4.6 ONDAS ALFA Y SU INFLUENCIA EN LA MOTIVACIÓN, LA ATENCIÓN, LA MEMORIA Y EL APRENDIZAJE
Antes de iniciar el estudio de este tipo de ondas se hace necesario conocer los aspectos básicos de la física del sonido con el fin de comprender los elementos que nos permiten entender el efecto de las ondas. Después de tratar estos componentes esenciales de la física, conoceremos detalles de la anatomía del cerebro en lo que respecta a la recepción y procesamiento de los diferentes estímulos auditivos que entran en nuestro cerebro para determinar en que parte es que se da el fenómeno de sincronicidad y que regiones participan en este evento. Igualmente es importante conocer que partes del oído intervienen en estos procesos. Como el sonido existe independientemente del cerebro y es externo a él, empezaremos con el estudio de sus propiedades.
4.6.1 FÍSICA DEL SONIDO
Tenemos cinco sentidos principales con los que interactuamos con nuestra realidad: olfato, tacto, gusto, vista y audición. Siendo los más importantes para el manejo de nuestro entorno los ojos y los oídos. La vista es de crucial importancia para la mayoría de nuestras actividades y tareas diarias mientras que la audición aparece como el factor que mayor influencia tendría sobre el desarrollo de nuestra personalidad, Cidoncha (2006).

La audición en combinación con el habla conforman los pilares esenciales que nos permite comunicarnos con los demás. Con estos sentidos procesamos la información circundante que nos mantiene en estado de alarma para interactuar en un mundo donde hay peligros inminentes que amenazarían nuestra integridad y vida si no estuvieran funcionando correctamente. Los progresos científicos y la llegada de avances como la radio, la televisión y las telecomunicaciones, le han entregado a la audición una importancia aún mayor en nuestra vida diaria. Sin la audición el universo sería simplemente solitario.

El sonido es una onda mecánica que necesita de un medio adecuado que le permita ser transmitido: agua o aire principalmente para nuestro medio humano. Se diferencia de otras familias de ondas, como las ondas electromagnéticas, las cuales pueden viajar en el vacío. El sonido simplemente no funciona en el vacío. El sonido entonces es una onda mecánica que actúa como tal, comprimiendo y estirando el medio por el que viaja, La percepción de un sonido es simplemente la percepción de rapidísimos cambios de la presión del aire generados por minúsculas oscilaciones en la presión del aire, por encima y por debajo de su valor estático, Carrasco (2007).

4.6.1.1 DEFINICIÓN DE SONIDO

El sonido se define como cualquier variación de presión que el oído puede detectar en un rango que va desde los sonidos más débiles hasta los niveles mas altos percibibles por el oído del receptor. Escobar (1995) define el sonido como el conjunto de ondas producidas por un cuerpo que al vibrar crea una variación de presión en el medio que le rodea y pueden ser captadas por el oído.

4.6.1.2 AUDICIÓN

El fenómeno de la audición se puede definir como la sensación producida por la estimulación de los receptores del oído interno en la presencia de ondas acústicas. De aquí se desprende la existencia de tres elementos fundamentales para que el sonido pueda ser procesado en el cerebro:

FUENTE : es el que produce el sonido o perturbación
CAMINO : es el que se encarga de transmitir el sonido
RECEPTOR : quién capta la señal audible: el oído

4.6.1.3 FENÓMENO FÍSICO DE LA ONDA

La onda es una perturbación que se propaga en un medio sólido, acuoso o aéreo que transporta energía pero no materia, y que produce a su paso un desplazamiento oscilatorio de las partículas del medio en el cual se propaga. Hay dos tipos de onda: la longitudinal en las que las partículas oscilan en la misma dirección en que se propaga la onda y la onda transversal en la cual las partículas oscilan en dirección perpendicular a la dirección de propagación de la onda, como es el caso del oleaje marino.


4.6.1.4 PARÁMETROS QUE DEFINEN UNA ONDA

Los parámetros utilizados para definir una onda son bidimensionales pues ésta se manifiesta tanto en el espacio como en el tiempo. Para estos parámetros nos referimos a la descripción que realiza Carrasco (2007):

4.6.1.4.1 FRECUENCIA ( f ).

La física define la frecuencia de una onda, como el número de veces que las partículas atravesadas por ella, vibran. Una vibración equivale a un ciclo completo de ida y vuelta de la partícula. La frecuencia se define entonces como el número de ciclos por unidad de tiempo, es decir N° de ciclos (ida y vuelta) por segundo o Hertz. Es el inverso del período.

