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Sonido - Acústica (Diego Doncel)


SONIDO – ACÚSTICA

Para un oído normal, en condiciones normales, sin ruidos alrededor, un auricular puesto en el oído produce un umbral sonoro de 0 dB cuando la potencia es de 10-12 W. Es decir, un oído normal, lo menos que puede oír son 10-12 vatios, lo que supone 0 dB. Si aumentamos la potencia de ese sonido (generalmente medido a 1 Khz, ya que el oído no responde por igual a todas las frecuencias) conseguiremos que se produzca dolor a unos 120 dB.

La relación de potencias se mide en decibelios:

NPS (Nivel de Potencia del Sonido)= 10 dB. Donde Wo= 10-12 vatios.

Así pues si sustituimos 120 dB y 10-12 vatios tendremos:

120 = 10 log , de donde W = 1 vatio.

Por ejemplo, si con 1 w se producen 120 dB, ¿Cuánto será necesario para producir 100 dB de igual forma?

100 = 10 log , de donde W = 0,01 vatio, es decir 10 milivatios.

Así pues un vatio de potencia acústica en un auricular está en el umbral doloroso y peligroso de rotura de tímpano.

Potencia = Intensidad x Área, es decir W = I x A
Si 1 vatio en el oído produce 120 dB, ¿Cuántos dB producirá ese 1 vatio a, por ejemplo, 1 metro de distancia?.
El sonido se reparte de forma esférica, idealmente, produciendo una intensidad sonora igual a la Potencia (W) por unidad de Superficie (A).
La intensidad producida por 1 watio a 1 metro es:
I = W/A = w/m2

Conclusión, si la fuente de 1 vatio que producía 120 dB en el oido, la separamos 1 metro, producirá 109 db, o lo que es lo mismo, 1 vatio a un metro, está en el umbral doloroso.
 

Problema:

Una unidad de aire acondicionado opera con un nivel de intensidad de sonido de 73 dB. Si se pone a trabajar en un cuarto, con un nivel de sonido ambiental de 68 dB ¿Cuál será la intensidad resultante?

NI1 = 10 log I1/Io = 73 dB, o bien I1 = I0 x 1,9 107 w/m2
NI2 = 10 log I2/Io = 68 dB, o bien I2 = I0 x 0,6 107 w/m2
I = I1 + I2 = (1,9 + 0,6) 107 = 2,5 107 w/m2
NI = 10 log (I/I0) = 10 log 2,5 107 = 73,9 dB

Problema:

Si un sonido tiene una potencia de 1 W. a 1 metro, y produce un Nivel de Sonido de 109 dB, y ahora se duplica su potencia, ¿Cuántos dB se incrementa el nivel de sonido?

Respuesta: 3 dB
 
 

INTENSIDAD DEL SONIDO

La intensidad de un sonido es la magnitud de la sensación auditiva producida por la amplitud de las perturbaciones que llegan al oído. Ahora bien, la energía por la que vibra un sonido es una propiedad física, mientras que la sonoridad es una interpretación mental. La sonoridad de un sonido es, por lo tanto, una cualidad subjetiva y se puede medir con instrumentos. No se ha establecido una escala absoluta para medir la sonoridad de un sonido. Se usa una escala relativa, basada en el logaritmo de la relación de dos intensidades.

El fono es una unidad acústica usada para medir el nivel total de sonoridad de un ruido. Un tono puro de 1000 c/seg. a un nivel de intensidad de sonido de 1 db se define como un sonido con nivel de sonoridad de 1 fono. Todos los demás tonos tendrán un nivel de sonoridad de n fonos si el oído los considera que suenan tan sonoros como un tono puro de 1000 c/seg. de frecuencia a un nivel de intensidad de n db.

El nivel de sonoridad de un tono de 30 fonos, al igual que el decibelio, no es la mitad del sonido de un tono de 60 fonos de nivel de intensidad sonora. Un tono de una frecuencia de 500 Hz a un nivel de sonoridad de 40 fonos, sin embargo, llega exactamente al ido como cualquier otro sonido de 40 fonos en cualquier otra frecuencia. (lo que pasa es que el oído no los "siente" igual, según veremos).

El nivel de sonoridad de un sonido se define como

NS = 10 log I/10-12 fonos

Donde I es la intensidad del sonido en w/m2.

La figura siguiente muestra curvas de igual nivel de sonoridad en fonos sobre toda la banda de frecuencias audibles en función del nivel de intensidad en dB o de la intensidad en w/m2. La curva superior de 120 fonos representa el umbral de dolor, en tanto que la curva inferior de 0 fonos representa el umbral de audición. A bajos niveles de intensidad el oído humano es más sensible a frecuencias entre 1000 y 5000 ciclos/seg. y a muy altos niveles de intensidad, la respuesta es más uniforme.


Para cualquer duda, comentario o sugerencia sobre este artículo,
diríjase directamente al autor:
 Diego Doncel
Profesor de Electrónica del IES "María Moliner" de SEGOVIA
WEB:http://roble.pntic.mec.es/~ddoncel/
 
Esta página fue actualizada el 22-10-2006