B El nivel sonoro: la escala logarítmica de decibelios

El nivel sonoro depende en gran medida de la naturaleza del sonido. Los sonidos de banda ancha tienden a parecer más fuertes que los de banda estrecha. Por otra parte los sonidos distorsionados parecen,

psicológicamente, ser más fuertes que los que no tienen distorsión, debido quizás a que se asocia distorsión con sobrecarga del sistema (si se reproducen dos sonidos musicales con niveles idénticos, uno de ellos con

bastante distorsión y el otra sin ella, el oyente percibirá el primero más fuerte).

Para dar la sensación de que se dobla el nivel sonoro que se percibe de un sonido, se necesita un

incremento de 9 a 10dB. Aunque 6dB equivalen a multiplicar por 2 la presión sonora real, el mecanismo de la audición parece necesitar un incremento superior en la señal para crear la sensación de que se ha doblado el volumen.

.

Por otro lado, con respecto a la potencia o volumen del sonido, la gama de presiones que el oído humano es capaz de detectar es muy grande, y va desde 2x10-5 Pa (valor umbral mínimo de audición) hasta 200 Pa (umbral de dolor), es decir, extraordinariamente amplia (140dB), por lo que la aplicación de una escala lineal no sería nada práctica19 .

Además, el oído humano no responde linealmente a los estímulos que recibe, sino que más bien lo hace de forma logarítmica. Por ejemplo, si la presión de un tono puro de 1kHz se dobla, la sonoridad o sensación subjetiva producida por el mismo, no llegará a ser el doble. De hecho, para obtener una sonoridad doble, es necesario multiplicar la presión sonora por un factor de 3,16.

Este comportamiento del oído humano hace conveniente el empleo de una escala logarítmica para representar la presión sonora. Esta escala se expresa en valores relativos a un valor de referencia. (2x10-5 Pa ), denominado umbral de audibilidad. En este caso se habla de NPS que son las siglas de Nivel de

Presión Sonora (SPL = Sound Pressure Level en inglés) y la unidad utilizada es el decibelio (dB).

La utilización del umbral de audibilidad o de audición como referencia tiene como objetivo que todos los sonidos audibles sean representados por valores NPS positivos, y otras facilidades de lectura:

1) El uso de decibelios reduce la gama de presiones sonoras a niveles de presión sonora de 0 a 140dB, donde 0 dB representa una presión igual al umbral de audición (no significa, por tanto, ausencia de sonido) y 140 dB el umbral aproximado de dolor. De esta manera, las cifras manejadas son mucho más simples. Cada aumento de 20 dB, equivale físicamente a un aumento de presión sonora de una multiplicación por 10 del factor inicial.20

2) además, se dan las siguientes relaciones entre cambios de nivel sonoro y su efecto subjetivo: 1dB: mínimo cambio de nivel sonoro perceptible.

5 dB: cambio de nivel claramente percibido 10 dB: incremento asociado a una sonoridad doble.

3) el NPS disminuye aproximadamente una constante, 6dB, cada vez que se duplica la distancia debido a la relación del cuadrado de la distancia.

Por eso, para evitar volúmenes excesivos, muchos equipos de música incorporan un conmutador (loudness) para compensar este fenómeno. Cuando activamos el Loudness en estos equipos, se produce un incremento de las bajas y altas frecuencias cuando el volumen es bajo. Este efecto se reduce progresivamente conforme aumentamos el volumen del equipo. Esto nos permite escuchar la música con el mismo nivel subjetivo entre frecuencias, independientemente del volumen de reproducción del equipo.

