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La percepción del sonido (Parte I)

Una estufa eléctrica irradia calor en una habitación y eleva la temperatura, el calor es la causa y el cambio de temperatura el efecto. Pero es la temperatura la medida física que es percibida como caliente o frio.

De manera análoga una fuente de sonido irradia potencia sonora que resulta en presión sonora. La potencia es la causa, y lo que se percibe es el efecto, la presión sonora. Por esta razón, cuando se cuantifica la respuesta humana al sonido, como las molestias por ruido o incluso los riesgos de daño a la audición, la presión sonora es la cantidad física a medir. Es relativamente fácil de medir dado que las variaciones de presión captadas por el tímpano humano, son las mismas que pueden ser captadas por el diafragma de un micrófono.

Fig 1: Niveles de presión sonora

El rango de variaciones de presión captadas por el oído humano va desde 0,00002 hasta los 200 Pascales aproximadamente. Dado que hay una diferencia de 10 millones de veces entre los extremos, para poder comprimir el rango se utilizan habitualmente las escalas logarítmicas, donde la progresión se realiza mediante múltiplos de un número denominado base, en sonido es habitual usar como base el numero 10. El decibel (dB) es la medida utilizada para expresar el nivel de potencia o intensidad del sonido, dado que es una unidad relativa se asigna el valor de referencia 0 dB al umbral de audición, 0,00002 Pascales, entonces el nivel de presión sonora se puede calcular como:

De esta manera un incremento de presión sonora de mil veces resulta en 60 dB de diferencia.

Otra de las razones para utilizar una escala logarítmica es la sensación auditiva del volumen, estudios psicoacústicos revelaron que para tener la sensación auditiva del doble de volumen se necesitaba aumentar aproximadamente 3,16 veces la presión, lo que se traduce en un incremento de 10 dB, lo que significa a su vez 10 veces en potencia. A su vez la mínima diferencia percibida auditivamente es aproximadamente de 1 dB. Por esto es que en general los potenciómetros  de volumen de los equipos son de escala logarítmica y no lineal, para trabajar acorde al oído humano.

Fig 2: Eje Y, Log vs Lin

Se pueden ver las diferencias entre la escala de amplitud (Eje Y) logarítmica y lineal en la figura 2. Los niveles bajos se amplían y los altos se reducen en la representación logarítmica, de esta manera lo que se observa como una curva, queda representada como una recta con escala logarítmica.

Algo similar ocurre con la percepción en frecuencia, si se pasa de 50 a 100 Hz se tiene la misma sensación que de 500 a 1000 Hz o de 5000 a 10000 Hz, o en otra palabras, la percepción de una octava musical es la misma en todo el rango de notas. Esto quiere decir que a mayor frecuencia el ser humano es menos sensible a los cambios de frecuencia; es posible distinguir un cambio entre 200 y 205 Hz, pero no entre 2000 y 2005 Hz, sino entre 2000 y 2050 Hz. Por esto en general los gráficos de respuesta en frecuencia también son logarítmicos. La figura 3 muestra la diferencia:

Fig 3: Eje X, Log vs Lin

Dado que la percepción auditiva es la misma por octavas, que se define como el rango de frecuencias comprendido entre una frecuencia dada y el doble de dicha frecuencia, otro concepto utilizado es el de porción de octava. Cuanto más se sube en frecuencia, mayor cantidad de frecuencias contiene, lo que se traduce en mayor energía, la figura 4 muestra cómo se representa la misma respuesta con una resolución de 1/6 de octava.

Fig 4: 1/6 Octava

 

Eduardo Sacerdoti
Investigación & Desarrollo – Equaphon

Eduardo Sacerdoti

2 Comments

  1. Compadre Eduardo, fijate si en el 4 parrafo el incremento de MIL no correspondería a 60 dB sino a 30. Estoy en lo correcto o tengo error? (10x10x10 =1000; 30 dB. 10 a las seis = 1.000.000 o 60dB). Abrazo

    • Hola Uber, el decibel es una unidad relativa de potencia y se calcula como 10*log(Potencia/Potencia de referencia), cuando hablamos de presión o de voltaje tenemos que elevarlos al cuadrado para obtener su valor de potencia 10*log(Volt^2/VoltRef^2), por propiedades el logaritmo de una potencia es igual al producto entre el exponente y el logaritmo de la base de la potencia, lo que nos queda como 2*10*log(Volt/VoltRef).
      Por esto es que 1000 veces son 30dB en potencia y 60dB en presion/voltaje. O visto de otra forma, 3dB es el doble de potencia (1.41 veces en voltaje) y 6dB es el doble de voltaje (4 veces en potencia).
      Avisame si no estoy siendo claro.
      Saludos!

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