TEMA 48. El sonido. Naturaleza y propagación. Características. audición y … · 2019-12-19 · PROCESOS Y MEDIOS DE COMUNICACIÓN El sonido •••• 5 Preparadores de Oposiciones

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TEMA 48. El sonido. Naturaleza y propagación. Características. Espectro sonoro. Comportamiento físico de las ondas sonoras. La audición y el oído humano. Parámetros y magnitudes del sonido. Ruido, efectos e insonorización. Esquema: AUTOR/A: Autora: Elena García 1.- Introducción. 2.- El sonido. 3.- Naturaleza y propagación.

3.1.- Naturaleza del sonido. 3.2.- Propagación del sonido.

3.2.a.- Velocidad de propagación. 4.- Características.

4.1.- Frecuencia. 4.2.- Período. 4.3.- Longitud de onda. 4.4.- Amplitud. 4.5.- Eco. 4.6.- Reverberación.

5.- Espectro sonoro. 6.- Comportamiento físico de las ondas sonoras.

6.1.- Ecuación de onda. 6.2.- Reflexión. 6.3.- Refracción. 6.4.- Difracción. 6.5.- Absorción.

7.- La audición y el oído humano. 7.1.- El oído humano.

7.1.a.- Enmascaramiento. 7.2.- Audición.

7.2.a.- Audición binaural. 8.- Parámetros y magnitudes del sonido.

8.1.- Presión. 8.2.- Potencia. 8.3.- Intensidad.



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8.4.- Decibelio. 8.5.- Fono. 8.6.- Sono.

9.- Ruido, efectos e insonorización.

9.1.- Ruido. 9.2.- Efectos.

9.2.a.- Perturbaciones de la audición. 9.3.- Insonorización.

10.- Conclusiones. 11.- Referencias bibliográficas y documentales.



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1.- INTRODUCCIÓN. El sonido, desde el aspecto tanto físico, como fisiológico, forma parte de nuestras vidas, permite la comunicación humana y posibilita la escucha y apreciación musical entre otras muchas cosas, también permite aplicaciones científicas y médicas como son el sónar y la audiometría. 2.- EL SONIDO. El sonido como fenómeno físico puede definirse como la perturbación producida por un cuerpo en vibración dentro de un medio elástico, y puede ser identificado por sucesivas variaciones de presión que dan lugar a un determinado tipo de ondas, las cuales reciben el nombre de ondas sonoras, longitudinales o de presión, que se propagan a través de este medio, transportando energía a una determinada velocidad. Desde el punto de vista fisiológico, el sonido es una perturbación del medio, que al alcanzar el oído, produce la sensación auditiva. Los sonidos audibles pueden ser periódicos o pseudoperiódicos, con o sin carácter musical o, también, no periódicos (ruidos). Los sonidos periódicos se distinguen por su tono, que aumenta cuando se pasa de los sonidos graves (de baja frecuencia) a los agudos (de alta frecuencia), por su timbre y por su intensidad. El sonido se puede definir como la sensación producida por el movimiento vibratorio de los cuerpos transmitido por un medio elástico y que excita el órgano del oído. El sonido se puede estudiar de dos formas: por una parte se puede estudiar el movimiento de partículas, que produce la vibración, prescindiendo de las sensaciones provocadas, y por otra estudiar las sensaciones que el sonido puede provocar en el oyente.



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3.- NATURALEZA Y PROPAGACIÓN. 3.1.- Naturaleza del sonido. El sonido es la sensación producida en el oído por la vibración de las partículas que se desplazan a través de un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) que hace posible su propagación. Es por ello, que son necesarios dos factores para que exista el sonido: • Una fuente de vibración mecánica. • Un medio elástico a través del cual se propague la perturbación. Como hablamos de variaciones (perturbaciones, vibraciones, etc), está claro que debe haber un valor estático, a partir del cual se producen estas variaciones. En el caso del aire, el valor estático nos lo da la presión atmosférica. Desde un punto de vista físico, el sonido es ondas, por lo que comparte todas las propiedades características del movimiento ondulatorio, y puede ser descrito utilizando la terminología propia de la mecánica ondulatoria. 3.2.- Propagación del sonido. Cualquier perturbación producida en el seno de un medio homogéneo se transmite a través de él, alcanzando al cabo de un determinado tiempo a todos los puntos de una superficie esférica con centro en el punto perturbado. A esta forma de producirse una perturbación se le denomina “movimiento ondulatorio”. Es importante diferenciar entre la propagación de energía, que sí se produce, y la de materia, que no se propaga. En la propagación de un movimiento ondulatorio se define como frente de onda al lugar geométrico de todos los puntos del medio que están en el mismo estado de vibración, formando una superficie determinada. Una onda sonora puede propagarse radialmente según un frente de ondas esférico o según un frente de ondas plano. Como todo fenómeno ondulatorio, las ondas sonoras pueden ser reflejadas, refractadas y difractadas.



