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16.2: Intensidad y Nivel de Sonido

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    objetivos de aprendizaje

    • Calcular la intensidad del sonido desde la potencia

    Descripción general de la intensidad

    La intensidad del sonido es la potencia por unidad de área transportada por una onda. El poder es la velocidad a la que la energía es transferida por una ola.

    Intensidad de sonido y decibelios

    La ecuación utilizada para calcular esta intensidad, I, es:I\(\mathrm{I=\frac{P}{A}}\) Donde P es la potencia que atraviesa el área, A. La unidad SI para intensidad es watts por metro cuadrado o, Wm2Wm2. Esta es la fórmula de intensidad general, pero vamos a verla desde una perspectiva sonora.

    Intensidad de sonido

    La intensidad del sonido se puede encontrar a partir de la siguiente ecuación:\(\mathrm{I=\frac{Δp^2}{2ρv_w}}\). Δp — cambio de presión, o amplitudeρ — densidad del material por el que viaja el sonido vw — velocidad del sonido observado.Ahora tenemos una manera de calcular la intensidad del sonido, así que hablemos de la intensidad observada. La variación de presión, amplitud, es proporcional a la intensidad, por lo que es seguro decir que cuanto mayor sea su oscilación de onda sonora, más intenso será su sonido. Esta figura muestra este concepto.

    imagen

    Intensidad de sonido: Gráficas de las presiones manométricas en dos ondas sonoras de diferentes intensidades. El sonido más intenso es producido por una fuente que tiene oscilaciones de mayor amplitud y tiene mayores máximos y mínimos de presión. Debido a que las presiones son más altas en el sonido de mayor intensidad, puede ejercer mayores fuerzas sobre los objetos que encuentra

    Si bien las unidades para la intensidad del sonido son técnicamente vatios por metro cuadrado, es mucho más común que se le refiera como decibelios, dB. Un decibelio es una relación de la amplitud observada, o nivel de intensidad a una referencia, que es 0 dB. La ecuación para esto es:\(\mathrm{β=10 \log _{10} \frac{I}{I_0}β}\) — decibelios nivelI — Intensidad observadaI 0 — Intensidad de referencia.Para más información sobre decibelios, consulte el Átomo de Decibelios.

    Para un punto de referencia sobre los niveles de intensidad, a continuación se muestra una lista de algunas intensidades diferentes:

    • 0 dB, I = 1×10 -12 —> Umbral de audición humana
    • 10 dB, I = 1×10 -11 —> Crujiente de hojas
    • 60 dB, I = 1×10 -6 —> Conversación normal
    • 100 dB, I = 1×10 -2 —> Sirena fuerte
    • 160 dB, I = 1×10 4 —> Acabas de estallar los tímpanos

    Percepción Humana del Sonido

    El estudio de la percepción humana del sonido se llama psicoacústica.

    Habilidades para Desarrollar

    • Explicar cómo la frecuencia es percibida por los humanos

    El estudio de la percepción humana del sonido se llama psicoacústica. Muchos factores entran en la audición, incluyendo las propiedades de las ondas, los procesos sensoriales y cerebrales. Primero, se tiene que hacer la onda, y tiene una longitud de onda y frecuencia específicas. Entonces la onda sonora llega al oído humano, y se procesa a través de muchas áreas. Por último, la onda sonora lo hace a través del oído y hacia el cerebro humano, donde ocurre aún más acción. Se podría pensar que cuando algo hace un ruido lo escuchas instantáneamente pero, en realidad, pasa primero por muchos pasos.

    Propiedades de la onda

    No vamos a entrar en demasiados detalles sobre las propiedades físicas de la ola, ya que está fuera del alcance de este átomo, pero recuerda:

    • La frecuencia es percibida por los humanos como tono;
    • La intensidad del sonido es la amplitud;
    • Los humanos solo pueden escuchar un rango específico de sonido, generalmente de 20 Hz a 20,000 Hz;
    • Los factores que entran en un sonido son su intensidad, frecuencia y armónicos (que son como interferencias, o ruidos de fondo).

    El oído humano

    El oído humano se compone de tres secciones principales, como se muestra en:

    imagen

    El oído humano: Un diagrama detallado del oído humano.

    1. El oído externo
    2. El oído medio
    3. El oído interno

    Vamos a comenzar por donde comenzaría una onda de sonido y seguirla en su viaje desde fuera de tu oído hasta tu cerebro. Cuando miras la oreja de alguien, en realidad solo estás viendo el pabellón auricular, la porción más externa de la oreja. Recoge y enfoca la onda sonora. La ola luego pasa por tu canal auditivo hasta el tímpano. Las ondas sonoras hacen que el tímpano vibre. Entonces estamos en el oído medio, que tiene tres huesos muy, muy pequeños: el maleo, el incus y el estribo. Estos también pueden denominarse martillo, yunque y estribo, respectivamente. Estos tres huesos transmiten la señal a la ventana elíptica. Este es el comienzo del oído interno. Luego, las ondas sonoras se transmiten desde la ventana elíptica a través de los canales semicirculares del oído interno, la cóclea y el nervio auditivo, que se llena de líquido. Este fluido es lo que permite al cuerpo detectar movimientos y mantener el equilibrio. Tu cóclea tiene forma de caracol, y está llena de pequeños pelos. Estos pelos vibran de manera diferente dependiendo de las frecuencias. Estas vibraciones liberan impulsos eléctricos al nervio auditivo y luego son enviados a tu cerebro, donde son entendidos como sonido. Entonces, si bien esto parece suceder muy rápido, ¡las ondas sonoras tienen que recorrer un largo camino antes de que oigas algo!

