5.3: Ondas y longitudes de onda
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- Describir las características físicas importantes de las formas de onda
- Mostrar cómo las propiedades físicas de las ondas de luz se asocian con la experiencia perceptual
- Mostrar cómo las propiedades físicas de las ondas sonoras se asocian con la experiencia perceptual
Los estímulos visuales y auditivos ocurren ambos en forma de ondas. Aunque los dos estímulos son muy diferentes en términos de composición, las formas de onda comparten características similares que son especialmente importantes para nuestras percepciones visuales y auditivas. En esta sección se describen las propiedades físicas de las olas así como las experiencias perceptuales asociadas a ellas.
Amplitud y longitud de onda
Dos características físicas de una onda son la amplitud y la longitud de onda. La amplitud de una ola es la altura de una ola medida desde el punto más alto de la ola (pico o cresta) hasta el punto más bajo de la ola (valle). La longitud de onda se refiere a la longitud de una onda de un pico al siguiente.
La longitud de onda está directamente relacionada con la frecuencia de una forma de onda dada. La frecuencia se refiere al número de ondas que pasan un punto dado en un período de tiempo dado y a menudo se expresa en términos de hercios (Hz), o ciclos por segundo. Las longitudes de onda más largas tendrán frecuencias más bajas y las longitudes de onda más cortas tendrán frecuencias más altas.
Ondas de Luz
El espectro visible es la porción del espectro electromagnético más grande que podemos ver. Como muestra la siguiente figura, el espectro electromagnético abarca toda la radiación electromagnética que se produce en nuestro entorno e incluye rayos gamma,\(x\) rayos, luz ultravioleta, luz visible, luz infrarroja, microondas y ondas de radio. El espectro visible en humanos está asociado con longitudes de onda que van desde\(380\) hasta\(740\) nm, una distancia muy pequeña, ya que un nanómetro (nm) es una billonésima parte de metro. Otras especies pueden detectar otras partes del espectro electromagnético. Por ejemplo, las abejas pueden ver la luz en el rango ultravioleta (Wakakuwa, Stavenga y Arikawa, 2007), y algunas serpientes pueden detectar radiación infrarroja además de señales de luz visuales más tradicionales (Chen, Deng, Brauth, Ding, & Tang, 2012; Hartline, Kass, & Loop, 1978).
En humanos, la longitud de onda de la luz se asocia con la percepción del color. Dentro del espectro visible, nuestra experiencia del rojo se asocia con longitudes de onda más largas, los verdes son intermedios y los azules y violetas son más cortos en longitud de onda. (Una manera fácil de recordar esto es el mnemotécnico ROYGBIV: r ed, o range, y ellow, g reen, b lue, i ndigo, v iolet.) La amplitud de las ondas de luz se asocia con nuestra experiencia de brillo o intensidad de color, con amplitudes mayores que aparecen más brillantes.
Ondas de sonido
Al igual que las ondas de luz, las propiedades físicas de las ondas sonoras están asociadas con diversos aspectos de nuestra percepción del sonido. La frecuencia de una onda de sonido está asociada con nuestra percepción del tono de ese sonido. Las ondas sonoras de alta frecuencia se perciben como sonidos agudos, mientras que las ondas sonoras de baja frecuencia se perciben como sonidos de tono bajo. El rango audible de frecuencias sonoras está entre\(20\) y\(20000\) Hz, con mayor sensibilidad a aquellas frecuencias que caen en el medio de este rango.
Al igual que con el espectro visible, otras especies muestran diferencias en sus rangos audibles. Por ejemplo, los pollos tienen un rango audible muy limitado, desde\(125\) hasta\(2000\) Hz. Los ratones tienen un rango audible de\(1000\) a\(91000\) Hz, y el rango audible de la ballena beluga es de\(1000\) a\(123000\) Hz. Nuestros perros y gatos tienen rangos audibles de aproximadamente\(70-45000\) Hz y\(45-64000\) Hz, respectivamente (Strain, 2003).
La sonoridad de un sonido dado está estrechamente asociada con la amplitud de la onda sonora. Amplitudes más altas se asocian con sonidos más fuertes. La sonoridad se mide en términos de decibelios (dB), una unidad logarítmica de intensidad sonora. Una conversación típica se correlacionaría con\(60\) dB; un concierto de rock podría registrarse en\(120\) dB. Un susurro a\(5\) pies de distancia o crujir hojas están en el extremo inferior de nuestro rango auditivo; suena como un aire acondicionado de ventana, una conversación normal e incluso el tráfico pesado o una aspiradora están dentro de un rango tolerable. Sin embargo, existe la posibilidad de daños auditivos de aproximadamente\(80\) dB a\(130\) dB: Estos son sonidos de un procesador de alimentos, cortadora de césped eléctrica, camión pesado (a\(25\) pies de distancia), tren subterráneo (a\(20\) pies de distancia), música rock en vivo y un martillo neumático. El umbral para el dolor es de aproximadamente\(130\) dB, un avión de chorro que despega o un revólver disparando a corta distancia (Dunkle, 1982).
Aunque la amplitud de onda generalmente se asocia con la sonoridad, existe cierta interacción entre la frecuencia y la amplitud en nuestra percepción de sonoridad dentro del rango audible. Por ejemplo, una onda de sonido\(10\) Hz es inaudible sin importar la amplitud de la onda. Una onda de sonido\(1000\) Hz, por otro lado, variaría dramáticamente en términos de sonoridad percibida a medida que aumentaba la amplitud de la onda.
Por supuesto, diferentes instrumentos musicales pueden tocar la misma nota musical al mismo nivel de sonoridad, sin embargo todavía suenan bastante diferentes. Esto se conoce como el timbre de un sonido. Timbre se refiere a la pureza de un sonido, y se ve afectado por la compleja interacción de frecuencia, amplitud y sincronización de las ondas sonoras.
Resumen
Tanto la luz como el sonido pueden describirse en términos de formas de onda con características físicas como amplitud, longitud de onda y timbre. La longitud de onda y la frecuencia están inversamente relacionadas para que las ondas más largas tengan frecuencias más bajas y las ondas más cortas tengan frecuencias más altas En el sistema visual, la longitud de onda de una onda de luz generalmente se asocia con el color, y su amplitud se asocia con el brillo. En el sistema auditivo, la frecuencia de un sonido se asocia con el tono, y su amplitud se asocia con la sonoridad.
Glosario
- amplitud
- altura de una ola
- decibelios (dB)
- unidad logarítmica de intensidad sonora
- espectro electromagnético
- toda la radiación electromagnética que se produce en nuestro entorno
- frecuencia
- número de ondas que pasan un punto determinado en un periodo de tiempo determinado
- hercios (Hz)
- ciclos por segundo; medida de frecuencia
- pico
- (también, cresta) punto más alto de una ola
- pitch
- percepción de la frecuencia de un sonido
- timbre
- pureza del sonido
- abrevadero
- punto más bajo de una ola
- espectro visible
- porción del espectro electromagnético que podemos ver
- longitud de onda
- longitud de una onda de un pico al siguiente pico