Para entenderlo bien sin ninguna "controversia" innecesaria, vamos a dividir todo el proceso de generación y percepción del sonido en 5 partes importantes, pero completamente separadas. A continuación, procederemos a explicar cada parte utilizando algunos ejemplos diferentes y piezas de lógica derivada:
- Vibración de las cuerdas vocales
- Transmisión de energía de las cuerdas vocales al aire en el tracto vocal
- Resonancia y atenuación en el tracto vocal
- Transmisión de energía desde el final del tracto vocal (boca) al medio circundante
- Recepción y percepción del sonido por parte de otro ser humano.
Ahora:
1. La frecuencia generada por las cuerdas vocales depende de la tensión ejercida sobre ellas y los músculos circundantes. Este es un proceso neuromuscular y NO se ve afectado por el Helio ni por ningún otro gas (al menos a corto plazo).
Así que nuestro las cuerdas vocales siguen vibrando en la misma frecuencia en el helio como en el aire normal.
2. El sonido se produce por la transmisión de las vibraciones producidas en las cuerdas vocales, al aire del tracto vocal. Esta "transmisión" no se produce por arte de magia. Las cuerdas vocales, al vibrar, empujan y tiran de las columnas de aire que se encuentran en sus inmediaciones, de forma no muy diferente a como se empuja a un niño en un columpio a intervalos específicos, para producir oscilaciones sostenidas y un breve disfrute. (El "tirón" en esta analogía lo proporciona la gravedad).
La cuestión es que el niño oscila con la misma frecuencia con la que usted empuja el columpio. Es decir, si usted empuja el columpio una vez cada N segundos, el niño también completa un columpio una vez cada N segundos. Esto es cierto independientemente del peso del niño, ¿correcto?
Del mismo modo, el aire en el tracto vocal, también vibra a la misma frecuencia que las cuerdas vocales . Este hecho, también es cierto independientemente de la masa de las partículas de aire .
En otras palabras, el La frecuencia del sonido no cambia, independientemente del medio en el que se transmita.
Tiempo muerto
El último ha sido un desastre. ¿La frecuencia del sonido no cambia? Entonces ¿por qué el helio suena diferente al aire normal?
Mientras que la frecuencia del sonido no cambia, la VELOCIDAD del sonido hace . ¿Por qué? Considere esta vieja ecuación de la física clásica:
Energía cinética = 0,5 * m * v^2,
donde m = masa y v = velocidad (no digamos "velocidad" por ahora)
Ahora las cuerdas vocales, vibran con el misma Fuerza N en el misma frecuencia T . Por lo tanto, la energía que transmite debe ser la misma en TODOS los medios.
En otras palabras, para un valor constante dado de energía cinética, v^2 es inversamente proporcional a la masa de las partículas.
Esto significa naturalmente el sonido viaja más rápido en el Helio que en aire .
Ahora, conocemos la otra vieja ecuación:
Velocidad = Longitud de onda x Frecuencia
Ahora bien, como sabemos que la FRECUENCIA del sonido es la misma en el Helio y en el Aire, y la velocidad del sonido es mayor en el Helio, se deduce que el La longitud de onda del sonido es mayor en el helio que en el aire . Esta es una conclusión muy importante, que se relaciona directamente con nuestra siguiente deducción.
3. Ahora, tenemos una conclusión muy importante en nuestro kit - "La longitud de onda del sonido es mayor en el helio que en el aire".
Recuerda que el tracto vocal se suele modelar (de forma simplista) como un tubo abierto o cerrado. Para refrescar por qué es importante, véase Wikipedia .
En realidad, el tracto vocal no es un cilindro, sino una forma bastante compleja. Esto significa que tiene áreas de constricción y expansión que cambian dependiendo de la posición de la lengua, la tensión en el tracto y varios otros factores.
Así que, en cierto sentido, en estas configuraciones complejas, el tracto vocal puede modelarse como una serie de tubos de distintos diámetros y distintos niveles de "cierre" de cualquiera de las aberturas.
Esto significa que diferentes partes del tracto vocal en función de su configuración geométrica y de sus características materiales, resuenan con diferentes longitudes de onda de sonido .
