Intensidad acústica y percepción del sonido

El volumen de un sonido se puede expresar por su intensidad, es decir, la cantidad de energía que pasa por un espacio determinado durante un intervalo de tiempo.

La intensidad del sonido es una energía específica y se define por la relación entre la potencia de una onda sonora y el área de la superficie por la que pasa.

Considerando una onda sonora que se propaga desde la fuente, se puede observar que esta potencia, siendo constante, se distribuye sobre superficies cada vez mayores. La intensidad de un sonido es, por tanto, el flujo de energía que pasa en la unidad de tiempo, a través de una superficie unitaria y perpendicular a la dirección de propagación.

Los niveles de intensidad acústica

Los niveles de intensidad sonora se miden en decibelios, donde 0 dB corresponde al sonido de un ambiente desértico, es decir, cuando no se escucha nada y 100 dB es el ruido registrado en la discoteca. El nivel de presión sonora corresponde al cálculo logarítmico de la relación entre la presión medida y una presión de referencia. La unidad de medida utilizada es siempre el decibel (dB).

De la misma manera, pero a través de un cálculo logarítmico con un factor de multiplicación diferente, se puede determinar el nivel de intensidad acústica, siempre expresado en dB.

Cada vez que se duplique la intensidad acústica, se observa un aumento de 3 dB. Por ejemplo, si sumamos la voz de otra persona a la voz de una persona, igual a 60 dB, tendremos 60 dB + 60 dB = 63 dB. Para aumentar otros 3 dB, será necesario agregar la voz de otras 2 personas.

Siguiendo este mismo planteamiento a la inversa, se puede deducir que la reducción a la mitad de las personas que hablan en una habitación produce una disminución de la intensidad acústica de 3 decibelios.

El razonamiento anterior se refiere a leyes de la física verificadas con instrumentos de medición precisos. Sin embargo, varios estudios realizados sobre cientos de oyentes y con muchos tipos de sonidos diferentes han demostrado que, a una frecuencia de 1000 Hz, un aumento de 10 dB corresponde a una duplicación de la sensación y viceversa, una disminución de 10 dB corresponde a una reducción a la mitad de esta misma sensación.

El campo auditivo humano se encuentra entre el umbral de audición, que es el nivel de sonido mínimo que el oído humano puede detectar, y el umbral de dolor del oído humano, y varia según la frecuencia considerada. El oído humano no detecta un sonido de 50 dB a una frecuencia de 30 Hz, mientras que se escucha perfectamente un sonido de 20 dB a 200 Hz. El umbral del dolor suele ser más uniforme y se sitúa entre 120 y 130 dB.

Recordemos que según la OMS, el umbral de perturbaciones intelectuales y físicas debidas al ruido excesivo se fija en 68 decibeles. Más allá de este nivel de intensidad acústica, el exceso de ruido tiene un impacto directo en nuestra psique, nuestro nivel de fatiga, nuestras secreciones hormonales e incluso nuestra salud cardiovascular.

La intensidad acústica percibida de l’oído humano

El oído humano no es suficientemente sensible para percibir claramente un cambio de intensidad acústica de 3dB, especialmente si no estamos hablando de una frecuencia comprendida en el umbral normal de audición humana, concretamente entre 200 Hz y 4000 Hz, teniendo en cuenta que el campo auditivo completo varía de 20 Hz a 20.000 Hz, según la edad y el sexo.

Es interesante observar cómo el oído humano se ha especializado en función de la amplitud del espectro de frecuencia del habla humana, es decir entre 500 y 2.000 Hz.

La evaluación subjetiva del sonido por parte de los humanos está influenciada por la amplia gama de presiones y frecuencias dentro de las cuales el oído percibe señales útiles. El área de sensibilidad acústica, es decir, el conjunto de valores dentro de los cuales puede funcionar el oído, está limitada a niveles bajos de presión sonora por el umbral de audibilidad y a niveles altos por el umbral de incomodidad, perturbación, dolor (más de 120 dB). Sin embargo, el órgano auditivo también tiene limitaciones en la percepción de frecuencias: el «rango» de frecuencias audibles se denomina rango de audibilidad. Para las frecuencias altas, se utiliza convencionalmente para establecer el límite de 20.000 Hz (incluso si este límite puede variar mucho de un individuo a otro), mientras que para las frecuencias bajas el límite es de 20 Hz; por debajo, las ondas sonoras se perciben como una vibración del cuerpo más que como una sensación sonora en sí.

Hemos dicho que la presión sonora mínima de un tono capaz de provocar una sensación acústica se llama umbral de audibilidad. Esta es una función de la frecuencia, pero también depende de cómo se reproduce el sonido (auriculares, altavoces) y dónde se mide la presión sonora. Un umbral medido en presencia de otras fuentes de ruido se define como enmascarado: es la presión sonora a la que comienza a percibirse un sonido cubierto por otros, es decir, enmascarado. El umbral de no comodidad se obtuvo experimentalmente y se fijó en alrededor de 120 dB, un nivel en el que se siente una fuerte sensación de incomodidad. El umbral de perturbación con sensación de picazón del sistema auditivo se establece en alrededor de 110 dB; a 120-130 dB se alcanza el umbral de dolor que puede provocar sordera temporal o permanente incluso en exposiciones breves.