01 El sonido

29-11-2012
3. LA AUDICIÓN HUMANA
3.1. La frecuencia
Una variación de presión en el aire (o en cualquier
otro medio) no es un sonido hasta que en el oído se
generan los impulsos nerviosos que llegan al cerebro
humano y éste los interpreta como tal. Pero no todas las
variaciones de presión que llegan al tímpano pueden ser
transformadas en impulsos nerviosos. En efecto, las
ondas sonoras cuya frecuencia sea menor de 20 Hz no
producen ninguna sensación auditiva, o sea, no son
audibles. Esto es debido al tamaño y elasticidad del
tímpano y de las cavidades y fluidos internos que hacen
que el sistema del oído no entre en vibración cuando
recibe estas ondas, que son llamadas infrasonidos. Del
mismo modo, las frecuencias superiores a los 20000 Hz
tampoco provocan ninguna sensación sonora llamándose,
en este caso, ultrasonidos.
En resumen, el margen de frecuencias que el oído
es capaz de interpretar como sonido es el comprendido
entre los 20 y los 20000 Hz. Realmente, este margen de
frecuencias sólo puede ser oído por personas jóvenes y
sanas ya que, con la edad, el tímpano va disminuyendo
sus
características
elásticas
y
se
reduce
considerablemente el margen audible.
A la izquierda vemos las frecuencias de los
distintos sonidos del piano.
3.2. Sonoridad y amplitud
Cuanto mayor sea el desplazamiento de las vibraciones del sistema y mayor la
superficie vibrante en contacto con el aire mayor será la presión ejercida sobre éste y
mayor también la presión que ejerce el aire cercano sobre nuestro tímpano. Esto se
traduce en mayor sonoridad.
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En términos físicos la presión es la fuerza ejercida por unidad de superficie. La
fuerza la medimos en Newtons (Nw) y la presión en Pascales (Pa), luego un Pascal es
una fuerza de un Newton aplicada sobre un metro cuadrado.
Las presiones sonoras que pueden empezar a impresionar el oído humano son
del orden de 0.00002 Pa. Una presión tan pequeña sobre el tímpano es capaz de
generar una vivencia acústica en el cerebro. La mayor de las presiones que es capaz de
soportar el oído humano es 1.000.000 veces mayor o más, del orden de 20 Pa, incluso
200 Pa. a frecuencias muy bajas.
Supongamos ahora un sonido cuya amplitud sea de, por ejemplo, 0.1 Pascales,
y que en un momento dado pasa a tener el doble de amplitud, esto es, 0.2 Pa. Parece
lógico pensar que la sensación sonora será ahora también del doble, es decir, sonará el
doble de fuerte. Pero esto no es así; únicamente se notara un ligero incremento de
sonoridad. Si ahora se vuelve a doblar la presión pasando a 0.4 Pa, el aumento de
sonoridad no será cuatro veces mayor que en el primer caso, sino aproximadamente
igual que cuando pasábamos de 0.1 a 0.2. De aquí podemos deducir que el
comportamiento del oído en cuanto a percepción de niveles de presión es logarítmico.
Por esta razón la unidad que se toma para la medida del Nivel de Presión Sonoro (NPS)
no es el Pascal sino una nueva que se relaciona logarítmicamente (en base 10) con la
anterior. Esta unidad es el decibelio (dB).
Se ha elegido el decibelio para que el nivel más bajo que el oído puede captar,
lo que se conoce como umbral de audición, corresponda con 0 dB. Por otro lado, el
nivel máximo a partir del cual se puede llegar a provocar una lesión permanente en el
oído se conoce como umbral de dolor, y corresponde a un nivel de 120 dB (unos 20
Pa). La siguiente tabla puede ayudar a hacernos una idea de los niveles en dB de
algunas fuentes sonoras:
Presión sonora
Pa
dB
Umbral de audición
0.00002 0
Susurro de hojas
0.000063 10
Conversación muy baja 0.0002
20
Conversación baja
0.00063 30
Conversación normal
0.0063
50
Conversación animada 0.02
60
Tráfico pesado
0.2
80
Taller de chapeado
2
100
Avión despegando
6.3
110
Umbral de dolor
20
120
Máxima presión
200
140
Fenómeno
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Se sabe que los peores golpes para el oído son los instantáneos y de alta
frecuencia como martillazos sobre metal que, aunque no sean muy fuertes, a largo
plazo pueden dañar muy seriamente el oído. Los músicos de las orquestas están
sometidos a picos de presión sonora de 140 y 150 dB y no acaban con daños
apreciables ni roturas. Tal vez la respuesta sea que al oído del músico llegan pocas
frecuencias, sonidos y armonías y no ruidos con un espectro muy amplio de
frecuencias. No es lo mismo estar sometido a un ruido de 120 dB que a una orquesta
limpia de 120 dB.