Fíjate que he dicho ONDAS y no FRECUENCIAS. En el lenguaje común se suele utilizar "frecuencias" ya que W y F están directamente interrelacionadas en un medio común. Sin embargo, aunque cambiemos el medio por el que se propaga el sonido, la interacción de las ondas sonoras con los tubos abiertos y cerrados depende estrictamente de su longitud de onda y no de su frecuencia .
Ahora sería un buen momento para volver a la conclusión de la marquesina que sacamos del punto 2 - "La longitud de onda del sonido es mayor en el Helio que en el Aire" .
Esto nos lleva a las siguientes CONCLUSIONES CLAVE/FINAL:
En un tracto vocal lleno de Helio:
1. Las frecuencias del sonido no cambie
2. El longitudes de onda de sonido CAMBIAR
3. Porque las longitudes de onda han cambiado, las porciones del espectro sonoro producidas por las cuerdas vocales que se atenúan y resuenan por diferentes porciones del tracto vocal, también cambian.
4. Esto da lugar a la salida del espectro sonoro por la combinación de las cuerdas vocales y el tracto vocal en Helio, ser diferente de la salida del espectro sonoro en Aire normal.
5. Esto significa que la red distribución de energías entre las frecuencias altas y bajas (o el timbre ) cambia con un cambio de medio sonoro. Mientras que el frecuencia fundamental del sonido (estrechamente relacionado con tono ) no cambia .
Veamos el espectrograma de dos muestra suena útilmente proporcionado en el artículo de NSW.
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Lamentablemente, debido a las condiciones experimentales los dos sonidos no tienen el mismo contenido (se pronuncian diferentes frases) y, por tanto, no se puede confiar exactamente en el espectrograma. Sin embargo, la frecuencia fundamental en ambos es aproximadamente la misma y, por tanto, apoya nuestra conclusión de que el tono es el mismo. Dado que se utilizan palabras diferentes en ambos sonidos, no se puede hacer una comparación tímbrica (ya que la diferencia en la distribución de la energía visible en el espectrograma puede atribuirse a las diferentes palabras pronunciadas).
Además, para simplificar y facilitar la comprensión, se ha utilizado un "espectrograma melódico" en lugar del espectrograma crudo, más ruidoso. Se ha generado con Sonic Visualizer.
¡No hemos terminado!
Comenzamos con la promesa de explicar la transmisión y recepción/percepción del sonido en CINCO partes. Ya hemos terminado con sólo tres. Vamos a repasar las partes restantes muy rápidamente.
4. Transmisión del sonido de la boca al aire - Como se ha dicho en el punto 2, con un cambio de medio, el sonido frecuencia no cambia, pero sí la longitud de onda. Esto significa que el único efecto de llenar una habitación con helio también (en lugar de sólo el tracto vocal) es aumentar la longitud de onda del sonido.
5. Lo anterior tiene no hay impacto en la percepción del sonido . El oído y el cerebro juntos son principalmente un receptor de FRECUENCIAS. El oído traduce las pulsaciones del aire en oscilaciones de las células ciliadas, que a su vez se traducen en pulsos sincrónicos en las neuronas conectadas. Dado que la sincronización de los pulsos está correlacionada ÚNICAMENTE con la frecuencia, y que la sincronización de los pulsos es lo que produce las nociones de tono, timbre, etc., podemos asumir con seguridad que el oído transcribe fielmente el sonido al cerebro basándose en la frecuencia. La longitud de onda no influye en este proceso.
Sin embargo, el oído, al igual que el tracto vocal, no es lineal. Esto significa que también va a atenuar/resonar algunos sonidos (las propiedades no lineales específicas de la cóclea todavía se están estudiando). Sin embargo, al igual que el tracto vocal, el oído/coclea es un órgano sellado, lleno de fluido cámara. Las propiedades de la cóclea no se ven afectadas por el aire circundante pero sólo por el fluido, que por supuesto podría verse afectado por la composición de la sangre y otros factores biológicos. Pero NO el entorno inmediato.
Así, en la raíz de toda la confusión en torno a la producción y recepción del sonido en medios alternativos como Helium, es que las características no lineales del tracto vocal se ven afectadas por el medio circundante , mientras que los de la oreja no lo son. Eso es todo.