Ciclos 1 ciclo
f = , = 1 Hz ( Hertz)
seg. 1 seg.

Fórmula 1. Definición de frecuencia


El oído humano capta sonidos de frecuencias que van desde las 20 a 20.000 Hz. Por debajo de los 20 Hz, se trata de infrasonidos indetectables y por encima de los 20.000Hz hablamos de ultrasonido igualmente indetectable. En comparación con otros animales encontramos que ese rango varía de acuerdo a las características evolutivas de cada especie. Así encontramos:

Especie
Umbral inferior
Umbral superior
humano
20 Hz
20.000 Hz
gato
50
85.000 Hz
perro
50
45.000 Hz
murciélago
40
120.000 Hz
elefante
5
80.000 Hz

Tabla 2. Rango auditivo de diferentes especies


4.6.1.4.2 TONO

Aunque entre tono y frecuencia existe una muy estrecha relación, no se refieren al mismo fenómeno. El tono es una magnitud subjetiva y se refiere a la altura o gravedad de un sonido.
Sin embargo, la frecuencia es una magnitud objetiva y mensurable referida a formas de onda periódicas, Lewis (1983). La sensación subjetiva que produce una determinada frecuencia en nuestro oído es conocida como tono. Entre mas alta es la frecuencia, mas alto es el tono. Las personas con dotes auditivas especiales pueden distinguir tonos producidos por frecuencias que solo se separan por 2Hz.

Algunos tonos son muy distintos, y si se emiten simultáneamente producen sensaciones muy placenteras. Por ejemplo, cuando un sonido duplica la frecuencia de otro, se ha formado una octava y su sensación musical es muy agradable.

4.6.1.4.3 DESPLAZAMIENTO (D)

Diremos que el desplazamiento se manifiesta en el espacio, es decir que si una partícula oscila, se puede definir como la distancia desde su posición de reposo a su posición instantánea. A este desplazamiento instantáneo que puede tomar un valor máximo cero o mínimo, se le conoce con el nombre de Amplitud. Se mide verticalmente.

4.6.1.4.4 AMPLITUD (A)

El máximo desplazamiento vertical se llama Amplitud y es lo que sufre la partícula en vibración. Nuestro oído también puede diferenciar distintas amplitudes de la onda, ya que esta dependerá de la cantidad de energía puesta en juego al emitir aquel ruido en cuestión. La amplitud de un sonido es el máximo exceso de presión o presión sonora en cada ciclo. En el caso del ruido o de los sonidos periódicos, la amplitud puede estar cambiando continuamente. En este caso se acostumbra a obtener algún tipo de promedio. Este parámetro está asociado con el volumen de un sonido y es el fenómeno que nos permite percibir un sonido o ser afectado o lesionado por el mismo. Esta intensidad se mide en una escala, llamada de Decibeles (Vd.) y comienza con el valor cero. Este sonido Cero (Vd.) es aquel que produce tan poca energía que solo es capaz de desplazar una partícula de aire en una milmillonésima de centímetro o cienmilmillonésima de mm, Carrasco (2007).

6.6.1.4.5 TIMBRE
El timbre nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y la misma frecuencia. Se refiere a las características propias de la fuente sonora, lo cual nos permite distinguir el sonido de un violín o el de un piano o un timbre aunque emitan la misma nota con la misma intensidad. En general, los sonidos no son de una sola frecuencia, los sonidos suelen tener una onda principal que va acompañada de otras ondas de menor amplitud llamadas armónicos cuya frecuencia es múltiplo de la onda principal; la suma de esas ondas da lugar a una onda que tiene una forma determinada. El timbre está relacionado con la forma de la onda.

4.6.1.4.6 PERÍODO (T)

Cuando la onda se manifiesta en el tiempo, la partícula en vibración oscila ejecutando ciclos completos de oscilación y es el tiempo en que las efectúa y viene dado en segundos. Es lo que demora un ciclo ( ir y volver) en segundos.



Figura 5. Graficación del período de la señal


l

1 seg.



4.6.1.4.7 LONGITUD DE ONDA ( l ) (LAMDA)

Es la distancia espacial entre dos máximos o mínimos sucesivos


4.6.1.4.8 VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN DE LA ONDA

Es la velocidad con que de desplaza en un determinado medio. Para fines prácticos se puede considerar que la velocidad del sonido (C) en el aire es de 344 m/seg.

