Longitud de Onda del Sonido: La Distancia que Define lo que Oyes

El sonido es la sensación producida en el órgano del oído por el movimiento vibratorio de un cuerpo, a esta distancia se le denomina longitud de onda (habitualmente representada con la letra griega Lambda: λ ) y como podemos comprobar, disminuye conforme aumenta la frecuencia.

Por ejemplo, una onda sonora a 30 Hz completa 30 ciclos cada segundo, o un ciclo cada 1/31 segundo (aproximadamente cada 0.0333 segundos). El tiempo que se tarda en completar un ciclo se llama periodo de la onda y se expresa con el símbolo (T). T = 1/f

Dado que el sonido se propaga a razón de 1130 ft/sec, en el tiempo que tarda en completar un ciclo, la variación en la presión sonora que corresponde al principio de ese ciclo, se mueve a 1130 ft/sec para 0.033 segundos y está a una distancia de 1130 * 0.033, o 37.66 pies (‘), de la variación en la presión sonora que corresponde al fin de ese ciclo. Así, decimos que la longitud de onda de una onda sonora a 30 Hz en el aire es 37.66’.

A medida que la frecuencia de la onda aumenta, cada ciclo se completa en una cantidad de tiempo más pequeña (el periodo de la onda se hace más pequeño) y el principio de la onda no puede llegar tan lejos antes de que se alcance el final de este ciclo. La longitud de onda, por tanto, disminuye con el aumento de la frecuencia.

Por ejemplo, diez veces más ciclos ocurren por segundo en una onda a 300 Hz que en una onda a 30 Hz, de modo que cada ciclo de la onda a 300 Hz ocurre en la décima parte del tiempo de un ciclo de la onda a 30 Hz, permitiendo que el principio de un ciclo recorra sólo un décimo de la distancia, o 37.66’, antes de que el ciclo termine. Puesto que los ciclos pueden medirse entre cualquier par de puntos que se correspondan en ondas adyacentes, la distancia entre picos positivos de ondas adyacentes es también una longitud de onda. La distancia entre picos positivo y negativo del mismo ciclo, será medio ciclo.

¿Qué ocurre cuando el sonido cambia de medio?

Cuando una onda sonora pasa de un medio a otro (por ejemplo, del aire al agua o del agua al acero), ocurren varios fenómenos físicos importantes debido a la diferencia en las propiedades del nuevo medio. Para entender estos efectos, primero es fundamental conocer las variables clave que afectan la propagación del sonido:

Velocidad del sonido (𝑣): Depende de la densidad y elasticidad del medio.

Frecuencia (𝑓): Determinada por la fuente sonora y no cambia al cambiar de medio.

Longitud de onda (𝜆): Se ajusta según la nueva velocidad del sonido, de acuerdo con la ecuación:

A continuación, analizamos los efectos más importantes:

1. Cambio en la velocidad del sonido

La velocidad del sonido varía según el medio porque depende de su densidad y elasticidad. En términos generales:

El sonido viaja más lento en gases (ej. aire, helio, dióxido de carbono).

El sonido viaja más rápido en líquidos (ej. agua, aceite).

El sonido viaja aún más rápido en sólidos (ej. acero, madera).

Ejemplo de velocidades del sonido en distintos medios:

Conclusión: Si el sonido pasa de un medio más lento a uno más rápido, su velocidad aumenta. Si pasa de un medio más rápido a uno más lento, su velocidad disminuye.

2. Cambio en la longitud de onda

Como la velocidad del sonido cambia, pero la frecuencia se mantiene constante, la longitud de onda se ajusta:

Si la velocidad del sonido aumenta, la longitud de onda se hace más larga.

Si la velocidad del sonido disminuye, la longitud de onda se hace más corta.

Ejemplo:

Imaginemos un sonido de 1000 Hz que viaja en diferentes medios:

Esto significa que, si un sonido pasa del aire al agua, la onda se alarga porque la velocidad del sonido es mayor en el agua. Si pasa del agua al aire, se acorta.

3. Cambio en la dirección del sonido (Refracción)

Cuando el sonido atraviesa la frontera entre dos medios con diferente velocidad de propagación, cambia su dirección debido a un fenómeno llamado refracción acústica.

Si el sonido entra a un medio donde su velocidad aumenta, la onda se abre (se inclina alejándose de la normal).

Si el sonido entra a un medio donde su velocidad disminuye, la onda se cierra (se inclina acercándose a la normal).

Ejemplo:

Si un sonido en el aire entra al agua, donde la velocidad del sonido es mayor, su dirección cambia porque su longitud de onda aumenta.

Este principio es similar a cómo la luz cambia de dirección cuando pasa del aire al agua (por eso los objetos sumergidos parecen desplazados).

4. Reflexión y transmisión del sonido

Al cambiar de medio, una parte del sonido se transmite y otra parte se refleja.

Si la diferencia entre medios es grande (ej. aire a acero), la mayoría del sonido se refleja.

Si la diferencia es menor (ej. agua a aceite), una mayor cantidad de sonido se transmite.

Ejemplo:

Cuando hablas bajo el agua, el sonido apenas se transmite al aire, por eso alguien afuera casi no te oye. Esto ocurre porque el agua y el aire tienen propiedades muy diferentes, lo que hace que el sonido se refleje en su mayoría dentro del agua.

5. Absorción del sonido

Dependiendo del medio, el sonido puede ser absorbido en mayor o menor medida:

Gases absorben más sonido que los líquidos y sólidos.

Materiales porosos (como espuma o tela) absorben más sonido que materiales densos (como vidrio o metal).

Ejemplo:

Si gritas en una habitación vacía (paredes duras), el sonido se refleja mucho y hay eco. Si gritas en una habitación con alfombra y cortinas, el sonido se absorbe y hay menos eco.

Conclusión

Cuando el sonido cambia de medio, ocurren varios efectos simultáneamente:

Cambia su velocidad (depende de la densidad y elasticidad del nuevo medio).

Se modifica su longitud de onda (si la velocidad aumenta, la longitud de onda se alarga y viceversa).

Se puede refractar (cambiar de dirección).

Parte del sonido se refleja y parte se transmite (dependiendo de la diferencia entre medios).

Puede ser absorbido en distintos grados (algunos materiales lo amortiguan más que otros).