La presión acústica representa la variación de presión en el medio que produce una onda sonora al propagarse, y se mide en pascales (Pa). Es un concepto clave para comprender cómo las ondas sonoras interactúan con su entorno, cómo las percibimos, y cómo se miden o controlan en aplicaciones prácticas.
¿Qué es la presión acústica?
La presión acústica es la diferencia entre la presión estática del aire (presión atmosférica) y la presión instantánea generada por una onda sonora. Se produce debido a las compresiones y rarefacciones del medio cuando la energía de una fuente sonora se propaga.
La presión acústica, \(p(t)\), se define como:
\(p(t) = P_{\text{total}}(t) - P_{\text{estática}}\)
- \(P_{\text{total}}(t)\) es la presión total en un momento específico.
- \(P_{\text{estática}}\) es la presión atmosférica estándar (generalmente 101,325Pa).
La presión acústica se mide en pascales (Pa), siendo 1 Pa equivalente a 1 N/m² (newton por metro cuadrado).
El oído humano puede percibir sonidos en un rango de presiones acústicas extremadamente amplio:
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Umbral de audición: La menor presión acústica detectable es de aproximadamente 20 µPa (micropascales), lo que equivale a 0 dB SPL.
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Umbral del dolor: La mayor presión acústica tolerable sin causar daño inmediato es de 20 Pa, equivalente a 120-130 dB SPL.
Este rango representa un cambio de presión de más de un millón de veces, lo que explica por qué la escala logarítmica (decibelios) es preferida para representar la presión acústica.
Relación entre presión acústica e intensidad sonora
La presión acústica está relacionada con la intensidad sonora (I), que es la cantidad de energía que transporta una onda sonora por unidad de área:
\(I = \frac{\rho^2}{pc}\)
- \(p\) es la presión acústica (Pa).
- \(\rho\) es la densidad del medio (Kg/m³).
- \(c\) es la velocidad del sonido en el medio (m/s).
Este vínculo demuestra que, aunque la presión acústica y la intensidad sonora están conectadas, miden aspectos diferentes de una onda sonora: la presión refleja las variaciones en el medio, mientras que la intensidad mide la energía transportada.
Factores que afectan la presión acústica
La presión acústica de un sonido depende de varios factores:
Fuente sonora
El tamaño, la potencia y la directividad de la fuente sonora son factores que determinan la presión acústica generada por la fuente.
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Tamaño de la fuente sonora: Las fuentes grandes, como un motor industrial o un altavoz grande, tienden a generar una mayor presión acústica porque pueden mover una mayor cantidad de aire o generar más energía acústica.
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Potencia de la fuente: Cuanto mayor sea la potencia de la fuente (por ejemplo, un amplificador potente o una máquina ruidosa), mayor será la presión acústica que se produce. Esto se debe a que la potencia está directamente relacionada con la energía sonora emitida por la fuente.
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Directividad: La forma en que el sonido se distribuye desde la fuente también afecta la presión acústica. Algunas fuentes son muy direccionales (como un altavoz de tweeter) y concentran la energía en una dirección específica, lo que aumenta la presión acústica en esa área. Otras fuentes, como los altavoces de radiación omnidireccional, dispersan el sonido en todas las direcciones, lo que reduce la concentración de presión acústica en cualquier punto.
Distancia a la fuente
La presión acústica disminuye con la distancia a la fuente sonora, siguiendo la ley de la inversa del cuadrado. Esto significa que, a medida que te alejas de la fuente, la energía del sonido se distribuye en un área más grande.
Si duplicas la distancia, la presión acústica se reduce a la mitad, lo que corresponde a una disminución de aproximadamente 6 dB SPL (nivel de presión sonora).
Medio de propagación
La densidad del medio tiene un gran impacto en cómo se propaga el sonido. Los medios más densos, como el agua, permiten que las ondas sonoras viajen más rápido y con mayor presión acústica debido a que las partículas están más compactas y son más eficientes al transferir la energía sonora. Por el contrario, en medios menos densos como el aire, las ondas se dispersan más rápidamente y la presión acústica disminuye.
Después de entender cómo la presión acústica influye en la intensidad del sonido, es hora de introducir el decibelio. Esta unidad nos permite medir de manera más práctica y comprensible los niveles de presión acústica, ayudándonos a cuantificar el volumen de los sonidos en una escala logarítmica.