Tono puro

En psicoacústica, un tono puro es un sonido con una forma de onda sinusoidal; es decir, una onda sinusoidal de frecuencia, desfase y amplitud constantes. Por extensión, en el procesamiento de señales, un tono de frecuencia única o tono puro es una señal puramente sinusoidal (por ejemplo, un voltaje). Un tono puro tiene la propiedad (única entre las formas de onda de valor real) de que su forma de onda no cambia mediante sistemas lineales invariantes en el tiempo; es decir, sólo cambian la fase y la amplitud entre la entrada de tonos puros de dicho sistema y su salida.

Las ondas seno y coseno se pueden utilizar como componentes básicos de ondas más complejas. A medida que se combinan ondas sinusoidales adicionales que tienen diferentes frecuencias, la forma de onda se transforma de una forma sinusoidal a una forma más compleja. Cuando se considera parte de un espectro completo, un tono puro también puede denominarse componente espectral.

En audiología clínica, los tonos puros se utilizan en audiometría de tonos puros para caracterizar los umbrales auditivos en diferentes frecuencias. La localización del sonido suele ser más difícil con tonos puros que con otros sonidos.

Relación con el tono y los tonos musicales

Los físicos del siglo XIX como Georg Ohm y Hermann von Helmholtz han utilizado los tonos puros para respaldar teorías que afirman que el oído funciona de una manera equivalente a un análisis de frecuencia de Fourier. En la ley acústica de Ohm, posteriormente elaborada por Helmholtz, los tonos musicales se perciben como un conjunto de tonos puros. La percepción del tono depende de la frecuencia del tono más destacado y se descartan las fases de los componentes individuales. A menudo se ha culpado a esta teoría de crear una confusión entre tono, frecuencia y tonos puros.

A diferencia de los tonos musicales que se componen de la suma de varios componentes sinusoidales relacionados armónicamente, los tonos puros sólo contienen una forma de onda sinusoidal. Cuando se presentan de forma aislada, y cuando su frecuencia pertenece a un cierto rango, los tonos puros dan lugar a una percepción de un solo tono, que puede caracterizarse por su frecuencia. En esta situación, la fase instantánea del tono puro varía linealmente con el tiempo. Si un tono puro da lugar a una percepción constante y en estado estacionario, entonces se puede concluir que su fase no influye en esta percepción. Sin embargo, cuando se presentan varios tonos puros a la vez, como en los tonos musicales, su fase relativa juega un papel en la percepción resultante. En tal situación, el tono percibido no está determinado por la frecuencia de ningún componente individual, sino por la relación de frecuencia entre estos componentes (ver fundamental faltante).

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  Oscilograma de tono puro del medio C (262 Hz). (Escama: 1 plaza es igual a 1 milisegundo)
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  Tono puro para C3, una octava debajo del centro C. La frecuencia es la mitad de la media C (131 Hz).
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  Oscilograma de tono puro de C5, una octava sobre el centro C. La frecuencia es dos veces la del medio C (523 Hz).