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3.2.a.- Velocidad de propagación. La velocidad de las ondas sonoras es aproximadamente de 340 m/seg. en el aire en condiciones normales de temperatura y presión. Esta velocidad depende únicamente del medio de propagación, caracterizado por su densidad, su presión y su temperatura. La velocidad del sonido aumenta con la temperatura, la presión y la elasticidad del medio. La velocidad a la que viajan las ondas sonoras se representa por la letra c y se mide en m/s. El valor de esta velocidad a una temperatura cualquiera t (1º C), con relación a una velocidad a 0º C, será: tcct ·6,00 += (m/seg.), donde la velocidad de sonido a 0º C es de 331,6 m/s, a una temperatura de 20º C la velocidad del sonido es de 344 m/s. Como se puede apreciar la temperatura del aire tiene un efecto significativo sobre la velocidad del sonido, incrementando 6 m/s cada 10º C de incremento de la temperatura. En la mayor parte de los problemas, se puede considerar la velocidad del sonido independiente de la frecuencia y de la humedad. 4.- CARACTERÍSTICAS. 4.1.- Frecuencia. La frecuencia de un fenómeno periódico como una onda sonora es el número de veces que dicho fenómeno se repite por unidad de tiempo. El número de desplazamientos o ciclos producidos en un segundo en una onda que representa un sonido, se conoce con el nombre de frecuencia (f) que se mide en ciclos por segundo (c/s o cps) o en hertzios (hz). 4.2.- Período. El tiempo necesario para que se forme una onda completa, o el tiempo transcurrido para que el movimiento se desplace una longitud de onda se denomina periodo (T). Se mide en unidades de tiempo (segundos), y

se relaciona con la frecuencia a través de la siguiente expresión: f

T1

=



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4.3.- Longitud de onda. Una longitud de onda (λ) es la distancia recorrida por el sonido durante un periodo de oscilación, es decir, en un ciclo completo de vibración. También es la distancia perpendicular mínima que existe entre dos puntos que están en fase. La longitud de onda se relaciona con la frecuencia f (Hz) y la velocidad

del sonido c (m/s), mediante la siguiente expresión: f

cTc == ·λ

4.4.- Amplitud. El término amplitud se refiere a la máxima variación del movimiento. 4.5.- Eco. La reflexión de un sonido por una pared da lugar al eco sonoro. El oído humano mantiene la excitación sonora después de 1/15 de segundo (66 milisegundos) una vez que el sonido ha cesado. Si por efecto de la existencia de una superficie reflectora la onda incidente y la reflejada sufren un retraso de tiempo superior a 1/15 de segundo, se producirá eco. 4.6.- Reverberación. La reverberación es la persistencia del sonido dentro de un recinto, después de que el sonido original haya cesado. Se trata de ecos múltiples cuyas intensidades van decreciendo. El período de reverberación es el tiempo requerido para que el sonido en un recinto caiga hasta una millonésima parte de su intensidad original (decrezca 60 dB). El tiempo de reverberación de un recinto se calcula según la fórmula;

A

VT SabineR

·161,0)( =

donde T = Tiempo de reverberación, en segundos. V = Volumen del local, en metros cúbicos. A = Absorción en m²·sabinios, obtenida a partir de A = S·α , donde S es el área total de sus superficies interiores y α es el coeficiente de absorción sonora correspondiente a cada una de ellas.



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5.- ESPECTRO SONORO. El espectro sonoro es un conjunto de energías en forma de sonido, entre las que se encuentra el espectro audible al oído humano. El sonido tal como lo conocen nuestros oídos, es decir, el espectro audible, es una franja muy estrecha de energía que abarca desde los 18 Hz. hasta los 20.000 Hz. en el rango de frecuencia. Los valores de frecuencia inferior a los comprendidos en el espectro audible, se conocen como infrasonidos, y los superiores como ultrasonidos. Existe una relación entre la frecuencia y la longitud de onda de cualquier sonido, que viene dada en función de la velocidad de propagación del

sonido en el medio material, esta es: f

c=λ donde,

λ = longitud de onda del sonido en metros. f = frecuencia del sonido en Hz. c = velocidad de propagación del sonido en el medio material, para el aire en condiciones normales tiene un valor de 340 m/seg. Dentro del rango de frecuencias del espectro audible, es necesario destacar que el oído humano presenta más sensibilidad a las frecuencias comprendidas entorno a los 3 kHz, que es donde se encuentran localizadas las voces humanas. El oído humano es menos sensible a los valores de frecuencia muy bajos y muy altos, es decir, a los extremos del espectro audible. Debido a ello, para que un sonido nos produzca la misma sensación, es necesario que tenga más energía si su frecuencia se encuentra cerca de los extremos del espectro audible. 6.- COMPORTAMIENTO FÍSICO DE LAS ONDAS SONORAS. 6.1.- Ecuación de onda. Como cualquier perturbación que se desplaza a través de un medio físico, las ondas sonoras pueden ser descritas a través de la ecuación de onda de un movimiento ondulatorio. Se define movimiento ondulatorio como las perturbaciones, que se producen en una cierta magnitud física en una región del espacio y, alcanzan regiones alejadas del original propagándose a través del espacio.



