras se desplazan a una velocidad aproximada de 340 m/s y pueden ser escuchadas por un oído normal cuando poseen una frecuencia de transmisión en el medio en que se propagan comprendida aproximadamente entre 20 y 20.000 Hz (hercios).

De este modo, la acústica se ha especializado en el estudio de la producción, el control, la transmisión y recepción, el almacenamiento, la representación y los efectos del sonido. Estos procesos pueden analizarse desde diversos enfoques o con distintas finalidades, en virtud de lo cual se ha dado en definir distintas ramas o clasificaciones de la acústica. En ellas se compendian conocimientos puramente físicos con otros obtenidos de la ingeniería, la arquitectura o las ciencias de la salud.

Una de las ramas principales es la acústica arquitectónica, cuyo objeto primordial de estudio es el comportamiento de las ondas sonoras en espacios cerrados con el fin de engendrar las mejores condiciones para una audición óptima. Incluye no sólo un conocimiento profundo de las propiedades del sonido, sino también de las cualidades de los materiales y de las distancias necesarias para garantizar un equilibrio entre las ondas sonoras directas, las reflejadas por dichos materiales y las absorbidas por los mismos. Para ello maneja el uso de diversas formas arquitectónicas y de elementos moduladores como cortinas y tabiques, la disposición y el material de los asientos, etc. Esta rama de la acústica alcanza su máxima expresión en el diseño de salas de conciertos y auditorios.

De particular interés es asimismo la acústica musical, que persigue tanto un diseño óptimo de los instrumentos músicos, como el aprovechamiento de las propiedades sonoras utilizadas como materia prima de la creación de obras artísticas en los diversos estilos musicales. En las últimas décadas, ha cobrado interés la electroacústica, que se centra en el estudio de la interconversión de señales acústicas en eléctricas y a la inversa.

En las sociedades contemporáneas ha adquirido relevancia igualmente la acústica ambiental, sobre todo en su versión tecnológica de control de ruidos indeseados. El ruido se ha convertido en un problema creciente dentro de las sociedades urbanas e industrializadas. En determinados ambientes como fábricas o espacios cercanos a autopistas, vías férreas, aeropuertos o calles muy transitadas alcanza a menudo dimensiones de problema de salud pública. La acústica ambiental persigue el control de la contaminación acústica mediante la fabricación de máquinas y motores silenciosos y la reducción de las vibraciones de los elementos mecánicos. También emplea elementos de amortiguación, como pantallas acústicas, aislantes y otros materiales para mitigar los efectos perjudiciales del exceso de ruido.

El proceso de la audición

Para una buena aplicación de los fundamentos de la acústica a realizaciones prácticas, como son las propias de la acústica arquitectónica (auditorios, salas de concierto) o ambiental (pantallas acústicas, materiales aislantes), es preciso un conocimiento del proceso de la audición humana. Es sabido que el órgano responsable de la audición es el oído, al que se considera uno de los cinco sentidos básicos del cuerpo. El oído debe ser capaz de apreciar las variadas características de las ondas sonoras (intensidad o altura, timbre, reverberaciones, etc.) para extraer de ellas la información necesaria para la comunicación o la propia supervivencia.

Representación esquemática del oído humano, órgano principal de la audición.

La especie humana se ha basado desde siempre en el oído para eludir ciertos peligros (accidentes naturales, presencia de animales) o para acechar las presas de caza. Hoy día, el sencillo ejemplo del uso del claxon en la circulación rodada da cuenta de la importancia que sigue teniendo este sentido para el buen funcionamiento de cada individuo en las sociedades urbanas. Huelga decir que el oído tiene una importancia vital en la comunicación entre las personas a través del habla.

El proceso de la audición difiere entre los distintos grupos de animales, si bien el característico de la especie humana es bastante común entre los mamíferos y otros invertebrados. En esencia, el sistema auditivo humano se basa en el oído como órgano perceptor del sonido (sistema periférico o sensorial) y en el cerebro como sistema auditivo central, que completa la percepción sonora a través de una sucesión de procesos fisiológicos.

La onda sonora se capta en la oreja, cuya forma elaborada permite una amplificación del sonido antes de conducirlo hasta el tímpano a través del conducto auditivo. La vibración del tímpano se comunica a una cadena de huesecillos, que la transmiten al oído interno. Allí, hace vibrar los líquidos de la cóclea o caracol (llamados perilinfa y endolinfa) antes de convertirse en un impulso eléctrico que se comunica al cerebro a través del nervio auditivo.

Ya en el cerebro, los sonidos se «perciben» mediante una serie de mecanismos fisiológicos que han de determinar tanto las características de las ondas sonoras capturadas por el oído como la orientación o localización de la fuente productora, su identificación y su reconocimiento. Para ello, tiene gran importancia la acumulación de experiencias previas y la relación del estímulo sonoro con otros de naturaleza simultánea, en particular el visual: así, por ejemplo, los sonidos se interpretan mejor cuando al mismo tiempo se consigue ver la fuente.

Ultrasonidos y acústica infrasónica

El rango de audición normal del oído humano se sitúa, como ya se ha expresado, entre unos 20 Hz y unos 20 kHz (kilohercios). Ello no obsta para que algunas personas tengan capacidades de escuchar sonidos por encima o por debajo de estos umbrales de audición. Sin embargo, en términos generales las ondas sonoras de frecuencias superiores al umbral máximo (20 kHz) se dicen ultrasonidos, mientras que las inferiores al umbral mínimo de audición (20 Hz) se denominan infrasonidos.

Los murciélagos cuentan con receptores acústicos que detectan su propio eco, con lo que pueden orientarse en el espacio. Algunos animales marinos, como los delfines, poseen propiedades similares.

Los murciélagos cuentan con receptores acústicos que detectan su propio eco, con lo que pueden orientarse en el espacio. Algunos animales marinos, como los delfines, poseen propiedades similares.

Los estudios zoológicos han constatado que algunos animales perciben frecuencias por encima o por debajo de estos umbrales. Un fenómeno anexo muy común es el de la ecolocación, o localización acústica, que utilizan los murciélagos para orientarse en las cuevas y encontrar el alimento (a menudo, insectos volando). Los murciélagos emiten ultrasonidos y tienen receptores acústicos capaces de detectar su eco y de medir las distancias por el tiempo que transcurre entre la emisión original y la recepción del eco. Es decir, actúan de forma parecida al sonar (o sónar) de un submarino. La ecolocación es utilizada también por otros mamíferos, como las ballenas, los cachalotes y los delfines en el mar, y por los pequeños roedores conocidos como musarañas, en tierra.

En el extremo opuesto del espectro acústico, los elefantes, por ejemplo, son capaces de escuchar los infrasonidos. Las ondas infrasónicas están, sin embargo, fuera del alcance del oído humano. Catástrofes naturales que generan una inmensa liberación de energía, como los terremotos, no son audibles porque sus ondas sonoras tienen frecuencia inferior al umbral mínimo de audición.

Modernamente, la generación y utilización de los ultrasonidos han encontrado numerosas aplicaciones en diversos campos científicos y tecnológicos. Uno de los usos más conocidos es la ecografía empleada en medicina, que permite reproducir las estructuras corporales y orgánicas internas mediante el envío de ultrasonidos y la medida de las propiedades del eco resultante. Por su carácter no invasivo se usa profusamente en el seguimiento médico de los embarazos. En otros ámbitos, las técnicas de localización por ultrasonidos tienen, aparte del uso militar citado en el sónar de los submarinos, un empleo extenso en prospecciones petrolíferas y en sondeos del subsuelo en busca de recursos minerales.