La frecuencia y el tono son dos conceptos fundamentales que nos ayudan a comprender cómo percibimos el sonido. Aunque a menudo se usan indistintamente, representan aspectos diferentes de la experiencia sonora. La frecuencia es una propiedad física del sonido, mientras que el tono es una percepción auditiva que se deriva de esa frecuencia.
¿Qué es la frecuencia?
La frecuencia se refiere al número de ciclos de una onda sonora que ocurren en un segundo. Se mide en Hertz (Hz), donde 1 Hz equivale a un ciclo por segundo.
Un ciclo completo de una onda incluye una compresión y una rarefacción, por lo que la frecuencia determinará cuántos de estos ciclos ocurren en un segundo.
Si un sonido tiene una frecuencia de 440 Hz, significa que la onda sonora vibra 440 veces por segundo. Este es el estándar para el tono musical A4, también conocido como el "La" de afinación.
Relación entre Frecuencia y Longitud de Onda
También vimos que la longitud de onda era la distancia entre dos puntos equivalentes en ciclos sucesivos de una onda sonora. Existe una relación inversa entre frecuencia y longitud de onda: a mayor frecuencia, menor longitud de onda, y viceversa.
Ecuación de la onda sonora
La relación entre frecuencia (f), velocidad del sonido (V), y longitud de onda (λ) se expresa con la siguiente ecuación:
V = λ · f
¿Qué es el tono?
Cuando hablamos de tono o de altura, hacemos una referencia clara a la frecuencia pero utilizando términos musicales.
Por ejemplo, una nota de referencia para afinar los instrumentos musicales es el LA3 (en nomenclatura franco-belga; o A4 en nomenclatura científica o anglosajona), que en afinación estándar representa una frecuencia de 440 Hz.
En estos términos decimos que un sonido es grave, medio o agudo, y generalmente lo hacemos por comparación (“para nuestro registro de voz, necesitamos que el tono de esta canción sea más alto”, por ejemplo).
En este concepto entran también las octavas. Una octava es el rango de frecuencias para el cual se cumple que la última banda dobla en frecuencia a la primera. Es decir, entre el LA3, de 440 Hz, y el LA4, de 880 Hz, hemos subido una octava.
Teniendo todo lo anterior en cuenta, podemos afirmar que a mayor frecuencia el sonido se percibirá más agudo, y a menor frecuencia el sonido se percibirá más grave.
Timbre
Siguiendo con el ejemplo anterior, si un LA3 se corresponde con una frecuencia de 440 Hz (en afinación normal), no quiere decir que cuando toquemos dicha nota en un piano, o en un violín o una guitarra, espectralmente sea la única frecuencia que componga su sonido. Cuando decimos que ese LA es de 440 Hz, significa que su frecuencia fundamental será de 440 Hz, pero a su vez el instrumento producirá muchas frecuencias entre las que destacarán los armónicos de dicha frecuencia.
Por ejemplo, con ese LA3 tocado por un piano, entrarán en juego las siguientes frecuencias:
- 110 Hz. Segundo sub-armónico. Frecuencia f/4
- 220 Hz. Primer sub-armónico. Frecuencia f/2
- 440 Hz. Frecuencia fundamental. Primer armónico, frecuencia f
- 880 Hz. Segundo armónico. Frecuencia 2f
- 1.320 Hz. Tercer armónico. Frecuencia 3f
- 1.760 Hz. Cuarto armónico. Frecuencia 4f
- 2.200 Hz. Quinto armónico. Frecuencia 5f
- Etc.
La amplitud de todas estas frecuencias será distinta dependiendo del instrumento. Así, ese mismo LA3 tocado por otro instrumento poseerá distinto espectro, siendo por tanto, diferente timbre.
Estas variaciones van a depender de los volúmenes de la caja de resonancia de cada instrumento, de sus materiales de construcción, de su antigüedad, del entorno donde es tocado, etc.
Tras explorar cómo la frecuencia determina el tono de un sonido, es momento de hablar del hercio. Esta unidad de medida nos permite cuantificar la frecuencia de las ondas sonoras, obteniendo una forma precisa de describir los tonos que escuchamos.