Los sonidos que escuchamos todos los días pueden ser suaves o muy fuertes, pero ¿cómo podemos medir qué tan fuerte es un sonido? Aquí es donde entran en juego los decibelios (dB), que es una escala que usamos para medir el volumen del sonido, pero ¿qué significan exactamente esos números
Si alguna vez te has hecho al menos una de estas preguntas:
- ¿Cómo se mide el sonido?
- ¿Qué significan los decibelios?
- ¿Por qué la escala de ruidos no es lineal y la diferencia entre un ruido suave y uno molesto es muy pequeña?
Este artículo es para ti.
Pero antes de nada:
¿Qué es el sonido?
El sonido es una forma de energía que se mueve a través del aire (y otros medios) en ondas. Cuando algo vibra, como las cuerdas de una guitarra o la tapa de un tambor, crea ondas de sonido que se propagan en todas direcciones. Estas ondas hacen vibrar el aire a su alrededor y, cuando llegan a nuestros oídos, hacen vibrar pequeñas partes dentro de ellos, lo que nos permite escuchar.
Técnicamente, el sonido se caracteriza por su frecuencia, medida en hertzios (Hz), que determina el tono (agudo o grave), y su intensidad, medida en decibelios (dB), que determina qué tan fuerte lo oímos.
La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual se propaga. Aquí te dejo algunos ejemplos de la velocidad del sonido en diferentes medios:
- Aire: A 20°C (temperatura ambiente), el sonido viaja a unos 343 metros por segundo.
- Agua: En agua dulce a temperatura ambiente, el sonido se desplaza aproximadamente a 1.482 metros por segundo.
- Acero: En el acero, el sonido puede moverse mucho más rápido, alcanzando velocidades de cerca de 5.960 metros por segundo.
- Vidrio: El sonido viaja a través del vidrio a una velocidad de alrededor de 5.600 metros por segundo.
Estas velocidades pueden variar según factores como la temperatura y la densidad del medio. En general, el sonido se propaga más rápido en medios más densos y rígidos, como los metales, que en medios menos densos como el aire o el agua.
¿Cómo se mide el sonido?
El sonido se mide principalmente en decibelios (dB), que es una unidad que describe la intensidad o nivel de presión del sonido. Aquí te explico cómo funciona:
Presión Sonora: El sonido se produce por variaciones de presión en el aire o en otros medios. Estas variaciones se miden en pascales (Pa).
Decibelios: Los decibelios usan una escala logarítmica, lo que significa que un aumento pequeño en dB representa un gran aumento en la intensidad del sonido. Por ejemplo, un sonido de 10 dB es 10 veces más intenso que un sonido de 0 dB, y uno de 20 dB es 100 veces más intenso que uno de 0 dB.
Medición: Para medir el sonido, se utilizan aparatos llamados sonómetros. Estos dispositivos captan el sonido y calculan su nivel en decibelios basándose en la presión sonora que detectan.
Utilizamos una escala logarítmica para medir el sonido porque esta escala refleja de manera más precisa la forma en que el oído humano responde a los cambios en la intensidad del sonido.
- El oído humano tiene un rango dinámico muy amplio para detectar sonidos de intensidades muy diversas, desde el susurro más leve hasta el estruendo más ensordecedor. Este rango incluye variaciones de intensidad de hasta un millón de veces en términos de presión sonora, lo cual es impracticable de manejar en una escala lineal.
- Experimentalmente, se ha observado que la percepción de la intensidad del sonido por parte del oído humano no es lineal, sino logarítmica. Esto significa que un incremento lineal en la energía acústica no se traduce en un incremento lineal en la percepción de su intensidad.
- La escala de decibelios, al ser una escala logarítmica, convierte el amplio rango de intensidades en una escala más compacta y manejable. Un aumento de 10 dB siempre se percibe aproximadamente como el doble de la intensidad del sonido, independientemente del punto inicial. Esto simplifica la cuantificación y comparación de niveles de ruido en términos prácticos y técnicos.
La medición en decibelios representa una relación logarítmica respecto a una intensidad de referencia predeterminada. Esta intensidad de referencia es de 20 \(\mu \text{Pa}\) (micropascales), la cual es la presión sonora más baja que el oído humano puede detectar bajo condiciones ideales, conocida como el umbral de audición.
Por lo tanto, los decibelios expresan la proporción de la intensidad de un sonido comparada con ella de manera logarítmica. Por ejemplo, un sonido que mide 20 dB es 100 veces más intenso que el nivel de referencia porque \(10^{20/10} = 100\). Este enfoque logarítmico ayuda a manejar y comparar de forma más efectiva el amplio rango de intensidades sonoras que el oído humano puede percibir.
