La amplitud y el volumen son aspectos clave en el estudio del sonido, ya que determinan cómo percibimos la intensidad o fuerza de un sonido. No deben confundirse los dos términos, ya que la amplitud es una propiedad física de la onda sonora, mientras que el volumen es una percepción subjetiva de esa amplitud.
¿Qué es la amplitud?
Si la frecuencia era la cantidad de ciclos u ondas completas que se repetían en un segundo, la amplitud será la intensidad de dichas ondas, la distancia entre el punto más elevado de compresión y rarefacción.
En la gráfica de una onda sonora, la amplitud se muestra como la altura de las crestas y la profundidad de los valles respecto a la línea de equilibrio.
La amplitud se mide en unidades de presión sonora, comúnmente en Pascales (Pa), pero en audio se utiliza más a menudo el decibel (dB) para expresar niveles de presión sonora relativos.
Pascales (Pa)
Los pascales (Pa) se utilizan en el sonido para medir la presión sonora, que es la fluctuación en la presión del aire causada por una onda sonora en comparación con la presión atmosférica estática.
El sonido más suave que el oído humano promedio puede detectar corresponde a una presión sonora de aproximadamente 20 micropascales (µPa). Este es el nivel de referencia común utilizado para calcular el Nivel de Presión Sonora (SPL) en decibelios.
\(1 \, \mu\text{Pa} = 1 \cdot 10^{-6} \, \text{Pa}\)
Decibelios (dB)
El decibelio (dB) es una unidad logarítmica que se usa para expresar relaciones de intensidad, potencia o amplitud.
El uso de una escala logarítmica significa que los decibelios no aumentan de manera lineal, sino que cada incremento de 10 dB representa un aumento de diez veces en la intensidad. Por ejemplo, 20 dB no es el doble de 10 dB, sino que es 10 veces más intenso.
Fórmula del decibelio
Para la presión acústica, el nivel en dB se calcula mediante la siguiente fórmula:
\(L_{\text{SPL}} = 20 \cdot \log_{10} \left( \frac{p}{p_{\text{ref}}} \right)\)
- \(L_{\text{SPL}}\) es el nivel de presión acústica en decibelios (dB SPL)
- \(p\) es la presión acústica medida (en pascales, Pa).
- \(p_{\text{ref}}\) es la presión de referencia, generalmente 20μPa en el aire, correspondiente al umbral de audicion humana.
Nivel de Presión Sonora (SPL)
El Nivel de Presión Sonora (SPL) es una medida que describe la presión de un sonido en comparación con un nivel de referencia (20 µPa en el aire). El SPL es una representación cuantitativa de la fuerza de una onda sonora en un determinado punto del espacio.
La escala de dB SPL va de 0 dB (Umbral de audición) a 120 dB (Umbral del dolor). Se corresponde mejor con nuestra percepción de la sonoridad y reduce el enorme rango numérico que implica expresar la presión en Pascales.
| Sonidos característicos | dB SPL | Efecto |
|---|---|---|
| Lanzamiento de cohete | 180 | Pérdida auditiva irreversible |
| Despegue de avión | 140 | Dolorosamente fuerte |
| Bocina a un metro | 120 | Máximo soportado |
| Taladro neumático | 110 | Extremadamente fuerte |
| Transito urbano | 90 | Muy molesto |
| Restaurante ruidoso | 70 | Dificil conversación |
| Conversación | 60 | Normal |
| Oficina tranquila | 40 | Silencioso |
| Umbral auditivo | 0 | Silencio total |
¿Qué es el Volumen?
El volumen es la percepción subjetiva de la intensidad de un sonido. Está influenciado no solo por la amplitud sino también por factores como la frecuencia y la duración del sonido.
Los humanos no perciben todos los sonidos con la misma intensidad, incluso si tienen la misma amplitud. Las frecuencias medias tienden a percibirse como más fuertes que las bajas o altas a niveles de presión sonora similares.
Las curvas isofónicas de Fletcher-Munson representan la variación de la respuesta en frecuencia de la audición humana para diferentes niveles de intensidad a partir de un tono inicial de 1.000 Hz.
Es decir, si tomamos como referencia la curva que a 1.000 Hz posee un nivel de intensidad de 40 dB, vemos que para crear la misma sensación sonora a los 100 Hz necesitaremos aumentar dicho nivel de intensidad hasta los 60 dB.
Por el contrario, tomando la misma curva como referencia, el nivel deberá ser menor para los que se sitúan alrededor de los 3.000 Hz. Recordemos que tenemos la frecuencia de resonancia del conducto auditivo externo sobre los 3.150 Hz.
Además, estas curvas son especialmente interesantes porque en ellas se representan el umbral de audición (nivel de intensidad a partir del cual empezamos a escuchar el sonido) y el mencionado umbral del dolor. Ambos varían notablemente para las diferentes frecuencias del espectro auditivo humano.
Tras analizar cómo la amplitud refleja la intensidad de una onda sonora, es momento de relacionarla con la presión acústica. Este concepto nos permite medir de manera más concreta las variaciones de presión en el medio, que son responsables de la percepción del volumen del sonido.