Lección 9 - Envolvente y Formas de onda.

Envolvente

La amplitud de un sonido no es necesariamente constante, sino que puede variar en el tiempo. De hecho, la mayor parte de los sonidos reales tienen amplitud variable. Se define la envolvente de un sonido como la forma que se obtiene uniendo las amplitudes de los ciclos sucesivos. En la Figura 1.7 se puede apreciar una onda cuya amplitud varía en el tiempo. En línea de trazos se muestra la envolvente respectiva.

 

 

 

Grafico 7. Una forma de onda con amplitud variable con el tiempo. En línea de trazos se ha dibujado la envolvente, curva que une los picos de cada ciclo.

 

Formas de Onda

Podemos afirmar que virtualmente cada sonido implica una forma de onda diferente. Existen sin embargo algunas formas de onda que reciben especial atención, ya sea por su simplicidad o por su utilidad práctica o teórica. La primera de ellas es la onda cuadrada, que consiste en dos niveles (generalmente uno positivo y el otro negativo) que se van alternando en el tiempo. Cada uno de ellos permanece un tiempo T/2, donde T es el periodo. En el grafico 7 se muestra un ejemplo. Esta onda es importante por su simplicidad geométrica. No existe en la Naturaleza, pero es muy fácil de sintetizar electrónicamente.

 

Grafico 8. Tres ciclos de una onda cuadrada.

 

Una variante de la onda cuadrada es el tren de pulsos, en el cual el tiempo de permanencia en cada uno de los dos niveles no es el mismo. Se suele especificar un porcentaje que corresponde a la proporción del periodo en el nivel alto. En el grafico 8. Se muestra un tren de pulsos al 25%.

 

Grafico 9. Tres ciclos de un tren de pulsos al 25%.

Otra forma de onda interesante es la onda triangular (Grafico 9). Está formada por rampas que suben y bajan alternadamente.

 

Grafico 10. Tres ciclos de una onda triangular.

La onda diente de sierra (Grafico 10) tiene una subida rápida y una bajada en forma de rampa o viceversa. Si bien tampoco es una forma de onda natural, la forma de onda del sonido del violín guarda cierta similitud con la diente de sierra.

 

Grafico 11. Tres ciclos de una onda diente de sierra.

Esta forma de onda los sonidos que se generan al rozar dos objetos, por ejemplo el chirrido cuando se frota rápidamente una tiza en una pizarra.

Onda Senoidal

Finalmente, tenemos la onda más importante, no sólo en Acústica sino en toda la Física y gran parte de la Matemática: la onda senoidal (Grafico 12), también denominada senoide o sinusoide. Si bien matemáticamente tiene cierta complicación (está representada por la función trigonométrica seno), físicamente esta forma de onda corresponde a las oscilaciones más sencillas posibles. Pocos sistemas son tan simples como para oscilar senoidalmente. El más conocido es el péndulo: la oscilación de un peso suspendido de un hilo sigue una ley senoidal. En el campo de la música, el diapasón de horquilla (no confundir con el corista o afinador de banda) produce un sonido casi puramente senoidal. El silbido es también casi senoidal, y lo mismo ocurre con una flauta ejecutada piano (suave). Una cuerda de guitarra punteada muy suavemente en su punto medio también produce un sonido aproximadamente senoidal.

 

Grafico 12. Tres ciclos de una onda senoidal o senoide.

Pero lo que da mayor importancia todavía a esta forma de onda es el hecho de que cualquier onda periódica puede considerarse como una superposición (suma) de ondas senoidales de distintas frecuencias, todas ellas múltiplos de la frecuencia de la onda (propiedad conocida como Teorema de Fourier). Dichas ondas se llaman armónicos. Esta superposición no se limita a ser un artificio de análisis del sonido, sino que si se escucha atentamente es perfectamente audible en muchos casos. La onda senoidal es la más simple precisamente porque consta de una sola frecuencia.