Además de usar pascales para medir la presión sonora, también se puede utilizar la medida de vatios por metro cuadrado \((W/m^2)\) para representar la intensidad del sonido. La presión sonora es una medida directa de la variación de presión en el aire o en otro medio debido a la propagación de ondas sonoras. Se mide en pascales (Pa) y refleja la fuerza con la que las moléculas del medio son comprimidas y descomprimidas por la onda sonora. La intensidad del sonido es una medida de la potencia acústica transmitida a través de una unidad de área. Se expresa en vatios por metro cuadrado \((W/m^2)\). Esta medida considera tanto la presión sonora como la velocidad de las partículas en el medio, proporcionando una indicación de cuánta energía está siendo transportada por la onda sonora a través del medio.
La relación entre la intensidad del sonido y la presión sonora está definida por la ecuación \(I = p^2 / (c \rho)\), donde p es la presión sonora, c es la velocidad del sonido en el medio, y \(\rho\) es la densidad del medio. Esta ecuación muestra cómo la energía (intensidad) depende de la presión sonora y las propiedades del medio.
Fórmulas para el cálculo de decibelios (db)
Fórmula usando Pascales
\(L_p = 20 \log_{10} \left(\frac{p}{p_{\text{ref}}}\right)\)
Donde:
- \(L_p\) es el nivel de presión sonora en decibelios (dB).
- \(p\) es la presión sonora medida en pascales (Pa).
- \(p_{\text{ref}}\) es la presión sonora de referencia, comúnmente \(20 \mu \text{Pa}\) para el aire.
Fórmula usando watios por metro cuadrado
\(L_I = 10 \log_{10} \left(\frac{I}{I_{\text{ref}}}\right)\)
Donde:
- \(L_I\) es el nivel de intensidad sonora en decibelios.
- \(I\) es la intensidad del sonido en vatios por metro cuadrado \((W/m^2)\).
- \(I_{\text{ref}}\) es la intensidad de referencia, comúnmente \(1 \times 10^{-12} W/m^2\) para el aire.
Ejemplos de intensidades de sonido en la escala logarítmica de decibelios (dB)
- 0 dB: Umbral de audición humana, el sonido más suave que puede percibir una persona en condiciones ideales.
- 10-20 dB: Susurros suaves, hojas moviéndose.
- 30 dB: Biblioteca silenciosa, susurros a un metro de distancia.
- 40 dB: Habitación tranquila en una casa, el zumbido de un refrigerador.
- 50 dB: Lluvia moderada, conversación en casa.
- 60 dB: Conversación normal, aire acondicionado a una distancia de tres metros.
- 70 dB: Aspiradora, tráfico de coches a una distancia moderada.
- 80 dB: Tráfico pesado, teléfono timbrando, alarma de despertador.
- 90 dB: Cortacésped, camión de basura.
- 100 dB: Motocicleta, concierto de rock en una sala pequeña.
- 110 dB: Conciertos de música rock, sierras eléctricas.
- 120 dB: Sirena de ambulancia cerca, despegue de un avión a corta distancia.
- 130 dB: Umbral del dolor, martillo neumático, espectáculo de fuegos artificiales.
- 140 dB: Disparo de arma de fuego, lanzamiento de cohetes.
Curiosidades:
- En el agua el sonido viaja casi 5 veces más rápido que por el aire, pero se atenúa mucho más rápido también.
- El umbral de audición humana es la intensidad mínima necesaria para que el oído promedio pueda detectar un sonido. Se establece en 0 decibelios (dB), pero esto no significa la ausencia total de sonido, sino el sonido más suave que puede percibir una persona en condiciones ideales.
- A partir de los 130 dB, el sonido se convierte en algo físicamente doloroso para los oídos humanos. Esta intensidad puede causar daño auditivo inmediato y es común sufrirlo al escuchar de cerca disparos y explosiones.
- Los sonidos que están por debajo de 0 dB aún existen, pero están fuera del alcance de la audición humana normal. Estos sonidos se consideran subaudibles.
- El oído humano puede detectar frecuencias desde aproximadamente 20 Hz hasta 20.000 Hz. Sin embargo, somos más sensibles a las frecuencias entre 2.000 y 5.000 Hz, que es el rango de frecuencias de la voz humana.
- El sonido más alto que se puede medir de forma segura es de aproximadamente 194 dB, ya que a niveles más altos, la presión sonora se convierte en una onda de choque (un cambio abrupto y extremadamente rápido en la presión), lo cual es más un fenómeno de impacto que un sonido audible. Esta onda es similar a la que emiten los aviones supersónicos cuando superan la velocidad del sonido.
Y se acabó el artículo :(
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