Estoy seguro de que siempre que te hablan de sonido de una forma profesional, también te hablarán de frecuencia. Sin embargo, no siempre dicen lo que es y en especial cómo se mide. ¡Quédate para conocer todo sobre la frecuencia de los sonidos!


Contenido

¿Qué es la frecuencia del sonido y qué son los Hz?

En realidad, la frecuencia es un concepto que nace en la física y se aplica en el análisis de señales y para el audio se usa específicamente para señales o sonidos periódicos (que se repiten continuamente). Se refiere al número de ciclos completos (repeticiones) que tiene la señal en una unidad de tiempo. Para una unidad de tiempo estandarizada de un segundo, es la definición de la unidad Hercio o Hertz [Hz] en inglés, que sería la forma en que se mide la frecuencia. Recordemos que, por notación ingenieril, cuando sobrepasa el valor de mil, se suele escribir [kHz], que significa que es un valor en miles de Hertz.

En la siguiente gráfica se puede observar muy bien el concepto de Frecuencia y Hercio. Es un sonido senoidal, como puedes ver un ciclo es la variación que tiene el sonido sin repetirse. Y tiene 3 ciclos en un segundo, así que sería un sonido de 3Hz. 

¿Qué es el periodo de un sonido?

El periodo se define como el tiempo en que transcurre un ciclo. Si tomamos como ejemplo el sonido de la gráfica anterior, sería equivalente a dividir un segundo en 3, ya que son 3Hz. Y así, el periodo sería igual a 1/3 de segundo.

¿Cuál es la frecuencia de un sonido que no es periódico?

Después de la explicación anterior tal vez te estés preguntando qué es la frecuencia de un sonido cuando no es periódico. Técnicamente sería cero porque nunca se repite, pero a pesar de eso seguimos escuchando que hay frecuencias en sonidos como los platillos de una batería, que es un estallido y no se repite. Lo que pasa es que cualquier señal de audio, así no sea cíclica, puede descomponerse en un conjunto de señales senoidales que sumadas dan el resultado el audio no periódico. Entonces se habla de componentes en frecuencia, aunque informalmente le llaman sólo frecuencias (en plural). El procedimiento no lo voy a explicar acá debido a su complejidad, pero si te interesa saber del tema, se llama Transformada de Fourier y es bastante conocido en el mundo de las matemáticas. 

Para que veas un ejemplo, miremos un impulso. Es una señal que en un instante de tiempo tiene un valor distinto a cero y cero en los demás. Esa señal característica se puede obtener sumando señales coseno de la misma amplitud y fase, pero diferentes frecuencias. En la siguiente gráfica observamos señales senoidales de diferente frecuencia a la izquierda y a la derecha las señales que se obtienen al sumarlas de a una. Al final se ve una en la que se suman 16.000 señales senoidales de diferentes frecuencias y en donde ya es similar a un impulso.


Acá es importante observar que a medida que se suman más senoidales se obtiene una señal más parecida a la deseada, se pronuncia un pico en el tiempo igual a cero. En realidad, se necesitan infinitas señales senoidales para que podamos obtener el impulso perfecto, pero por ahora nos muestra claramente el concepto de que cualquier señal se puede obtener con la suma de señales senoidales. Si quieres obtener diferentes sonidos, lo que hay que hacer es modificar la fase y amplitud de las senoidales. Es un concepto muy útil que incluso lo puedes usar en síntesis de sonidos.


¿Qué significa la gráfica de frecuencia en audio?

Como ya vimos, el sonido se puede descomponer en la suma de sonidos senoidales de diferentes frecuencias y fase. Las variaciones en fase se suelen ignorar, sólo suele tomar importancia para el desarrollo de filtros digitales, pero la amplitud de la frecuencia sí la solemos usar para balancear la mezcla final de varios sonidos, como en una canción, así evitamos chirridos incómodos, o podemos hacer tratamiento acústico de un recinto, entre muchas otras aplicaciones. 

En la siguiente gráfica de frecuencia en el eje X nos muestra la frecuencia de la componente senoidal y en el eje Y la magnitud. El eje X suele estar en una escala logarítmica porque escuchamos de esa forma, diferenciamos de igual manera la distancia entre 10KHz y 20KHz que entre 100 y 200 Hz, que es una octava. El eje Y suele ir en decibeles [dB] porque de lo contrario es muy difícil comparar amplitudes muy grandes y pequeñas, las cuales son comunes. Ahí verás que sumamos dos sonidos senoidales de la izquierda, uno de 100Hz y otro de 500Hz. Es claro cómo se ven los picos de amplitud en esas frecuencias.


También debes fijarte en que los valores contiguos a esas frecuencias no son cero, como si indicara que suman senoidales con frecuencias parecidas. Eso es una limitación a la hora del cálculo matemático, requeriría infinitos datos para poder hacerlo perfecto, pero no los tenemos. Esto se puede mejorar si usas un tiempo más largo de audio para graficar las componentes en frecuencia, así que recuerda que, si quieres una mejor precisión, entonces usa más datos de tu señal de audio.

¿Qué son los armónicos?

Los armónicos son un caso especial de la propiedad anterior. También se demostró que todos los sonidos periódicos pueden ser descompuestos en la suma de sonidos senoidales que tienen la misma frecuencia del sonido original y sus múltiplos enteros. Por ejemplo, si queremos representar un sonido con señal cuadrada (pulso) de frecuencia 50Hz, sólo necesitamos una combinación de señales senoidales de 50Hz, 100Hz, ... , y todos los demás armónicos. Si se suman por superposición de ondas sonoras lograrán obtener el equivalente al sonido periódico inicial. Lo importante acá es saber la amplitud y fase de estas señales senoidales, si deseas conocer más el tema, se llama Series de Fourier. El siguiente gif que es de dominio público lo permite visualizar muy bien.

 


¿Cuál es el rango audible del oído humano?

Si te has preguntado cuáles son los límites de frecuencia de las ondas sonoras para que sean audibles por el oído humano, la respuesta es simple: de 20Hz a 20KHz. Recordemos que la K significa kilo en notación ingenieril y se refiere a que se multiplica por mil el valor que precede. 

Este rango es un estimado y además a medida que nuestra edad avanza se disminuye en las frecuencias altas. En algunos casos es común que sólo se pueda escuchar hasta 16KHz, como en ancianos o personas que están expuestas a mucho ruido por mucho tiempo. No es algo que afecte mucho la vida cotidiana, pero sí puede modificar la percepción de algunos sonidos sintetizados y es una alerta de problemas auditivos a futuro.  

¿Qué son los infrasonidos?

Los infrasonidos son esas perturbaciones que tienen frecuencias demasiado bajas y el oído humano no las puede escuchar. Eso significa que son los sonidos que tienen una frecuencia menor a 20Hz.

¿Qué son los ultrasonidos?

Los ultrasonidos son los sonidos que no se escuchan, pero la diferencia con los infrasonidos es que corresponde al rango de frecuencias superior al rango audible, o sea los sonidos que su frecuencia supera 20KHz.

Supongo que con esta información ya tendrás un buen conocimiento sobre la frecuencia en el sonido. Entonces con eso termino este artículo y te invito a ver este otro sobre superposición de ondas.