Intensidad del Sonido

La intensidad del sonido se define como la potencia acústica por unidad de área. El contexto habitual es la medición de intensidad de sonido en el aire en el lugar del oyente. Las unidades básicas son vatios/m² o vatios/cm². Muchas mediciones de la intensidad de sonido se hacen con relación a la intensidad del umbral de audición estándar I₀ :

El enfoque más común para la medición de la intensidad del sonido es el uso de la escala de decibelios:

Los decibelios miden la relación de una intensidad dada I con la intensidad del umbral de audición, de modo que este umbral toma el valor 0 decibelios (0 dB). Para evaluar el volumen del sonido, como distintivo de una medida de intensidad objetiva, se debe ponderar con la sensibilidad del oído.

Presión del Sonido

Dado que el sonido audible consiste en ondas de presión, una de las formas de cuantificar el sonido es establecer la cantidad de variación de la presión causada por el sonido, con relación a la presión atmosférica. Debido a la gran sensibilidad de la audición humana, el umbral de audición corresponde a una variación de presión de menos de una mil millonésima parte de la presión atmosférica.

El umbral de audición estándar se puede expresar en términos de presión, y la intensidad de sonido en decibelios se puede expresar en términos de la presión acústica:

La relación entre la intensidad del sonido y la presión se analiza a continuación. La presión P aquí debe entenderse como la presión rms del conjunto de ondas que forman el sonido. La energía transportada por una onda es proporcional al cuadrado de la amplitud. El factor de 20 proviene del hecho de que el logaritmo del cuadrado de una cantidad es igual a 2 x el logaritmo de la cantidad. Puesto que los micrófonos comunes tales como los micrófonos dinámicos, producen un voltaje que es proporcional a la presión del sonido, entonces los cambios en la intensidad del sonido incidente sobre el micrófono pueden calcularse a partir de

donde V₁ y V₂ son las amplitudes de voltajes medidos.

Umbral de Audición

Las medidas de nivel sonoro en decibelios por lo general, hacen referencia a un umbral de nivel de audición estándar a 1000 Hz para el oído humano, que puede expresarse en términos de intensidad de sonido:

o en términos de presión de sonido:

Este valor tiene una amplia aceptación como el umbral estándar nominal y corresponde a 0 decibelios. Representa un cambio de presión de menos de una milmillonésima parte de la presión atmosférica estándar. Esto es indicativo de la increíble sensibilidad del oído humano. El umbral medio real de audición a 1000 Hz es más parecido a 2,5 x 10^-12 vatios/m² o unos 4 decibeles, pero cero decibelios es una referencia adecuada. El umbral de audición varía con la frecuencia, como se ilustra en las curvas de audición medidas.

Umbral del Dolor

El rango dinámico nominal del oído humano va desde el umbral de audición estándar, al umbral del dolor. Una cifra nominal para el umbral del dolor es la de 130 decibelios, pero lo que puede considerarse doloroso para unos, puede ser acogido como entretenimiento por otros. En general, las personas jóvenes son más tolerantes a los sonidos fuertes que las personas mayores debido a que sus mecanismos de protección son más eficaces. Esta tolerancia no los hace inmune a los daños que pueden producir los sonidos fuertes.

Algunas fuentes citan 120 dB como el umbral del dolor, y definen el final del rango de frecuencia audible de sonido, alrededor de 20.000 Hz, donde se encuentran el umbral de la audición con el umbral del dolor.

Relación de la Intensidad del Sonido con la Presión del Sonido

El sonido viaja a través del aire como una onda longitudinal que puede contener muchas frecuencias. La intensidad del sonido puede expresarse en términos de la presión rms del conjunto de ondas, siempre que el promedio sea de al menos un período de la frecuencia más baja contenida en el sonido. La relación de intensidad es análoga a la relación de potencia eléctrica donde la presión rms es análoga al voltaje y la impedancia de onda del aire es análoga a la resistencia eléctrica R.

La resistencia acústica o impedancia de onda R del aire se calcula como la densidad del aire multiplicada por la velocidad del sonido en el aire, R = ρv_s. A 20°C y presión atmosférica esta resistencia es:

Dado que la resistencia acústica es independiente de la frecuencia del sonido, la intensidad se puede expresar en términos del nivel de presión del sonido:

La presión P aquí debe entenderse como la presión rms del conjunto de ondas que forman el sonido. Haciendo uso de la intensidad sonora asociada a cero decibelios, I₀ = 10^-12 vatios/m², el nivel de presión sonora (SPL) P₀ asociado al umbral de audición es

Esto se puede usar para desarrollar la expresión del nivel de presión sonora relacionado con el umbral de audición anterior.