4.6.1.4.9 VALOR PEAK, VALOR MEDIO Y VALOR RMS O EFICAZ

Valor Peak: es la máxima amplitud que alcanza la onda en un intervalo de tiempo.
Valor Promedio: es el valor promedio de la onda sonora y es el menor valor.
Valor RMS o Eficaz: es un valor que se ubica entre ambos anteriores valores y representa la energía que tiene la señal, Carrasco (2007).




P valor PEAK valor RMS valor Promedio

O Eficaz







t

Figura 6. Graficación de la energía de la señal

4.6.1.4.10 POTENCIA SONORA ( W )
Es la cantidad de energía transferida desde la fuente al aire circundante. Se mide en watts.
4.6.1.4.11 INTENSIDAD ( I )
Es la cantidad de energía acústica que atraviesa una unidad de área perpendicular a la dirección de propagación en la unidad de tiempo. Esta intensidad “ I “ se mide en ( watt / m2 ).

4.6.1.4.12 EL RANGO DE LA PRESIÓN SONORA

El rengo de las presiones audibles medidas en unidades de presión sonora llamada Pascal, es muy amplio y lo mostramos en el siguiente gráfico:


102 Umbral del dolor

10 avión despegando

1 automóvil pasando

10-1
tipeo en computador
10-2

10-3 cuchicheo en la oreja

10-4 trino de un pájaro a la distancia

10-5 umbral de la audición, mínima presión audible ( susurro)

Este rango vas desde 10-5 hasta 107 . Es como comparar entre $1 hasta $1.000.000. Es un rango muy amplio.


4.6.1.4.13 CAMPO DE AUDICIÓN NIVEL DE PRESIÓN SONORA
(Presión Sonora (Pa) ¹ Nivel de Presión Sonora o Potencia Acústica ( dB))


4.6.1.4.14 EL DECIBEL Y EL NIVEL DE POTENCIA ACÚSTICA


Para que las variaciones de la presión puedan producir sensación auditiva (el oído recibe dos sensaciones fundamentales: la intensidad y la frecuencia) es imprescindible que se produzcan en forma rápida, del orden de 20 a 20.000 veces por segundo. De esta forma se define el campo de audición para ruidos de frecuencia entre 20 y 20.000 Hz. Al margen de la limitación que para la audibilidad presenta la frecuencia, existe otra determinada por la presión sonora. Esta queda definida por la presión sonora que se produce a partir de los 2 x 10-5 pascal o 2 x 10-4 m bar.


De esta forma, queda definido el umbral de la percepción auditiva para un individuo con buenas características auditivas. Por otra parte, el nivel de presión sonora máximo que el oído puede soportar sin que aparezcan efectos dolorosos o umbral del dolor es de 20 pascal (200 m bar) y representa el umbral del dolor. Es entonces importante aclarar aquí que el medio sonoro utilizado en este trabajo experimental se haya dentro de una frecuencia audible que el oído humano pueda percibir y con una presión sonora de baja intensidad para el oído humano en un rango de volumen bajo que en unidades de presión sonora está entre 10-3 y 10-4 pascal, equivalente a un sonido de fondo distante que no se sobreimponga en ningún momento al tono y nivel de presión sonora del profesor.


4.6.2 PROCESO DE LA ESCUCHA. ANATOMÍA DEL ÓRGANO AUDITIVO

El proceso fisiológico de la audición es un proceso mecánico que se convierte en un proceso eléctrico-nervioso. Este proceso se inicia cuando ingresa el sonido en el pabellón auditivo. De ahí continúa a través del conducto auditivo externo y ejerce una presión mecánica sobre el tímpano, haciéndolo vibrar. La vibración del tímpano causa una vasculación de los huesos del oído, haciendo que el estribo funcione como embudo sobre la ventana oval. Este efecto hace que el líquido de la perilinfa se mueva, La vibración

Figura 7. Anatomía del órgano auditivo

pasa de la cavidad vestibular a la cavidad timpánica y éste movimiento muere sobre la ventana redonda. El movimiento hace mover, a su vez, las membranas y esta deformación de las membranas provoca una deformación en los cilios de las células receptoras. Este último movimiento, el ciliar, es el que da inicio a la sensación nerviosa de la audición, Schiffman (1983).

