Comprender el sonido y el decibelio

En cualquier debate sobre la comprensión del sonido, la unidad de decibelios sin duda formará parte de la conversación. A diferencia de casi todas las demás unidades de medida, el decibelio no es una escala lineal. Es decir, 1 decibelio (también escrito como dB) no es una décima parte de la amplitud o fuerza de 10dB. En este artículo, explicaremos cómo funciona la escala de decibelios y presentaremos información de referencia para ayudarlo a comprender cómo funciona la escala de decibelios.

¿Qué es el sonido?

El sonido es una vibración de moléculas de aire que hace vibrar nuestros tímpanos. El tímpano transmite estas vibraciones al oído medio a través de pequeños huesos llamados huesecillos. El oído interno tiene una forma similar a la del caparazón de un caracol y contiene células ciliadas microscópicas que convierten estas vibraciones en señales eléctricas diminutas. Estas señales se transmiten al nervio auditivo y posteriormente a nuestro cerebro. Cada oído interno contiene aproximadamente 18.000 células ciliadas, todas las cuales se dice que caben en la cabeza de un alfiler. Una vez que una célula ciliada se daña, nunca vuelve a crecer ni se repara a sí misma.

Comprender el decibelio

La unidad de decibelios fue creada en la década de 1920 por Bell Telephone Laboratories para describir las pérdidas en los cables de comunicación utilizados en los primeros sistemas telefónicos. La unidad original era MSC (Miles of Standard Cable) y era la pérdida de señal en 1 milla de cable a una frecuencia de 795,8 Hz que equivalía a la atenuación perceptible más pequeña detectable por el oyente promedio.

Medición de decibelios y nivel de sonido

Cuando se analizan los niveles de sonido, el formato adecuado es utilizar la unidad dB SPL, dB(SPL) o dBSPL. La referencia para cualquier declaración es la presión del sonido en comparación con 0dB. 0dB se define como el sonido percibido por un mosquito a una distancia de 10 pies del oyente.

Debido a que dB SPL expresa una relación, los sonidos pueden ser más bajos que 0dB. Imagina si quieres, estás en el espacio donde se midió el sonido creado por ese mosquito original. Si quitamos el mosquito, el espacio estará más tranquilo. Cuánto más silencioso depende de otras fuentes de ruido. El ruido eléctrico creado por la iluminación y el ruido causado por los sistemas de calefacción y refrigeración contribuyen. Si eliminamos la mayor cantidad posible de ruidos, la habitación se volverá cada vez más silenciosa.

Según Guinness World Records, el lugar más silencioso del mundo en 2012 fue una cámara de prueba anecoica en Orfield Laboratories en Minneapolis. El nivel de sonido en esta sala se midió en -13dBA. En octubre de 2015, un equipo de ingenieros de la oficina central de Microsoft en Redmond, Washington, batió este récord con mediciones realizadas en la cámara anecoica del Edificio 87. Un equipo de especialistas independientes midió un nivel de ruido de -20,35 dBA. La sala no solo está completamente aislada de todas las fuentes de ruido y vibración, sino que las paredes están revestidas con grandes cuñas de espuma acústica diseñadas para absorber el sonido.

En el extremo opuesto del espectro sonoro tenemos 191 dB SPL. Este es el nivel de sonido donde el aire está presurizado a 1 bar o 1 atmósfera. El sonido lineal no puede existir por encima de este nivel porque el lado de baja presión de la onda alcanza un vacío absoluto. Hay ruidos más fuertes (como explosiones nucleares), pero se examinan como ondas de presión en lugar de sonidos.

No todos los sonidos se perciben por igual

El oído humano no es sensible a todos los sonidos por igual. En 1933, se publicaron los resultados de la investigación sobre cómo nuestros oídos perciben diferentes frecuencias. Los investigadores Fletcher y Munson publicaron un conjunto de curvas de sensibilidad auditiva humana que se basan en la frecuencia y la amplitud. Las curvas se crearon tocando un tono puro de 1 kHz y un tono a una frecuencia diferente alternativamente. La amplitud del tono de 1 kHz se ajustó hasta que los participantes sintieron que el nivel de los dos era equivalente. Se registró el nivel de ajuste y se trasladaron a otra frecuencia.

En 1937, Churcher y King realizaron pruebas similares, pero los resultados diferían mucho de los gráficos de Fletcher Munson. Los investigadores Robinson y Dadson repitieron las pruebas en 1956 con equipos más nuevos. Las medidas resultantes se aceptaron y definieron los contornos de nivel de sonoridad iguales normales ISO 226. Estos siguieron siendo el estándar hasta 2003, cuando nuevas pruebas revisaron aún más los gráficos.

Lo que nos dicen las curvas es que nuestra audición es más sensible alrededor de 2 a 3 kHz, dependiendo de la amplitud. Somos menos sensibles a la información de alta frecuencia alrededor de 10 kHz y 150 Hz en unos 20 dB. Cada vez somos menos sensibles a los sonidos por debajo de los 150 Hz, pero este fenómeno disminuye a medida que aumenta el volumen.

Cómo percibimos el sonido

Muchas afirmaciones sobre los niveles de sonido se publican en la industria. Hablemos y aclaremos un par de los más comunes.

3dB es el doble de fuerte. No. No, no lo es. Un cambio de 3dB representa una duplicación o reducción a la mitad de la energía acústica. Se necesita un amplificador el doble de potencia para producir un tono a 73dB que a 70dB. La realidad es que la mayoría de los oyentes apenas pueden percibir un cambio en el nivel de 3dB en todas las frecuencias audibles.

Si 3dB no es el doble de fuerte, ¿qué es? Según pruebas exhaustivas, se acuerda que un cambio en el nivel de 10dB se considera el doble o la mitad de alto.

Una prueba de comprensión auditiva

Solo por diversión y educación, a continuación hay una serie de tonos de prueba para demostrar nuestra capacidad para detectar diferencias de amplitud. Estas pruebas se crean para que las diferencias sean lo más fácilmente perceptibles posible.

Los tonos involucran una onda sinusoidal a una frecuencia de 1 kHz grabada a un nivel inicial de -10 dB desde la escala completa en un formato de archivo .wav sin comprimir de 44,1 kHz y 16 bits. La amplitud (volumen) de la forma de onda se reduce en marcas de uno, dos y tres segundos en cantidades variables. Para la mayoría, discernir la disminución de 1dB por paso es fácil. Muchos podrán detectar la disminución de 0.5dB por paso. La disminución de 0,25 dB por paso es difícil de escuchar.

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