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La ecuación de una onda sinusoidal de amplitud A, longitud de onda λ y período T que se propaga hacía la derecha (sentido positivo del eje X) es:

−=

T

txsenAtx

λπψ ··2·),(

La cantidad ψ representa la perturbación de la magnitud física que se propaga (sonido), y el resto: A = amplitud de la onda sonora, en metros, es el valor máximo de ψ x = distancia al origen de la onda sonora, en metros (es una variable). λ = longitud de onda de la onda sonora en metros. t = tiempo transcurrido desde que comenzó el desplazamiento de la onda sonora, en segundos (es una variable). T = período de oscilación de la onda sonora, en segundos. Otro modo de expresar la ecuación de onda es: ( )[ ]tvxksenAtx ···),( −=ψ

donde λ

π·2=k , representa el número de onda y

Tv

λ= , es la velocidad de

propagación de la onda. Si la onda se propaga hacía la izquierda (x negativos), su ecuación es:

+=

T

txsenAtx

λπψ ··2·),(

Cuando dos ondas sonoras de las mismas características (igual frecuencia, periodo y amplitud) se desplazan en sentidos opuestos, se produce como combinación de los movimientos de cada una de ellas una onda estacionaria. En la función de onda de una onda estacionaria las variables espacial y temporal se encuentran separadas, y existen puntos del espacio que tiene siempre perturbación nula conocidos como nodos, responde a la siguiente expresión:

= t

TxsenAtx ·

·2·cos·

·2··2),(

π

λ

πψ



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Donde: A = amplitud de la onda sonora, en metros. x = distancia al origen de la onda sonora, en metros (es una variable). λ = longitud de onda de la onda sonora, en metros. t = tiempo transcurrido desde que comenzó el desplazamiento de la onda sonora, en segundos (es una variable). T = período de oscilación de la onda sonora, en segundos. 6.2.- Reflexión. Las leyes de reflexión para el sonido son similares a las de un rayo luminoso, siendo igual el ángulo de incidencia al ángulo de reflexión. La reflexión de un sonido por una pared puede tener una influencia decisiva sobre la creación de ondas estacionarias, que son ondas de iguales características y de opuesto sentido de propagación. 6.3.- Refracción. La refracción de los sonidos obedece a la ley de Snell. Esta se traduce en la igualdad de la relación entre los senos de los ángulos de incidencia y de refracción a la relación de las velocidades del sonido en ambos medios de propagación. Es el cambio de dirección que sufre una onda sonora al pasar de un medio a otro de distinta densidad como

consecuencia de la diferencia de velocidad de propagación. 2

1

v

v

sen

sen

r

i =α

α .

Existe un ángulo límite para el cual no hay refracción, sino reflexión total. 6.4.- Difracción. La difracción o dispersión puede ser explicado mediante el principio de Huygens. Cuando una onda sonora es interceptada por un obstáculo, todos los puntos de ésta afectados por la perturbación sonora se convierten, a la vez, en centros emisores de ondas esféricas coherentes elementales. 6.5.- Absorción. Cuando una onda sonora choca contra una superficie, una parte de la energía es absorbida por dicha superficie. La absorción es función de parámetros como la rugosidad, la porosidad y la flexibilidad. La eficacia de un material absorbente se expresa como un número entre 0 y 1, llamado coeficiente de absorción, de manera que 0 representa no absorción, es decir, reflexión perfecta y 1 corresponde a la absorción



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perfecta. El coeficiente de absorción es una función que varía con la frecuencia de la onda sonora. Algunos materiales tienen la capacidad de absorber los sonidos, se le llama materiales acústicos, como son los materiales porosos y las membranas vibrantes. 7.- LA AUDICIÓN Y EL OÍDO HUMANO. 7.1.- El oído humano. El ser humano es capaz de detectar únicamente aquellos sonidos que se encuentren dentro de un determinado rango de amplitudes y frecuencias. En este sentido, se define el rango dinámico del oído de amplitudes y frecuencias, como la relación entre la máxima potencia sonora y la máxima frecuencia sonora que es capaz de recibir sin dolor, y la mínima potencia sonora y la mínima frecuencia necesaria para poder detectar un sonido. El valor de intensidad máxima audible sin dolor es 100 w/m2 (umbral de dolor), y el valor de intensidad mínima es 10-12 w/m2 (umbral de audición). El rango de frecuencias audibles se extiende desde los 20 Hz. hasta los 20 kHz. La sensibilidad del sistema auditivo humano disminuye con la edad, especialmente en las altas frecuencias, debido al deterioro de las células ciliares del órgano de Corti.