3.3. Percepción de la presión sonora
3.3.1. Respecto de la frecuencia
Vamos a ver como varia la sensación de sonoridad con la frecuencia. No es lo
mismo escuchar un sonido de 2000 hz y 50 dB que otro de 80 hz y 50 dB, la presión
sonora sobre el tímpano es la misma pero nuestro oído es más sensible a frecuencias
altas que a bajas y los 50 dB a 2000 Hz nos parecerán más sonoros que los 50 dB a 80
Hz. El oído humano tiene su máximo de sensibilidad entre 3000 y 4000 Hz.
Los estudios se han realizado con tonos puros y mediante estadísticas se llegó a
la siguiente tabla donde aparecen las líneas que nos dan la misma sensación de
sonoridad. Son las que llamamos líneas isófonas que mediremos en FONes.
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En 1000 Hz. coinciden dBs y FONes. La más baja de las líneas en el gráfico
expresa el verdadero umbral de audición para las diferentes frecuencias. A 1000 Hz. El
umbral es 0 dB pero según disminuye la frecuencia hay que aumentar el nivel de
presión sonora para llegar a percibir ese sonido. A frecuencias cercanas a los 30004000 Hz., el umbral de audición es incluso menor de 0 dB, esto quiere decir que
escuchamos sonidos de menos de 0.00002 Pa. A 30 Hz. debemos aumentar hasta algo
más de 60 dB la presión sonora para percibir sonido alguno. La curva de 50 FON, por
ejemplo, nos dice que tanto a 100 Hz como a 3000 Hz esos decibelios que marca la
tabla nos darán la misma sensación de sonoridad.
Podemos ver como el umbral de dolor a 3000 Hz puede ser de 110 dB mientras
que a 20 Hz podemos soportar hasta 150 y 160 dB. A esa misma frecuencia de 20 Hz y
a 60 dB nuestro oído y cerebro no serán capaces de percibir sensación sonora alguna.
3.3.2. Respecto del aumento de presión
Tenemos que tener en cuenta también que un incremento de 10 a 20 dB es
diferente a uno de 90 a 100 dB. A volúmenes altos un cambio de 10 dB supone mucho
más cambio de sonoridad que los 10 dB a muy bajo volumen sonoro. Hemos de
recordar que el dB está en relación logarítmica con el aumento de presión en Pa, con
lo cual sumar 10 dB significa multiplicar por 10 el nivel sonoro anterior.
3.4. Respuesta temporal del oído
Para finalizar este rápido repaso a las características de la audición humana sólo
nos queda hablar de la memoria temporal del oído. Cuando un impulso sonoro llega a
nuestro oído el tímpano y todos los huesecillos situados en el oído interno entran en
vibración y se mantienen así mientras dure el sonido. Sin embargo, puesto que se trata
de elementos elásticos, una vez que el sonido haya desaparecido seguirán vibrando un
cierto tiempo, lo que provocará que el cerebro interprete que el impulso que ha
provocado la vibración dura algunos milisegundos más. Por decirlo de alguna manera
podríamos afirmar que el oído memoriza durante un breve espacio de tiempo el
sonido que acaba de desaparecer.
El tiempo de retención del sonido en el oído, o memoria temporal, depende de
cada persona pero, generalizando, puede decirse que se encuentra en torno a los
50ms. Por tanto, dos impulsos sonoros cuya separación sea mayor que este tiempo
podrán ser reconocidos separadamente; sin embargo, si la separación es menor de 50
ms el oído los confundirá como uno solo.
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Cuando escuchamos el efecto de eco ocurre que el tiempo que tarda el sonido
en recorrer la distancia desde nosotros a una pared y volver es mayor de esos 50ms.
En cambio, en una sala cerrada donde el sonido se refleja en paredes, techo, suelo y
objetos, y llega de nuevo a nosotros como multitud de reflexiones separadas unas de
otras en el tiempo unos pocos milisegundos, nuestro oído no será capaz de diferenciar
una reflexión de otra y entenderá el proceso como un solo sonido prolongación del
sonido original. Este fenómeno es conocido como reverberación, y es decisivo a la hora
de determinar la calidad acústica de un recinto.
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