Hasta el momento hemos analizado las ondas sonoras en forma puramente descriptiva. La forma en que los seres humanos percibimos esas ondas sonoras es un tema completamente diferente.
Comencemos por dar una breve descripción de nuestro sistema auditivo: el oído.
El Oído Humano; Imagen de: Sears y Zemansky; Física General; Ed. Aguilar; Madrid; 1973; pág. 405.
(i) Partes
El aparato auditivo puede dividirse en tres partes: oído externo, oído medio y oído interno.
El oído externo comprende la oreja o pabellón auditivo, una membrana compuesta por un esqueleto fibrocartilaginoso, cuya función es colectar cualquier tipo de sonido, reflejarlo y dirigirlo al conducto auditivo externo, el cual termina en la pared de la caja timpánica. El pabellón también nos indica la dirección desde la que se recibe el sonido.
El oído medio comprende el tímpano, una cavidad llena de aire, la cual comunica por un conducto denominado Trompa de Eustaquio con la porción nasal de la faringe. La pared externa del tímpano está formada por la membrana timpánica, constituía por fibras circulares y radiadas; su espesor es comparable al de una hoja de papel y se halla tapizada por piel por el lado exterior. La membrana del tímpano es el elemento vibrátil que recibe el sonido.
La pared interna del tímpano posee dos orificios o ventanas, cerradas por membranas: la ventana oval está por encima y por delante; la ventana redonda se halla debajo y atrás. Tres pequeños huesecillos rodeados de mucosa unen la membrana del tímpano con la ventana oval; ellos son el martillo (en contacto con la mebrana timpánica), el yunque y el estribo, este último en contacto con la ventana oval. La cadena de huesos transmite las vibraciones a la ventana oval.
Esquema del tímpano, cadena de husecillos, ventanas y membrana basilar (en el dibujo está extendida para una mejor visualización). Imagen del Prof. Antonio L. Manzanero; Psicología de la Percepción; Universidad Complutense de Madrid.
En la parte interna del oído se halla el laberinto, una cavidad de forma compleja contenida dentro de la cavidad ósea y que contiene el vestíbulo, en la parte central, los canales semicirculares y el caracol. El laberinto se halla lleno de un líquido denominado linfa, incompresible y encargado de transmitir los cambios de presión provocados en la ventana oval. La ventana redonda sirve de válvula.
(ii) Funcionamiento
(ii) Funcionamiento
Cuando vibra la ventana oval –el movimiento es de algunas micras, apenas- los cambios de presión pasan al laberinto. En su interior, la membrana basilar, ubicada en el caracol, cumple la función de detectar los tonos.
El extremo de esta membrana más cercano al tímpano (base, más delgada y rígida) resuena a cerca de 20kHz; el extremo más alejado (ápice, más grueso y suave) resuena a 20Hz. Por esta razón el rango de frecuencias audibles por los seres humanos abarca aproximadamente el intervalo entre dichas frecuencias. El nervio auditivo posee sensores de presión en la membrana basilar y traduce los cambios de presión de las oscilaciones en pulsos eléctricos que son enviados al cerebro, donde se procesan para convertirse en la sensación que denominamos sensación auditiva.
La membrana basilar mide alrededor de 3,5cm de longitud y cuando el tímpano vibra esta membrna vibra como una cuerda sujeta por sus extremos. Sin embargo, como la densidad lineal de la membrana basilar no es constante, no responde a la manera de una cuerda simple. En el esquema de arriba, vemos cómo reacciona la membrana a diferentes frecuencias de sonido: cuanto mayor es la frecuencia, más cerca del estribo se produce la vibración (pues la longitud de onda es menor); cuanto menor es la frecuencia, más cerca del ápice vibra la membrana basilar.
Esta imagen nos muestra un corte transversal del caracol en el que se aprecia la ubicación de la membrana basilar. Sobre ella se encuentran las células ciliadas del órgano de Corti, que detectan las vibraciones de la membrana, transformando los cambios de presión en impulsos eléctricos que viajan hasta el cerebro a través del nervio auditivo. El órgano de Corti contiene entre 15.000 y 20.000 receptores nerviosos, cada uno con su célula respectiva. Estas células no se regeneran.
Si el Órgano de Corti reduce sus funciones, se produce la pérdida de la audición. Esto puede ser provocado por el daño que causa la exposción a sonidos sumamente elevados o por ciertas drogas ototóxicas (algunos antibióticos, diuréticos, alcaloides) o por absorción de metales pesados (mercurio y plomo).
(iii) Percepción del sonido: rangos
La gráfica siguiente fue realizada por el investigador Dr. Harvey Fletcher, de los Laboratorios de la compañía norteamericana Bell Telephone y muestra el intervalo de frecuencias e intensidades a que es sensible un oído promedio. A la izquierda, se indica la intensidad en W/cm2 (escala logarítmica) y la sonoridad en decibeles (escala lineal); a la derecha el cambio de presión (en unidades no internacionales). En el eje horizontal se grafica la frecuencia, en escala logarítmica.
Fuente: Sears y Zemansky; Op. Cit; pág. 407. Solamente el 1% de las personas tienen un umbral de audición tan bajo como el graficado aquí.
Noten que el umbral de la audición (línea inferior) no es una línea horizontal, sino una curva compleja, ya que depende de la frecuencia del sonido. La máxima sensibilidad del oído se halla comprendida entre 2kHz y 4kHz, cuando el umbral de la audición cae a -5dB.
El umbral de dolor (línea superior) está representado casi por una línea horizontal ubicada aproximadamente en 120dB, independiente de las frecuencias.
Del análisis de toda la gráfica, se puede decir que el oído humano es sensible a sonidos comprendidos entre 20 y 20kHz (16kHz, en la práctica), si las intensidades valen algo más de 80dB.