La respuesta en frecuencia del oído no es lineal, sino más bien logarítmica, la magnitud de entrada se expresa en dB. (nivel de presión sonora) y se podría decir que la magnitud de salida serían los fonos (magnitud que se mide subjetivamente), que es la que es capaz de interpretar nuestro oído. Habría que definir aquí el nivel de sonoridad como la sensación de la fuerza del sonido que el oído humano interpreta auditivamente. A esto hay que añadir que el oído humano es más sensible a unos valores de frecuencia que a otros, presentado mayor sensibilidad en torno a los 3 kHz. A continuación se muestran las curvas de Fletcher y Munson, también conocidas como líneas isofónicas, donde se observa la relación que existe entre la sensación sonora producida en el órgano auditivo, es decir, la cantidad de fonos, el nivel de presión sonora, o sea, la cantidad de dB. y la frecuencia de la señal de sonido medida en Hz. Se observa que para el mismo nivel de presión sonora medida en dB., se obtiene mayor sensación sonora, mayor número de fonos, en las frecuencias en torno a los 3 kHz.



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7.1.a.- Enmascaramiento. Un sonido de la gama audible, sólo puede percibirse por una persona, cuando su nivel de presión sonora sobrepasa un límite inferior (umbral de audibilidad). En ausencia de todo ruido parásito, éste límite es el umbral absoluto de audibilidad. En presencia de un ruido parásito, el mismo sonido debe tener un nivel más alto para que se pueda distinguir, entonces el umbral de audibilidad correspondiente es más alto que el umbral absoluto de audibilidad. En este caso se dice que el ruido parásito hace de enmascaramiento, siendo su efecto la diferencia en decibelios entre los dos umbrales.

Las bandas de baja frecuencia producen un efecto de enmascaramiento en las bandas de frecuencia superior, por lo que la contribución de éstas a la sonoridad puede quedar fuertemente reducida. El efecto de enmascaramiento es mayor cuanto mayor sea la proximidad de frecuencias entre ambos sonidos, el enmascarado y el enmascarador.



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Al recibir un sonido se mueven muchos puntos de la membrana basilar (células de Corti) esto produce que las frecuencias cercanas al sonido no puedan ser recibidas. Se produce principalmente en las frecuencias graves ya que estas tienen como zona de resonancia la zona final de la membrana basilar y mueven a todo el resto de la membrana, en cambio las frecuencias agudas tienen la zona de resonancia cerca de la ventana oval y solo mueven una pequeña parte de la membrana, es obvio que cuando más sonoridad mayor enmascaramiento. 7.2.- Audición. La onda sonora incide en primer lugar sobre el pabellón auditivo, cuya misión es la de captar los sonidos y transmitirlos después de reforzarlos. La función del pabellón en la orientación depende de tres factores, la intensidad del sonido, la fase de las ondas y, por último, el tiempo que tarda la onda en llegar al cerebro. El efecto del canal auditivo es el de reforzar aún más la presión mediante continuas reflexiones de las ondas a lo largo de las paredes del mismo, este aumento de presión depende de la frecuencia del sonido. La arquitectura de la membrana timpánica presenta dos propiedades opuestas, un cierto grado de rigidez y, a su vez la posibilidad de deformarse, sin modificación de las características mecánicas y acústicas. La transmisión del sonido se efectúa en primer lugar a través de la cadena de huesecillos, que realizan una función doble, la de adaptadora y la de protectora. La onda sonora pasa de un medio aéreo a otro líquido, por lo que es necesario un sistema adaptador, constituido en



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este caso por la cadena ósea. Además de esta función adaptadora, esta cadena ósea realiza una función protectora dado que los músculos del martillo y del estribo, reducen la amplitud de las oscilaciones y protegen el oído interno contra los sonidos intensos de baja frecuencia, con lo que se mejora la audición de los sonidos agudos y disminuye el efecto enmascarador de los graves. Los movimientos de la superficie del estribo en la ventana oval, hacen variar frecuentemente las características de la onda sonora que se transmite. La presión timpánica se transmite a la superficie del tímpano y la del estribo en la ventana oval son las que originan las vibraciones en los líquidos del oído interno, que a su vez estimula las células sensoriales, por lo tanto tiene una gran importancia la libertad de movimiento de la superficie del estribo, siendo su inmovilidad un grave problema. A los movimientos de la ventana oval corresponden otros de la ventana redonda en oposición de fase con los primeros a causa de la incomprensibilidad de los líquidos. Las dos ventanas se encuentran situadas en planos perpendiculares, lo que es una protección natural para evitar que la onda sonora llegue en fase a estas dos membranas, si la cadena ósea dejara de funcionar, dando lugar a la anulación de los efectos de la onda sonora. Las vibraciones de la ventana oval se comunican por medio de los líquidos del oído interno a las células ciliadas del órgano de Corti, transmitiéndose por último esta señal al nervio acústico y de él al cerebro. 7.2.a.- Audición binaural. Los oídos forman canales receptores que son independientes entre sí, no hay interferencias entre ellos, ni combinaciones de las frecuencias recibidas por cada uno; los armónicos de un oído no se añaden, restan, etc... a los del otro. Los sonidos se reciben independientemente por cada oído y crean efectos diferentes en distintas partes del cerebro. Sólo para niveles muy elevados, pequeñas partes de energía sonora se transfieren de un oído a otro, debido a la conducción en los huesos del cráneo. La información que recibe cada oído se procesa en el cerebro, donde, comparando los impulsos nerviosos que produce cada sonido, se interpretan finalmente todos los aspectos de la onda sonora, conociéndose a este fenómeno como de fusión binaural. Por lo tanto, podemos decir que los seres humanos son capaces de determinar, con un considerable grado de precisión, la dirección de una fuente sonora. El método de localización es el denominado audición



