*** TIMBRE

El timbre es la cualidad gracias a la cual podemos diferenciar el sonido de un piano de el de una flauta aunque estén interpretando la misma nota, es decir: aunque dos instrumentos emitan un sonido con la misma frecuencia podemos diferenciarlos gracias a su timbre característico.
Este fenómeno es debido a que un sonido no esta formado sólo de una frecuenca, sino por la suma de otras que son múltiplos de la fundamental. Estas otras frecuencias varían en intensidad y son llamadas armónicos. La proporción e intensidad de estos armónicos son diferentes en cada instrumentos y es por ello que podemos diferenciar sus sonidos.

Jean Foirier demostró matemáticamente que toda función periodica no senoidal puede ser descompuesta en una serie de funciones senoidales. Las senoidales carecen de armónicos, por lo cual podemos considerarlas puras. Este modo de descomponer una señal es conocido como análisis de Fourier.
Si a una señal se le van añadiendo armónicos, la forma de onda irá variando pero su frecuencia fundamental permanecerá inalterada. Por lo tanto vemos que el timbre varía en razón de los armónicos mientras que la frecuencia se mantiene.
Las amplitudes relativas de cada armónico varían en función de la forma de onda, siendo el de mayor amplitud el que se considera fundamental.

En el gráfico adjunto vemos una instatánea de la proporción de armónicos de un sonido.
Si a una onda pura, una senoidal, le añadimos sólo armónicos impares (3f, 5f, 7f, .....Nf) estaremos transformándola cada vez más en una onda cudrada. Llegados a los 21 armónicos habremos logrado una forma de onda razonablemente cuadrada.
Intensidad y Sonoridad.
Frente a las presiones sonoras el oido alcanza a soportar desde 2 * 10E-4 bar (umbral auditivo) hasta los 200 bar (umbral del dolor). Este es un rango muy amplio, para hacernos una idea sólo hay que pensar que el sonido de un rifle produce una presión sonora 100.000.000 de veces mayor que una hoja seca que cae de un árbol.
La intensidad es una magnitud física, por definición, es la energía sonora transportada por unidad de tiempo y que atraviesa un área perpendicular a la dirección de propagación. Más concretamente se refiere a la potencia acústica por unidad de superficie y se expresa en W/cm2
La sensación subjetiva de la intensidad se define como "sonoridad" y depende de la frecuencia, ancho de banda y duración del sonido.


Según Fechner y Weber la sensación subjetiva de la intensidad es proporcional al algoritmo de la intensidad según la forma:

n = 10 log I/I0

• n es el nivel de la sonoridad en decibelios (db).

• I0 es el valor de la intensidad umbral que percibe el oido humano, que es de 10 -10 W/cm2, equivalente a 2 * 104 bar de presión sonora.

Dado que la sonoridad define un fenómeno subjetivo de gran amplitud, con unos valores extremos muy alejados, es necesario utilizar una unidad más manejable y objetiva. Para ello se utiliza una escala comprimida, logarítmica en lugar de lineal. Las cantidad varían en una relación de 1:100.000.000 (1:10E6), es por ello que se utiliza una escala logarítmica, siendo la unidad de dicha escala el Belio.
El Belio resulta se una unidad demasiado grande en le práctica por lo que habitualmente se utiliza la décima parte, el decibelio (db).

El decibelio se utiliza como referencia, está referido a un nivel de referencia predeterminado. Se utiliza para expresar ganancias o relaciones de potencia.

db = 10 log Po/Pi

• Pi = Potencia de Entrada

• Po = Potencia de Salida.

En acústica se emplea el db para medir niveles de presión sonora referidos a un nivel definido Ps. Entonces se define el nivel de presión sonora P como el número de decibelios que P se halla por encima de Ps. El nivel de referencia de presión acústica Ps adoptado universalmente es el correspondiente al umbral de audición humano, es decir, 2 * 10E-4 bar, equivalente a 0db SPL (Sound Pressure Level o Nivel de Presión Sonora).


Con todos estos datos podemos crear una tabla aproximada para ver la magnitud de todos estos valores.

 

Estimación en db

Estudio de grabación vacío.

0 db

Murmullo a tres metros.

10 db

Paso de las hojas de un libro

10 db

Susurro a un metro

20 db

Calle sin tráfico en zona residencial

30 db

Dormitorio tranquilo de día

25 db

Conversación a tres metros

45 db

Orquesta de cuerda y viento

60 db

Orquesta de metales

70 db

Despertador a 40 cm

80 db

Calle ruidosa con mucho tráfico

90 db

Fábrica industrial ruidosa

100 db

Umbral del dolor

120 db

Avión a reacción a 200m

140 db

Cohete espacial a unos 3.000m

200 db


La tabla siguiente se refiere a la sensación subjetiva y el cambio físico, objetivo que la provoca.

Sensación Subjetiva
Cambio Físico
Volumen Amplitud
Timbre Forma de onda (Contenido Armónico)
Tono Frecuencia.

Fisica Óptica y Ondas
 
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