El oído

Timbre

¿Qué es el sonido?

El sonido es un disturbio que se propaga en un medio material, ya sea sólido,

líquido o gaseoso, en forma de ondas mecánicas de presión. Dichas ondas son

longitudinales, es decir, la propagación es en la misma dirección que la presión.

Cualquier sonido puede describirse mediante tres características perceptuales:

intensidad, tono y timbre. Estas características corresponden a tres magnitudes

físicas: amplitud, frecuencia y contenido armónico o forma de onda.

Oído externo

Está formado por el pabellón

auricular y el conducto auditivo externo.

El pabellón auricular es una

estructura constituida por cartílagos

cubiertos de piel. El lóbulo del pabellón

es la única zona que no posee cartílago.

El conducto auditivo externo es un

conducto que se ubica entre el pabellón

auricular y la membrana timpánica. Su largo es

de 25 a 30 mm. Se divide en cartilaginoso y en

óseo. La piel que lo cubre es continuación de la

del pabellón auricular y contiene solo en su

porción más externa pelos y glándulas

sudoríparas modificadas denominadas

ceruminosas y cuya función es producir el

cerumen, que tiene por funciones proteger a la

cavidad ótica de agentes extraños, como el

polvo, agentes parásitos, agentes virulentos y de

ciertos agentes bacterianos; y evitar la

maceración de la piel blanda de dicho meato o

conducto.

Oído medio

Se encuentra situado en la cavidad timpánica llamada caja del tímpano, cuya

cara externa está formada por la membrana timpánica, o tímpano. Incluye el

mecanismo responsable de la conducción de las ondas sonoras hacia el oído

interno. Se extiende unos quince milímetros en un recorrido vertical y otros quince

en recorrido horizontal. El oído medio está en comunicación directa con la nariz y

la garganta a través de la trompa de Eustaquio, que permite la entrada y la salida

de aire del oído medio para equilibrar las diferencias de presión entre éste y el

exterior.

Hay una cadena formada

por tres huesos pequeños y

móviles (huesecillos) que

atraviesa el oído medio. Estos

tres huesos reciben los nombres

de martillo, yunque y estribo.

Los tres conectan acústicamente

el tímpano con el oído interno,

que contiene un líquido.

Oído interno

Se encuentra en el interior del hueso temporal que contiene los órganos

auditivos y del equilibrio, que están inervados por los filamentos del nervio

auditivo. Está separado del oído medio por la fenestra ovalis, o ventana oval. El

oído interno consiste en una serie de canales membranosos alojados en una parte

densa del hueso temporal, y está dividido en: cóclea (en griego, ’caracol óseo’),

vestíbulo y tres canales semicirculares.

Entre el laberinto óseo y el

membranoso existe un líquido

denominado perilinfa. En el oído

interno existen dos órganos, el auditivo

o coclear (ubicado en la cóclea o

caracol) y el órgano del equilibrio o

vestibular.

Los canales semicirculares, son tres tubos arqueados en semicírculos, implantados en el

vestíbulo y situados en tres planos rectangulares, según las tres dimensiones del

espacio. Los canales semicirculares nos dan la noción del espacio y, por lo tanto,

contribuyen al mantenimiento del equilibrio de la cabeza y del cuerpo.

El caracol o cóclea es un sistema de tubos enrollados, con tres tubos diferentes, uno al

lado del otro denominados rampa vestibular, rampa media y rampa timpánica. La

rampa vestibular y media están separadas entre sí por la membrana vestibular, la

rampa timpánica y la rampa media están separadas por la membrana basilar.

El órgano de Corti se encuentra en

todo el recorrido del conducto

coclear, localizado en el oído interno.

Está conformado por un epitelio

engrosado de características

demasiado complejas, imposibles de

definir incluso bajo microscopía

electrónica

El proceso auditivo

El conducto auditivo externo permite la introducción de las ondas sonoras y

representa una cámara de resonancia que es máxima a nivel de los 3.500 c/s.

Si no existiera oído medio la onda sonora llegaría directamente a estimular

al vestíbulo de la cóclea. En esa zona existe una interface aire-líquido y por lo

tanto el 99.9 % de la energía de esa onda se perdería. La razón fisiológica

del oído medio es la de ser un ajustador de las diferentes impedancias de esa

interface, la membrana timpánica y los huesecillos generan una amplificación de

1.3 veces, la eficiencia de este sistema permite no perder energía al llegar a la

cóclea.

El movimiento ondular de la perilinfa, producido

por las ondas sonoras, provoca la estimulación de

los cilios de las células del órgano de Corti,

permitiendo que el sonido sea traducido, de

energía sonora (mecánica) en señales eléctricas,

éstas son las que se envían al cerebro, a través de

relevos en el tronco encefálico.

La longitud de las fibras basilares aumenta

progresivamente desde la base de la cóclea hasta

su ápice. Las células basilares son más delgadas y

más pequeñas en la zona cercana a la ventana

oval y más grandes y gruesas al final de la cóclea.

Como consecuencia de esto, las fibras al principio

de la cóclea más cercanas a la ventana oval

resuenan en altas frecuencias, en tanto que las de

la zona apical, más alejadas del oído medio,

resuenan a bajas frecuencia.

De acuerdo a lo anterior, la membrana basilar puede considerarse como un banco de filtros mecánicos que

separan las componentes frecuenciales de los sonidos complejos, ya que cada grupo de nervios se excita más

fuertemente por un conjunto de frecuencias particulares que por otras.