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binauricular, existiendo dos factores que permiten determinar la dirección de llegada de un sonido: - Su intensidad relativa en nuestros dos oídos. - El intervalo de tiempo de llegada a los dos oídos, o lo que es lo mismo la diferencia de fase entre la llegada de las ondas al oído derecho y al izquierdo. Para frecuencias altas (por encima de los 1.000 Hz.), la localización se debe fundamentalmente a la diferencia de intensidad que llega a un oído y al otro; para frecuencias bajas (entre 200 y de 800 Hz.) la localización se realiza por medio de la fase y del tiempo de retardo del sonido en ambos oídos; en frecuencias medias se presenta una indeterminación que los seres humanos resuelven por medio de la localización tanto por la fase como por la intensidad, utilizando ambas de una forma simultánea y combinada. Cuando la ambigüedad es grande, mueve la cabeza y al variar la posición de los oídos con respecto al foco sonoro, proporciona más datos al cerebro. La determinación del origen del sonido implica la localización de la fuente, tanto en el plano horizontal como en el vertical. El sentido de localización en el plano vertical está muy poco desarrollado en el hombre, mientras que el de localización horizontal es mucho más preciso. En general, como la distancia más corta entre dos puntos es la línea recta, el sonido que llega antes es el directo que sirve para localizar la fuente por medio de la percepción binaural. Posteriormente llegan las reflexiones después de haber sido absorbida parte de la energía en los choques con las superficies límites, por lo que cada sonido reflejado, lleva menos energía que el directo, aunque la suma de todos los sonidos reflejados llevan más energía que el sonido directo, estos sonidos reflejados proporcionan el ambiente acústico o reverberación. Teniendo en cuenta la difracción de las ondas sonoras alrededor de un pequeño obstáculo, tal como es la cabeza humana, se puede demostrar tanto teórica como experimentalmente que para frecuencias por debajo de los 1.000 Hz la intensidad de las ondas sonoras que van desde la fuente sonora a un oído de un observador, difieren de las que llegan al otro oído, por una cantidad despreciable, teniendo en cuenta consideraciones sólo de la intensidad, sería imposible determinar la dirección de llegada de las ondas sonoras. Sin embargo para altas frecuencias, la cabeza del observador presenta unas características diferentes y la intensidad del sonido en el oído más próximo a la fuente sonora es considerablemente mayor que en el otro oído opuesto, por lo



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que para tonos dentro de este rango de frecuencias, podrían sugerir la dirección de la fuente. Por lo tanto, la cabeza será un obstáculo efectivo para las frecuencias altas y no impedirá el paso de las frecuencias bajas, luego podemos hablar de que la cabeza es un filtro acústico paso bajo. Se ha demostrado que a 250 Hz, la sonoridad en ambos oídos es prácticamente idéntica, no importa donde esté el foco sonoro, pero para una frecuencia de 1.000 Hz el oído más cercano a la fuente oye unos 8 dB más, mientras que a 10.000 Hz esta cantidad se eleva a 30 dB. Por otro lado, el efecto de la fase relativa con las que las ondas sonoras llegan a los oídos, es tal que la diferencia de fase no sólo es función de la distancia entre los oídos y de la orientación de la cabeza, sino también de la longitud de onda del sonido. Para tonos puros de muy baja frecuencia y por lo tanto gran longitud de onda, la diferencia de fase entre el sonido recibido por los dos oídos es una fracción de la longitud de onda comparativamente pequeña, aunque un oído se gire directamente hacia la fuente. Por ejemplo, la distancia entre los dos oídos es aproximadamente 20 cm, esta distancia es sólo el 3% de la longitud de onda para una frecuencia de 50 Hz, es difícil que una fracción tan pequeña de la longitud de onda se pueda observar. A medida que aumenta la frecuencia, disminuye la longitud de onda, con lo que aumenta la diferencia de fase, para una frecuencia de 850 Hz, la separación entre los oídos es aproximadamente media longitud de onda. Por lo tanto, para frecuencias altas, resulta ambiguo juzgar la dirección de la fuente sonora, basándose sólo en la diferencia de fase entre el sonido percibido por los dos oídos. 8.- PARÁMETROS Y MAGNITUDES DEL SONIDO. 8.1.- Presión. La presión es la fuerza por unidad de superficie, es la fuerza expresada en Newtons por metro cuadrado de superficie, su unidad es el Pascal o el Nw/m2. Las fluctuaciones de la presión atmosférica por encima o por debajo del valor estático, producido cuando se propaga una onda sonora a su través es conocido por presión sonora. El nivel de presión sonora NPS, o SPL en inglés, se define como

Lp = NPS (dB.) = 20·log P

P

rms

0

(dB.)



