La presión acústica es la variación de presión que ocurre en un medio (como el aire o el agua) cuando una onda sonora se propaga a través de él.
Físicamente, es la diferencia entre la presión atmosférica estática (la presión normal del aire cuando no hay sonido) y la presión total instantánea que genera la onda sonora al pasar. Esta variación se produce debido a las compresiones (aumento de presión) y rarefacciones (disminución de presión) de las partículas del medio a medida que la energía del sonido avanza.
Si imaginas la gráfica de una onda sonora, la amplitud se representa como la distancia entre el punto de equilibrio y el punto más alto (cresta) o el más bajo (valle) de la onda. Técnicamente es la distancia entre el punto máximo de compresión y de rarefacción del aire.
La fórmula que lo define es:
- \( p(t) \)es la presión acústica instantánea (variación de presión respecto a \( P_0 \)).
- \( P_{\mathrm{tot}}(t) \) es la presión total en un momento específico.
- \( P_0 \): es la presión atmosférica estándar (generalmente \( 101\,325 \, \mathrm{Pa} \)).
Medición de la presión acústica
La unidad de medida oficial de la presión acústica es el pascal (Pa). Sin embargo, el oído humano tiene un rango de percepción tan amplio que medirlo solo en pascales sería poco práctico:
- Umbral de audición: El sonido más débil que podemos oír es de apenas 20 µPa (micropascales).
- Umbral del dolor: El sonido que empieza a causar daño físico es de 20 Pa.
Debido a que el umbral del dolor es un millón de veces más fuerte que el de audición, se utiliza normalmente la escala logarítmica de decibelios (dB SPL) para que estas cifras sean más manejables.
Factores que la determinan
La cantidad de presión acústica que percibes depende de varios elementos:
La fuente sonora
La presión generada depende directamente de las características físicas y operativas del objeto que produce el sonido. Se divide en tres aspectos:
- Tamaño: Las fuentes de gran tamaño (como un altavoz grande o un motor industrial) tienen la capacidad de mover una mayor cantidad de aire, lo que se traduce en una generación de energía acústica y presión más elevada.
- Potencia: Existe una relación directa entre la potencia (energía emitida por segundo) y la presión. Un equipo con mayor potencia, como un amplificador de alta gama, producirá necesariamente variaciones de presión más intensas en el aire.
- Directividad: Determina cómo se reparte la energía en el espacio. Las fuentes direccionales (como un tweeter) concentran la energía en un punto, aumentando la presión en esa zona específica. Por el contrario, las fuentes omnidireccionales dispersan el sonido en todas las direcciones, lo que diluye la concentración de presión en cualquier punto dado.
La distancia a la fuente
La presión acústica no se mantiene constante, sino que disminuye a medida que el oyente o el medidor se alejan del origen.
Según la ley de la inversa del cuadrado, al alejarse, la energía sonora debe distribuirse en una área cada vez más grande. Cada vez que se duplica la distancia respecto a la fuente sonora, la presión acústica se reduce a la mitad.
En términos de nivel de presión sonora, esto equivale a una caída de aproximadamente 6 dB SPL.
El medio de propagación
Las propiedades del material (aire, agua, sólidos) por el que viaja la onda sonora alteran significativamente la presión.
La densidad es el factor determinante. En medios más densos, como el agua, las partículas están más juntas, lo que permite que la energía se transfiera de forma más eficiente. Esto hace que el sonido viaje no solo más rápido, sino también con una mayor presión acústica.
Otro factor es la dispersión, ya que en medios menos densos, como el aire, las ondas encuentran menos resistencia para "abrirse", lo que provoca que la energía se disperse más rápido y la presión disminuya con mayor facilidad en comparación con medios líquidos o sólidos.
Diferencia con la intensidad sonora
Aunque están estrechamente relacionadas, la presión acústica y la intensidad sonora miden aspectos distintos de una onda sonora.
- Presión acústica: Refleja las variaciones físicas o fluctuaciones de presión que la onda sonora provoca en las partículas del medio (como el aire) al propagarse. Es, en esencia, la diferencia entre la presión atmosférica normal y la presión generada por el sonido.
- Intensidad sonora: Mide la cantidad de energía que transporta la onda sonora por unidad de área. En lugar de centrarse solo en el cambio de presión, se enfoca en cuánta energía fluye a través de un espacio determinado.
Ambas magnitudes están conectadas mediante una fórmula física que muestra que la intensidad es proporcional al cuadrado de la presión:
En esta relación, \( p \) es la presión acústica, \( \rho \) es la densidad del medio y \( c \) es la velocidad del sonido. Esto significa que si la presión acústica aumenta, la intensidad sonora también lo hará, pero de forma cuadrática.