    Decibelios

    El decibelio es una unidad logarítmica utilizada para cuantificar los niveles sonoros, comparando una cantidad física con un nivel de referencia.

    Habilidades para Desarrollar

    • Identificar cómo se cuantifica el decibelio en acústica

    El decibelio, dB, se usa comúnmente para cuantificar los niveles sonoros, aunque no es una unidad de sonido, sino una unidad de presión. El decibelio es una unidad logarítmica que indica la relación de una cantidad física a un nivel de referencia. Se trata de una décima parte de un Bel, que lleva el nombre del inventor del teléfono, Alexander Graham Bell. La palabra decibell proviene del prefijo, deci, es decir 1/10 de la palabra que precede Para obtener más información sobre cómo convertir unidades, refiérase al átomo de conversión de unidades. Si bien el decibelio puede ser utilizado para hablar de una serie de temas diferentes, en este átomo vamos a cubrir su uso en acústica y nivel sonoro.

    En acústica, el decibelio se cuantifica con relación a una referencia que se ha establecido a un nivel de presión sonora de 20 micropascales, y se denomina 0 dB. Este nivel de referencia es un umbral típico de la percepción auditiva humana. Se utiliza la siguiente ecuación para calcular el nivel de presión sonora, o amplitud:\(\mathrm{amplitude[dB]=20 \log _{10}\frac{s}{s_o}}\) s o es la presión de referencia que es de 20 micropascales o 0 dB, y s es la presión sonora observada.El oído humano tiene un umbral de sonido estándar de 120 dB, que expresado logarítmicamente es de alrededor de 10 12. Este es un umbral estándar, pero también depende de la frecuencia. La sonoridad es una medida de la intensidad del sonido teniendo en cuenta la frecuencia, y se denomina decibelios ponderados A, dB (A) o phon. Esta figura muestra The Fletcher Munson Chart, que demuestra las diferentes frecuencias sonoras y decibelios que el oído humano percibe como igual.

    imagen

    La carta de Fletcher Munson: Los contornos de igual sonoridad de Fletcher-Munson. Los fones están etiquetados en azul

    Puntos Clave

    • La intensidad del sonido se puede encontrar a partir de la siguiente ecuación:\(\mathrm{I=\frac{Δp^2}{2ρv_w}}\). Δ p — cambio de presión, o amplitud ρ — densidad del material por el que viaja el sonido v w — velocidad del sonido observado.
    • Cuanto mayor sea su oscilación de onda de sonido, más intenso será su sonido.
    • Si bien las unidades para la intensidad del sonido son técnicamente vatios por metro cuadrado, es mucho más común que se le refiera como decibelios, dB.
    • La frecuencia es percibida por los humanos como tono. La intensidad del sonido es lo que los humanos pueden escuchar, y generalmente es solo un rango específico de sonido, generalmente de 20 Hz a 20,000 Hz. Los factores que entran en un sonido son su intensidad, frecuencia y armónicos (que son como interferencias o ruidos de fondo).
    • Su oído se compone de tres secciones principales: el oído interno, medio y externo.
    • Tu cóclea, que está en tu oído interno, no sólo transmite ondas sonoras a tu cerebro, sino que además contiene un líquido que ayuda a los humanos a mantener su equilibrio.
    • En acústica, el decibelio se cuantifica con relación a una referencia que se ha establecido a un nivel de presión sonora de 20 micropascales, y se denomina 0 dB.
    • Se utiliza la siguiente ecuación para calcular el nivel de presión sonora, o amplitud:\(\mathrm{amplitude[dB]=20 \log_{10} \frac{s}{s_o}}\). \(\mathrm{s_o}\)es la presión de referencia que es 20 micropascales o 0 dB, y s es la presión sonora observada.
    • El oído humano tiene un umbral sonoro estándar de 120 dB, el cual expresado logarítmicamente es de alrededor de 1012. Este es un umbral estándar, pero también depende de la frecuencia. La sonoridad es una medida de la intensidad del sonido teniendo en cuenta la frecuencia, y se denomina decibelios ponderados A, dB (A) o phon.

    Términos Clave

    • decibelios: Una medida común de la intensidad del sonido que es una décima parte de un bel en la escala de intensidad logarítmica. Se define como\(\mathrm{dB=10 \log_{10}(P_1/P_2)}\), dónde\(\mathrm{P_1}\) y\(\mathrm{P_2}\) son los poderes relativos del sonido.
    • amplitud: El valor absoluto máximo de alguna cantidad que varía.
    • tímpano: Una membrana delgada que separa el oído externo del oído medio y transmite el sonido del aire al maleo.
    • cóclea: La compleja cavidad cónica, enrollada en espiral, del oído interno en la que las vibraciones sonoras se convierten en impulsos nerviosos.
    • phon: Unidad de sonoridad aparente, igual en número a la intensidad en decibelios de un tono de 1,000 hercios que se considera tan fuerte como el sonido que se mide.

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

    CONTENIDO CON LICENCIA CC, COMPARTIDO PREVIAMENTE

    CC CONTENIDO LICENCIADO, ATRIBUCIÓN ESPECÍFICA

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