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Donde Prms = Valor cuadrático medio de la presión que se está midiendo, en Pascales o Newton/m2. P0 = Pref = Presión de referencia, 20 µPa = 2·10-5 Pascales. Como conocemos el valor de la presión de referencia podemos simplificar la fórmula anterior como sigue; NPS = SPL = 20·log Prms + 94 (dB.) La presión sonora depende fundamentalmente de la fuente de sonido y del recinto donde ésta esté situada, también de la distancia y orientación del receptor, y de las condiciones ambientales del entorno. La presión es la unidad física que recogen los micrófonos. 8.2.- Potencia. Se define como potencia sonora la cantidad de energía acústica generada por una fuente en la unidad de tiempo, su unidad es el watio. La potencia sonora depende exclusivamente de la fuente de sonido, es una magnitud propia y propiedad física de ésta, que constituye su parámetro más importante. El nivel de potencia sonora es una medida de la energía acústica emitida por la fuente sonora, y se define como

LW = SWL (dB.) = 10·log W

W0

(dB.)

donde W = Potencia sonora que se está midiendo. W0 = Wref = Potencia de referencia, 10-12 watios. Como conocemos el valor de la potencia de referencia podemos simplificar la fórmula anterior como sigue; SWL = 10·log W + 120 dB. La potencia es la magnitud física que caracteriza a los altavoces.



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8.3.- Intensidad. La intensidad sonora o flujo de energía es un vector que describe la dirección y el flujo neto de energía acústica en una posición dada. La intensidad acústica se define como el valor medio de la energía que atraviesa la unidad de área perpendicular a la dirección de propagación del sonido en la unidad de tiempo. Por tanto, sus unidades son energía por unidad de tiempo y por unidad de área, es decir, potencia sonora por unidad de área, watio/m2.

I = W

r4 2⋅ ⋅π

donde W = Potencia sonora de la fuente, en watios. r = Distancia a la fuente, en m. El nivel de intensidad sonora se define como

LI = IL (dB.) = NI (dB.) = SIL = 10·log

0I

I (dB.)

donde I = Intensidad sonora que se está midiendo, en wat/m2. I0 = Iref = Intensidad de referencia, 10-12 wat/m2. Como conocemos el valor de la intensidad de referencia podemos simplificar la fórmula anterior como sigue; SIL = 10·log I + 120 dB. La intensidad sonora es una magnitud vectorial (módulo y dirección) en contraposición con la presión sonora que es una magnitud escalar. Una de las propiedades de la intensidad sonora es que permite distinguir entre la parte del campo sonoro que se propaga (parte activa) y la que no se propaga (parte reactiva) propiedad que la presión no posee. 8.4.- Decibelio. El decibelio es la unidad adimensional de las escalas logarítmicas, que expresa una proporción o relación entre dos energías que pueden ser acústicas, eléctricas o mecánicas.

dB. = 10·log

0E

E



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El nivel sonoro no suele medirse en pascales, sino en decibelios, que es una medida logarítmica y relaciona, en este caso, dos presiones de la siguiente manera:

Lp = 20·log P

Pref

Donde Pref es la presión de referencia tomada para designar niveles. Pref = 2·10-5 Pascales, que es aproximadamente el umbral de audición humana a 1 kHz. A esta presión le corresponde un nivel de 0 dB., ya

que Lp = 20·logP

P

ref

ref

= 20·log (1) = 0 dB.

Como se ha visto las magnitudes utilizadas para cuantificar determinadas características del sonido, nivel de presión sonora, nivel de potencia sonora y, nivel de intensidad sonora, se miden en decibelios. Razones para usar dB (logarítmico) y no para usar una escala lineal: • El oído humano responde de una manera logarítmica. Así pues, los

dB. dan una idea aproximada de cómo oímos un sonido. • Gran margen dinámico (0,00002 - 100) Pascales. Es difícil dibujar en

una escala lineal un margen tan amplio, mientras que en una escala logarítmica de niveles es más factible (0-134 dB.).

El dBA es la unidad de intensidad acústica medida por un sonómetro, es la medida de la intensidad acústica ponderada mediante una curva de corrección (A) que trata de emular la respuesta del oído del humano. El dBB, dBC y dBD son medidas de la intensidad acústica ponderadas mediante las curvas de corrección B, C y D respectivamente, cuya forma trata de emular la respuesta del oído humano para sonidos de mayor nivel de intensidad sonora. 8.5.- Fono. Es una unidad de nivel de sonoridad, subjetiva sin dimensiones. Un sonido de n fonos es aquél cuya intensidad subjetiva (sensación sonora que produce sobre el oído humano) es igual a la que produciría un sonido de referencia de 1 KHz, cuya intensidad es de n decibelios. Las curvas de Fletcher y Munson, o curvas de igual sonoridad, expresan la



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relación entre las intensidades objetivas (dB.) y subjetivas (fonos) de los sonidos para diferentes frecuencias. 8.6.- Sono. Es una unidad de sonoridad, subjetiva, que procede de la medida en fonos, a través de una expresión matemática. A continuación se muestran las fórmulas que relacionan ambas magnitudes; fonos y sonos.

