Hay que distinguir:
La amplitud de una onda sonora se puede medir en función de estos parámetros:
En acústica no se suelen utilizar unidades del sistema internacional ni lineales. En lugar de eso se utilizan los decibelios, que son más sencillos para manejar rangos que van de unidades muy grandes a muy pequeñas. El oído humano detecta intensidades desde $0.000000000001 \text{ } W = 10^{-12}\text{ }W$ o presiones sonoras de 20 μPa hasta 20 Pa, lo que da lugar a un margen muy amplio (1.000.000 de unidades), pero al pasarlo a decibelios el margen se reduce a un rango de 0 a 120dB.
No es que no se escuche por encima de 120 dB, es sólo que duele.
Esto también se debe a que la respuesta al sonido tampoco es lineal, sino logarítmica: para duplicar la sensación de un sonido hay que aumentar 10 veces su presión.
Es la cantidad de energía que emite la fuente por unidad de tiempo y se mide en Watios. El nivel de potencia sonora (LW) es la versión en dB. Como referencia se utiliza la potencia umbral de la audición humana (10-12W).
Es la energía acústica que atraviesa una superficie por unidad de tiempo. Se mide en $W/m^2$. Hay tres factores de los que depende.
Potencia de la fuente (+W = +I), naturaleza del medio de transmisión (mejor en elásticos) y distancia a la fuente: la energía se distribuye en ondas esféricas a medida que se propaga. Dado que la superficie de la esfera es $4\pi r^2$, la superficie aumenta proporcionalmente al cuadrado de la distancia al foco.
El nivel de intensidad sonora (LI) es el equivalente de I en decibelios. Se utiliza como referencia el umbral de la audición $W_0= 10^{-12}\text{ }W$.
Otra manera de indicar la magnitud de un sonido es mediante presión P=F/S ($N/m^2$ o Pa). El nivel de presión acústica (LP) se expresa en decibeles ($dB_{SPL}$, sound preasure level). Su valor de referencia utilizado es el umbral de la audición humana (20μPa).
Las unidades anteriores representan niveles de sonido en el espacio libre, pero cuando el sonido está en la electrónica, se mide en voltios. También se utilizan mucho las medidas en dBV (referenciadas a 1 V) y en dBu (referenciadas a 0,7746 V).
En el mundo analógico, se determinó que el punto en el que la señal no está tan fuerte como para estar distorsionada ni tan suave como para combinarse con el ruido ambiental (umbral de percepción), es en 0 dbVU. (“Volume Units”, fuente: audioproducción)
La equivalencia con las unidades anteriores es 0 dBVU = +4 dBu (1,228 Vrms), o 0 dBVU = -10 dBV (dependiendo del equipo). 0 dBVU equivale a:
Más información en Wikipedia e Hispasonic
$$V(dBV)=20·\log{\frac{V(V)}{1\ V}\ \ ;;\ \ V(V)=10^\frac{V(dBV)}{20}}$$
$$V(dBu)=20·\log{\frac{V(V)}{0.7746\ V}\ \ ;;\ \ V(V)= 0.7746\ V · 10^\frac{V(dBu)}{20}}$$
$$V(dBVU)=20·\log{\frac{V(V)}{1.228\ V}\ \ ;;\ \ V(V)= 1.228\ V · 10^\frac{V(dBVU)}{20}}$$
Hablamos de voltaje RMS (eficaz) en todo caso.
Equivalencias:
$$dBu=dBV - 2.214$$
$$dBu = dBVU + 4$$
Se usan los dBFS (fullscale), que mide la amplitud de una señal digital en relación al máximo nivel posible sin clipping (saturación). Como deriva de los voltios, funciona igual que los voltajes (20·log). Por ejemplo, si una señal tiene una amplitud de −6 dBFS, quiere decir que está a la mitad del voltaje máximo de la escala. Más info en Wikipedia.
