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Sonido, temperatura y humedad

El sonido es energía que se propaga a través de un medio. Las características del medio definen su velocidad, las pérdidas por transmisión e incluso su dirección. En este post se explica brevemente el efecto de la temperatura y humedad en la transmisión del sonido.

La velocidad del sonido queda determinada por las características del aire, pirncipalmente por su temperatura. Solemos decir que el sonido viaja a 343 m/s (equivalente a 1234 km/h), sin embargo, esto es cierto sólo cuando la temperatura del aire es 20°C.

Se considera que la velocidad del sonido varía en  0.6 m/s por cada grado centígrado. A 0°C el sonido viaja a 331 m/s, o sea, 4% más lento que a 20°C. Con la siguiente expresión se puede obtener fácilemente la velocidad del sonido en función de la temperatura.

c = 331 + (T*0.6)

En donde c es la velocidad del sonido y T es la temperatura en °C. Se parte de la velocidad a 0°C y por cada grado de incremento se suman 0.6 m/s.

Por otro lado, la temperatura no siempre es homogénea. Por ejemplo, en un recital al aire libre puede suceder que en el suelo hayan 25°C mientras que por encima de la multitud el aire se enfríe hasta 20°C. Este gradiente de temperatura tiene efectos sobre la propagación del sonido.

Outdoor_Sound_RefractionDebido a que el sonido se desplaza más rápido en el aire caliente que en el aire frío, la variación de temperatura genera una curvatura en la propagación tal como muestra la figura.

Además de la famosa ley inversa del cuadrado (atenuación de -6 dB por duplicación de distancia), hay otros factores que generan atenuación. El aire se puede considerar como un filtro pasa-bajos, es decir, absorbe altas frecuencias. Esta absorción depende en mayor medida de la humedad relativa del ambiente.

RelativeHumidityA

En el gráfico se puede observar la atenuación generada por el aire a 30m de distancia en función de la humedad y de la frecuencia. Cada línea representa un rango de frecuencias, desde 10kHz hasta 2kHz. Se puede observar que a medida que disminuye la frecuencia la atenuación también disminuye, es decir, hay menos pérdidas por absorción. Además, se observa que la atenuación aumenta a medida que se reduce la humedad relativa.

Por ejemplo, un ambiente seco (20% de humedad) genera una atenuación de -9 dB a 30m de la fuente para frecuencias en el rango de los 10kHz. Esos -9 dB se deben sumar a la atenuación que generan 30m de distancia por la ley del cuadrado inverso ( 20*log(1/30) = -29,5 dB). Por lo tanto, a 30m de distancia de la fuente y con 20% de humedad, la atenuación será de -38,5 dB para frecuencias cercanas a los 10kHz.

Estos factores sumados pueden traer efectos inesperados en instalaciones de sonido para, por ejemplo, festivales de jornadas completas. La calibración se realiza de día con determinadas condiciones atmosféricas y para cuando llega la noche la temperatura desciende, aumenta la humedad y las condiciones cambian. Puede suceder que los demorados pierdan sincronía o que sea necesaria otra ecualización para obtener cobertura plana en frecuencia y homogénea.

Facundo Ramón
Investigación & Desarrollo – Equaphon

Facundo Ramón

10 Comments

  1. Muchas gracias por este post y por la gentileza que tiene el Sr Ramon Facundo de explicar en breves palabras un tema tan interesante como el de la temperatura.
    Un abrazo desde Guayaquil / Ecuador

  2. Compañeros: imaginaos las diferencias del sonido de un equipo al exterior en una isla como Ibiza donde hay una media muy alta de humedad dependiendo de la hora del día cuando hace un rato no la había,y estamos hablando de una isla ( está rodeada de la mar ,humedad constante)con unas variaciones de temperatura de invierno a verano de 35grados.

    • Hola Monku, gracias por comentar. Sin dudas debe ser todo un desafío lograr cobertura homogénea bajo esas condiciones climáticas, la belleza del paisaje nunca es gratuita. Un saludo desde Argentina!

  3. gracias por la claridad y la forma tan sencilla de explicarlo, lo entendi perfectamente(sarcasmo)

  4. En un ambiente húmedo de 85% de humedad a que velocidad viaja el sonido? Ejemplo en medio de una tormenta .Los rayos a que velocidad se escuchan ya que la humedad supera el 85%, Espero respuesta, saludos.

    • Hola Javier, gracias por comentar. Recordá que el principal factor que define la velocidad del sonido es la temperatura, no la humedad, y lo hace según la ecuación descripta más arriba. La humedad está relacionada con la absorción del aire. En un ambiente húmedo la absorción es menor que en un ambiente seco. Durante una tormenta el aire no absorbe mucho sonido, por lo tanto, un trueno se puede escuchar a gran distancia, pero la velocidad a la que viaje dependerá principalmente de la temperatura. Saludos!

  5. Facundo Ramón . Gracias, por tú información tan clara y precisa. Soy sonidista acústico dedicado a mejorar el audio en templos. Un abrazo y qué Dios te bendiga.

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