−

= 10

40

2

FONOS

SONOS o

−

= 30

40

10

FONOS

SONOS

( ) ( )( )SONOS

SONOSSONOSFONOS log21.3340

3.0

log1040

2log

log1040 ⋅+=

⋅+=

⋅+=

9.- RUIDO, EFECTOS E INSONORIZACIÓN. 9.1.- Ruido. El ruido es una variación de presión en un medio elástico capaz de estimular el órgano de la audición, cuyo efecto más común es la molestia. La exposición prolongada a altos niveles de ruido, principalmente ocupacional, origina una sordera temporal o permanente que daña, en un principio, específicamente las células ciliares externas de la cóclea, produciendo dificultad para escuchar o comprender el lenguaje hablado en frases, así como también para oír sonidos o ruidos en condiciones de vida y de trabajo habituales. 9.2.- Efectos. El daño auditivo causado por ruido se denomina hipoacusia sensorioneural por exposición a ruido o sordera ocupacional. Su evaluación se realiza con una audiometría tonal clínica en la que se encuentra una elevación del umbral de audición de las frecuencias agudas de variada severidad, asociada a diversos factores. En la actualidad, es posible verificar la condición del órgano auditivo a través de la energía acústica producida por las células ciliares de la cóclea y registrada en el conducto auditivo externo, fenómeno conocido como emisiones otoacústicas, cuya presencia se relaciona con la audición normal, reflejando un buen funcionamiento de los mecanismos cocleares.



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Una de las primeras cosas que la gente se pregunta cuando se le informa que el ruido constituye un estímulo nocivo es cuánto ruido hace falta, realmente, para afectar negativamente al ser humano. Desde el punto de vista filosófico, dado que el ruido se puede definir como cualquier estímulo acústico que interfiere con las actividades y el descanso del ser humano, cualquier nivel de ruido afecta a las personas (si no, no sería ruido). Sin embargo, a menudo el ruido se tolera mejor cuando se lo considera inevitable. En general los ruidos repetitivos son más molestos que los aleatorios. Pero cuando se consideran los efectos medibles objetivamente, las investigaciones han revelado que existe una fuerte correlación entre la intensidad física del estímulo y la magnitud del efecto. Esto es particularmente cierto en relación con la disminución auditiva. Durante décadas se han investigado ampliamente diversos grupos de operarios industriales y se desarrollaron diversos criterios de valuación de situaciones específicas. Uno de esos criterios, correspondiente a la Norma Internacional ISO 1999, comienza definiendo el "déficit auditivo" o hipoacusia como un aumento permanente del umbral auditivo (el mínimo nivel sonoro audible) suficientemente importante como para afectar la inteligibilidad de la palabra (este aumento resulta ser de alrededor de 25 dB para los tonos de frecuencias medias). El siguiente paso es utilizar una tabla de doble entrada que permite evaluar el riesgo porcentual de experimentar déficit auditivo al exponerse a ruidos de carácter laboral (8 horas diarias durante 6 días por semana) de cierto nivel sonoro promedio durante una cantidad determinada de años:

dBA Años de exposición

5 10 15 20 25 30 35 40 45

80 0 0 0 0 0 0 0 0 0

85 1 3 5 6 7 8 9 10 7

90 4 10 14 16 16 18 20 21 15

95 7 17 24 28 29 31 32 29 33

100 12 29 37 42 43 44 44 41 35

105 18 42 53 58 60 62 61 54 41

110 26 55 71 78 78 77 72 62 45

115 36 71 83 87 84 81 75 64 47



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Por cada disminución a la mitad de las horas totales trabajadas el criterio se aplica restando 3 dB al nivel sonoro real. Las legislaciones laborales, normalmente permiten exposiciones a niveles de 85 dBA o hasta de 90 dBA, pero obligan a los empresarios a realizar exámenes periódicos a sus empleados, de modo de cambiar las funciones de aquellos que resulten más susceptibles de sufrir pérdidas irreversibles. 9.2.a.- Perturbaciones de la audición. La pérdida de audición inducida por el ruido es la sordera que se presenta cuando el individuo está expuesto a sonidos dañinos, ya sea sonidos que son muy altos o sonidos que son altos por un periodo prolongado de tiempo. Esta exposición causa daño a las estructuras sensibles del oído interno. Las perturbaciones más comunes de la audición son las siguientes: • Presbiacusia: La presbiacusia es una sordera relacionada con la

edad, es hipoacusia por envejecimiento. Es común en los individuos mayores de 50 años de edad. Por lo general la presbiacusia ocurre en ambos oídos, afectándolos en forma igual. Debido a que el proceso de pérdida es gradual, las personas que sufren de presbiacusia pueden no estar conscientes de que su audición se está reduciendo. El grado de pérdida de la audición varía de un individuo a otro. Con la presbiacusia, por lo general los sonidos parecen menos claros y más bajos en volumen. Eso contribuye a la dificultad en la audición y en la comprensión del habla. La sordera asociada con la presbiacusia es usualmente mayor para los sonidos agudos.