Fourier

Human Time-Frequency Acuity Beats the Fourier Uncertainty Principle

Jacob N. Oppenheim and Marcelo O. Magnasco

Laboratory of Mathematical Physics, Rockefeller University, New York, New York

10065, March 13, 2015, http://arxiv.org/pdf/1208.4611v2.pdf

Trata acerca de dos propiedades del sonido: la frecuencia y el tiempo. Según el

Principio de Incertidumbre de Fourier, estas dos propiedades no pueden

determinarse simultáneamente por encima de un límite conocido como el límite

de Gabor. Ser capaz de analizar la frecuencia con mucha precisión, necesita tomar

un trozo grande del sonido original, con lo que se pierde precisión temporal. Si se

analiza un sonido corto, se pierde resolución en frecuencia, y no habrá suficiente

información para poder observar las frecuencias con todo el detalle.

Timbre

Cualquier sonido puede describirse mediante cuatro características básicas:

Cualidad Característica Rango

Altura o tono Frecuencia de onda Agudo, medio, grave

Intensidad Amplitud de onda Fuerte, débil o suave

Timbre Armónicos de onda o forma de

la onda. Análogo a la textura

Depende de las características de la fuente

emisora del sonido (por analogía: áspero,

aterciopelado, metálico, etc)

Duración Tiempo de vibración Largo o corto

Timbre

El timbre nos permite diferenciar un sonido de las mismas características emitido

por dos instrumentos distintos. Se suele entender el timbre como la textura de un

sonido.

El concepto de timbre se produce porque dos sonidos con el mismo tono, la

misma intensidad y la misma frecuencia tienen una composición armónica

diferente, es decir, la composición armónica de un sonido corresponde a la onda

resultante de la superposición de su frecuencia fundamental con la de los

armónicos.

Algunos factores que influyen en el timbre de un sonido se relacionan con las

características físicas del cuerpo que los emite.

Las frecuencias armónicas son

múltiplos enteros de la

frecuencia fundamental, es decir,

para una frecuencia

fundamental de 50 Hz, el tercer

armónico tendría 150 Hz y el

quinto armónico 250 Hz.

La amplitud de los armónicos

más altos es mucho menor que

la amplitud de la onda

fundamental y tiende a cero, por

este motivo los armónicos por

encima del quinto o sexto

generalmente son inaudibles

Timbre

El teorema de Fourier demuestra que cualquier forma de onda periódica puede

descomponerse en una serie de ondas (armónicos) que tiene una frecuencia que

es múltiplo de la frecuencia de la onda original (frecuencia fundamental). Así, los

armónicos son múltiplos de la frecuencia fundamental, a la que acompañan.

El timbre viene determinado por la cantidad e intensidad de estos armónicos. A

veces, como en el caso del oboe, estos armónicos pueden tener una amplitud

igual o superior a la forma de onda fundamental.

Los armónicos varían según la fuente, según el tipo de instrumento, según el

diseño del propio instrumento, e, incluso, según la forma de tocar este

instrumento.

Hay diferentes grados de generalización en la consideración del timbre de una

fuente sonora.

• Diferencia elementos de diferentes clases (por ejemplo, una guitarra de una

flauta).

• Diferencia elementos de una misma clase (por ejemplo, dos guitarras).

• Diferencia las distintas posibilidades dentro de un único elemento (por ejemplo,

diferentes posibilidades sonoras en una misma guitarra).

• Caracteriza las diferencias producidas por la variación temporal de un sonido (el

sonido como fenómeno dinámico, que varía en el tiempo).

El cerebro tiene almacenados en la memoria una ingente cantidad de registros de

timbres, de forma que cuando se oye un sonido se activan los mecanismos

psíquicos de reconocimiento, entre los cuales figura la memoria como elemento

primordial.

Generalmente asumimos que el timbre de un instrumento que interpreta una

escala, es el mismo en todas las notas, y que lo único que varía es la frecuencia

fundamental y las de sus armónicos superiores. Sin embargo esto no es así, en

realidad, cada nota de un mismo instrumento tiene su propio timbre, distinto al de

las restantes. Todas estas variaciones se hallan almacenadas en la memoria y,

cuando lo que oímos no concuerda con nuestros datos almacenados, el

reconocimiento del sonido da resultados negativos.

Referencias

• Manual de otorrinolaringología infantil, Pilar Navarro Paule, Rafael Pérez Aguilera, Carlos Sprekelsen Gassó. Elsevier

España, 07/02/2012

• Anatomía y fisiología del oído, Jorge Caro, José San Martín. Pontificia Universidad Católica de Chile,

http://escuela.med.puc.cl/paginas/publicaciones/otorrino/apuntes-2013/Anatomia-fisiologia-oido.pdf

• Facultad de Medicina Universidad de la Frontera, Chile,

http://www.med.ufro.cl/Recursos/neuroanatomia/archivos/pdf/fono.audicion.pdf

• Escuela Universitaria de Música, http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/sap.html

• Armónicos, Causas y Efectos, David Chapman, Copper Development Association UK, Marzo 2001.

• La percepción acústica: Tono y timbre, Jesús Mariano Merino, Dpto. de didáctica de las Ciencias Experimentales,

Universidad de Valladolid.

• http://personales.unican.es/perezvr/pdf/Sonido%20y%20Audicion.pdf