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La medición del nivel de sonido se hace después de que el oyente se haya marchado del campo de sonido, exactamente en el punto antes ocupado por el centro de la cabeza del oyente

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(Pa es la abreviatura de Pascal que es una unidad de presión que se define como la presión ejercida por una fuerza de

un Newton sobre una superficie de un metro cuadrado). 20

En la tabla se muestran niveles de presión sonora correspondientes a sonidos y ruidos típicos. Fuente Sonora NPS (dB) Despegue de un reactor 150 Concierto de rock 120 Discoteca 112 Taladradora a 15m 94 Camión pesado a 15m 86 Calle de ciudad 80 Interior de automóvil 74 Aspiradora a 3m 68 Conversación normal a 1 m 60 Transformador a 15m 54 Oficina, aula 50 Dormitorio (noche) 30 Estudio de grabación 20

Una orquesta a plena potencia puede provocar efectos de 110 dB en los asientos delanteros. Y los músicos de la sección de metales pueden estar expuestos a picos de 120 dB, lo que ya hay que vigilar para no ser perjudicados en el tímpano.

La sensibilidad auditiva es mayor en el rango de frecuencias entre 2 y 5 kHz, parcialmente debido a cierta resonancia que se produce en el propio canal auditivo. Este rango de frecuencias corresponde a los tonos mas altos que utilizamos en el habla. También la impostación ( el “formante de voz”), una resonancia que producen los cantantes en el tracto vocal para aumentar las frecuencias entre 2 y 3 kHz, favorece su intensidad.

Los umbrales aumentan rápidamente en las frecuencias muy altas y bajas. Este efecto depende, por lo menos en parte, de la característica de transmisión del oído medio: la transmisión es más eficiente para frecuencias medias y disminuye notablemente para frecuencias extremas.

La frecuencia audible más alta varía considerablemente con la edad del oyente. Los niños pequeños pueden escuchar tonos tan altos como 20 kHz a menudo, pero para la mayoría de los adultos el umbral llega pronto a 15 kHz como máximo. Es decir, la pérdida creciente de la sensibilidad con la edad (presbyacusis) es mucho mayor en las altas frecuencias que en las graves.

No está claro cual es el límite inferior de la audición humana. Pero es evidente que sonidos con menos de 16 Hz no se oyen de una manera normal, sino que son detectados en virtud de sus armónicos percibidos como distorsión cuando pasa por el oído medio. Si dichos sonidos ultragraves tienen una intensidad

determinada, entonces se perciben más como una impresión vibratoria táctil en el cuerpo que como sonido. La “verdadera audición” probablemente tiene su límite en los 16 Hz: es la frecuencia más baja que evoca sensación de altura.

El volumen de un sonido en particular generalmente aumenta con el aumento de la intensidad física. Sin embargo, dos sonidos con la misma intensidad pueden parecer de muy diferentes volúmenes, ya que la sensación de volumen se ve también muy afectada por el espectro sonoro. Es muy útil tener una escala que permita comparar el volumen de sonidos diferentes. Un primer paso hacia esto es construir contornos de volúmenes iguales para sinusoides de frecuencias diferentes. Por ejemplo, tomamos un tono normal de 1 kilohertz a un nivel de 40 decibelios, y pedimos al oyente que ajuste el nivel de un segundo tono (por ejemplo 2 kHz) con el propósito de que parezca exactamente igual de fuerte. Si repetimos esto para muchas frecuencias diferentes del posible segundo tono, entonces el nivel de sonido requerido, planteado en función de la frecuencia, trazaría un mapa de un grupo de iguales contornos de volumen. Si repetimos este

procedimiento para niveles diferentes del tono inicial de 1 kilohertzio, entonces podremos trazar un mapa de una familia de contornos de volúmenes iguales . Los contornos se parecen a la curva de umbral absoluto de audibilidad en niveles bajos, pero se sitúan más débiles en los niveles altos. Por consiguiente, el volumen relativo de frecuencias diferentes puede cambiar con el nivel de sonido en conjunto.21

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Por ejemplo, un tono 100 Hz a 40 dB parecerá más silencioso que un tono de 1000 Hz a 30 dB. Sin embargo, si

El volumen subjetivo de un sonido no es directamente proporcional a su intensidad física. Para niveles de sonido por encima de aproximadamente 40 decibelios, el volumen se duplica aproximadamente cuando la intensidad se incrementa por un factor de diez, equivalente a añadir 10 decibeles; (Stevens, 1957). Esta propiedad del oído tiene implicaciones importantes para la percepción de los sonidos musicales22.