• Tinnitus: Se presenta junto con muchas formas de sordera, incluidas aquellas que a veces se dan en la edad avanzada. Las personas que sufren de tinnitus pueden escuchar un sonido de timbre, ronquido, clic, pito u algún otro ruido dentro de sus oídos. Puede ser causado por ruidos fuertes, sordera, ciertos medicamentos, y otros problemas de la salud, tales como las alergias y los problemas cardiacos y relativos a los vasos sanguíneos. Esta afección puede aparecer y desaparecer, detenerse completamente o permanecer. No existe cura alguna para el tinnitus.



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9.3.- Insonorización. La insonorización se define como el conjunto de medidas a tomar para que el nivel de presión sonora no alcance ciertos lugares o sistemas con niveles demasiado elevados. En el caso que nos ocupa, sólo existen dos posibles soluciones, actuar sobre la fuente sonora para que al trabajar no produzca niveles tan elevados, o utilizar protectores acústicos sobre el sujeto que recibe el sonido para minimizar la cantidad de ruido recibida de forma efectiva. Los protectores auditivos son aquellos elementos destinados a reducir los efectos del ruido en la audición, para evitar daños en el oído. En definitiva, están destinados a reducir el nivel de presión acústica en los conductos auditivos a fin de no producir daño en el individuo expuesto. Los protectores auditivos, en general, deben ser capaces de resistir: - Agentes mecánicos como presiones o perforaciones. - Humedad, inclemencias y variabilidad del tiempo (fluctuaciones de temperatura, radiaciones), ser resistentes frente al envejecimiento. - Agresiones térmicas (metal fundido o llamas). - Productos químicos como aceites o disolventes. - Una utilización continua teniendo en cuenta su colocación y uso reales. - Almacenamiento, mantenimiento y limpieza insuficientes, ya que son frecuentes. Los tipos de protectores auditivos existentes son: • Tapones: Protectores que se introducen en el canal auditivo o en la

cavidad de la oreja, bloqueando su entrada. En algunos casos pueden tener un cordón interconector o un arnés. No son recomendables aquellos que provoquen excesiva presión local. Los hay de un solo uso y reutilizables.

• Orejeras: Casquetes que cubren las orejas y se adaptan a la cabeza por medio de almohadillas blandas (rellenas de espuma plástica o líquido). El material que forra los casquetes debe ser capaz de absorber el sonido. Poseen además una banda de presión o arnés (de plástico o metal) uniéndolos entre sí y en muchos casos una cinta flexible que sujetará los casquetes si es necesario llevar el arnés en la nuca o barbilla.

• Orejeras acopladas a casco: En este caso los casquetes van unidos a unos brazos fijados a un casco de seguridad industrial. Deben ser regulables pudiendo colocarlos sobre las orejas cuando se requiera.

• Cascos Anti-ruido: Cascos que recubren la oreja y buena parte de la cabeza. Son útiles para reducir además la transmisión de ondas



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acústicas aéreas a la cavidad craneana, disminuyendo así la conducción ósea del sonido al oído interno. Para mejorar su adaptación deben ser reducidos en masa, los casquetes no deben aplicarse con demasiada fuerza y buscar aquellos con buena adaptación del aro almohadillado al contorno de la oreja.

• Protectores dependientes del nivel: Proporcionan una protección que se incrementa con el aumento del nivel sonoro.

• Protectores para la reducción activa del ruido (protectores ANR): Incorporan circuitos electro-acústicos destinados a suprimir parcialmente el sonido de entrada, mejorando la protección.

• Orejeras de comunicación: Las orejeras que estén asociadas a equipos de comunicación necesitan el uso de un sistema aéreo o por cable para transmitir. Son útiles para dar avisos a los trabajadores en casos de peligro, además de cómo protección auditiva y transmisor de cualquier comunicación.

10.- CONCLUSIONES. La forma en que nos comunicamos y escuchamos, está relacionada con las propiedades de propagación del sonido y con el mecanismo auditivo humano, así como con las características fisiológicas del sonido (intensidad, tono y timbre), no obstante no se debe olvidar que estas mismas ondas sonoras que hacen posible la comunicación humana, pueden también causar daños temporales o irreparables en el órgano auditivo humano, motivo por el cual es necesario tomar las debidas precauciones para proteger nuestros oídos.



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11.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DOCUMENTALES. • RECUERO, MANUEL.

Acústica. Editorial Escuela Universitaria Técnica de Telecomunicaciones. Madrid.1.983.

• RECUERO, MANUEL. Acústica Arquitectónica. Editorial Paraninfo. Madrid. 1.992.

• RECUERO, MANUEL. Acústica en Estudios para Grabación Sonora. IORTV. Madrid. 1.990.

• OCHOA, J. M. y BOLAÑOS, F. Medidas de Control de Ruido. Ed. Marcombo. Barcelona. 1.990.

• FLORES, P. Manual de Acústica, Ruido y Vibraciones. Ed. GYC. Barcelona. 1.990.

• http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~acustica/comite/niveles.htm

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