El oído humano se divide en tres partes: Oído externo, oído medio y oído interno (ver figura anterior). El oído externo comprende el pabellón auditivo (parte visible), el canal y la membrana timpánica. Posteriormente encontramos el oído medio, el cual contiene tres diminutos huesecillos conectados entre si que son los encargados de transmitir las vibraciones de esta membrana al oído interno. Este último contiene una cavidad compleja llena de líquido, que contiene las membranas y terminales nerviosos por los que se detectan los cambios de presión. La información recibida es entonces analizada y transmitida al nervio acústico.

En otras palabras, la vía normal de la audición es la siguiente: las ondas sonoras se canalizan por el pabellón y el conducto auditivo, los cuales forman un tubo acústico. Las variaciones de presión imprimen al tímpano vibraciones cuya amplitud es del orden de la micra para sonidos de intensidad media o mucho menor, casi imperceptible. La cadena de huesecillos asegura una transmisión adecuada entre el tímpano que vibra en el aire y la ventana oval, que tiene una cara en contacto con el líquido del oído interno, cuya resistencia acústica es mucho mayor que la del aire.

4.6.2.1 RECEPCIÓN

La onda sonora recae inicialmente sobre el pabellón auditivo, el cual toma los sonidos, los refuerza y luego los retransmite. Igualmente, el pabellón desempeña un papel importante en la orientación auditiva, situación que se aprecia comúnmente con los animales que pueden mover las orejas en dirección del sonido. Su función en la orientación depende de tres factores: la intensidad del sonido, la fase de las ondas y el tiempo que tarda la onda en llegar al cerebro. El fenómeno de la audición normal en los seres humanos da lugar a un efecto de difracción de las ondas sonoras debido al obstáculo representado por la cabeza, Hammond (2006). Si las ondas sonoras son de gran frecuencia, o la longitud de onda es pequeña frente a las dimensiones de la cabeza aparece una diferencia de intensidad entre los sonidos percibidos por cada oído pero si éstos son de baja frecuencia (gran longitud de onda frente a las dimensiones de la cabeza) lo que se observa es una diferencia de fase, es decir, cierta diferencia de tiempo entre los oídos. Este fenómeno se conoce como binauralidad y es el que induce un estado de sincronicidad en el cerebro óptimo para el aprendizaje.

4.6.2.2 TRANSMISIÓN

La transmisión del oído se efectúa en primer lugar a través de la cadena de huesecillos, que realizan una doble función: adaptadora y protectora. La onda sonora pasa de un medio aéreo a otro líquido, por lo que se requiere un sistema de adaptación, el cual esta constituido por la cadena ósea. La resistencia acústica específica es definida como el producto de la densidad volumétrica del medio por la velocidad de fase de la onda en el mismo, y nos permite evaluar las pérdidas que sufre la onda sonora al pasar de un medio a otro. Si la diferencia de resistencia acústica es grande el coeficiente de transmisión es muy pequeño, por ejemplo al pasar de una onda sonora de un medio gaseoso a otro líquido, Micheyl (2006). Esto sucede precisamente en el oído, en el que se hace necesario un adaptador de impedancias, papel desempeñado por la cadena ósea, la cual se encarga de compensar esta pérdida.

Además de esta función adaptadora, la cadena ósea tiene una función protectora, dado que los músculos del martillo y del estribo (pertenecientes al oído medio) reducen la amplitud de las oscilaciones y protegen al oído interno frente a los sonidos intensos de baja frecuencia. Los movimientos de la superficie del estribo en la ventana oval hacen variar frecuentemente las características de la onda sonora que se transmite. Para ondas de elevada frecuencia y pequeña amplitud la superficie del estribo se mueve como una puerta, mientras que para ondas de baja frecuencia y gran amplitud el movimiento se realiza alrededor de un eje perpendicular al anterior. La presión en el tímpano se transmite a la superficie del tímpano y la del estribo a la ventana oval, lo que originan las vibraciones en los líquidos del oído interno, que a su vez estimula las células sensoriales.

4.6.2.3 PERCEPCIÓN

Es muy interesante conocer de qué modo es capaz el oído de distinguir y analizar los sonidos por su frecuencia. Fue Hemholtz quien elaboró una nueva teoría, suponiendo que la membrana basilar tenía una estructura fibrosa, siendo cada una de las fibras independientes de las otras. Estas se hayan tensadas lo largo del canal del caracol de forma análoga a las cuerdas de un piano. Las frecuencias altas hacen vibrar la membrana basilar cerca de la base y así un tipo de fibra se usa para una clase de frecuencia sin perjuicio la una de la otra. La impresión auditiva depende de las características de los resonadores excitados (tono del sonido) y de la amplitud de sus vibraciones (intensidad del sonido).