Para hallar la equivalencia entre dBVU y dBFS hay dos calibraciones posibles según el tipo de interfaz empleada:
Más información en Audioproducción.
Recuerda: 0 dBFS es el umbral de saturación (clipping).
Niveles de sonido (LI, LW, LP) → Ponderables con escalas A, B, C):
Niveles de línea:
Audio digital:
Es la diferencia de nivel de presión sonora existente entre los sonidos más bajos y los sonidos más altos que podemos escuchar.
Se hace haciendo la resta en decibelios de ambos niveles y el resultado está en decibelios. Un ejemplo de un audio con un rango dinámico medianamente aceptable seria el siguiente:
Se utiliza en muchos ámbitos de la electrónica, comunicaciones y sonido.
Es la resta en decibelios del nivel de sonido contra el nivel que el equipo capta en ausencia de sonido.
¿Por qué es más difícil acercarse a una persona si que te oiga en el interior de una casa, mientras que afuera es más fácil?
La respuesta en frecuencia del oido humano no es plana. para niveles bajos de presión sonora se usa la ponderación A, que atenúa en mucha medida los bajos (-50 dB a 20 Hz y casi -20 dB a 100 Hz) y en menor medida los agudos (casi -10 dB en 20 kHz).
En audio profesional deberías usar la escala de ponderación tipo B. En su defecto la C, y en su defecto, ninguna (“weightless”).
Según su distribución en el espectro de frecuencias, tenemos los siguientes tipos de ruido:
El término ruido blanco se utiliza comercialmente para aplicaciones que generan sonidos relajantes: agua de lluvia, viento… (efectivos sobre todo en bebés).
Realmente el oído humano percibe el ruido rosa como realmente es el "blanco" (con igual preponderancia de todas las frecuencias)
Una fuente puntual emite energía acústica en todas las direcciones con igual intensidad (p.ej: una explosión en un espacio abierto). El SPL disminuye a medida que nos alejamos.
Cada vez que la distancia se duplica la distancia el SPL se reduce 6dB (reparto en superficie esférica). Este fenómeno se llama divergencia geométrica de las ondas sonoras y cumple la siguiente ecuación:
$$L_2=L_1+20\cdot \log{\frac{d_1}{d_2}}$$
En este caso particular la emisión de la fuente predomina alrededor de un eje (p.ej: una carretera con tráfico constante) y la onda sonora se propaga en una superficie cilíndrica. Como en este caso la presión decrece linealmente, tenemos que se reduce 3 dB cada vez que se dobla la distancia.
| Potencia sonora | Intensidad sonora | Presión sonora | |
|---|---|---|---|
| Fórmula en unidades Sistema Internacional |
$$W=\frac{trabajo}{t} \text{ }(W)$$ | $$I=\frac{W}{S} \text{ }(\frac{W}{m^2})$$ | $$P=\frac{F}{S}\ \text{}(\frac{N}{m^2}= Pa)$$ |
| Valor de referencia (mínimo perceptible) |
$$W_0=10^{-12}\text{ }W$$ | $$I_0=10^{-12}\text{}\frac{W}{m^2}$$ | $$P_0=20\text{ }µPa=20\cdot 10^{-6}\text{}Pa$$ |
| Fórmula en decibelios (nivel de ...) |
$$L_W=10\cdot \log{\frac{W}{W_0}}$$ | $$L_I=10\cdot \log{\frac{I}{I_0}}$$ | $$L_P=20\cdot \log{\frac{P}{P_0}}$$ |
| Conversión dB → SI | $$W=W_0\cdot 10^{\frac{W(dB)}{10}}$$ | $$I=I_0\cdot 10^{\frac{I(dB)}{10}}$$ | $$P=P_0\cdot 10^{\frac{P(dB)}{20}}$$ |
Otra propiedad es la duración, que es el tiempo que vibra la fuente del sonido. No confundir con el tiempo de reverberación (lo veremos más adelante).
Recuerda: Propiedades del sonido son tono, timbre, intensidad y duración.
