Introducción a la Acústica: Conceptos de Ruido y Sonido

Ruido: Es un sonido desagradable que interfiere con la actividad humana.

Sonido: Variaciones de presión sobre la presión atmosférica que se producen como consecuencia de una vibración mecánica y se propagan en un medio elástico, pudiendo ser detectadas por un receptor, como el oído humano.

Propagación y Recepción del Sonido

Propagación

Las partículas de aire próximas al punto en que se generan las vibraciones experimentan pequeños desplazamientos desde su punto de reposo, dando lugar a variaciones de presión atmosférica, apareciendo en un determinado momento una ligera sobrepresión seguida de una depresión inmediatamente después. Estas variaciones de presión se transmiten a las siguientes capas de aire y así sucesivamente.

Recepción

El sonido se propaga a través del aire llegando en su desplazamiento a alcanzar a los distintos receptores (oído humano).

Características de las Ondas Acústicas

Ondas acústicas: Las variaciones de presión se transmiten en forma de ondas acústicas, siendo su característica más importante su velocidad de propagación, que está en función de la densidad y elasticidad. Para una fuente de sonido determinada, la propagación tiende a ser esférica u omnidireccional si el sonido que se emite es de baja frecuencia, y plana o direccional cuando es de alta frecuencia.

• Frecuencia: Número de variaciones de presión que tienen lugar en un segundo, medido en Hercios (Hz).
• Rango de frecuencias audibles: El rango de frecuencias que el oído humano es capaz de detectar está comprendido entre 20 y 20,000 Hz.
  • Inferior a 20 Hz: Vibración (Infrasonidos).
  • Superior a 20,000 Hz: Ultrasonidos.
• Periodo: Tiempo completo que corresponde a un ciclo completo de la onda sonora (segundos).
• Longitud de onda (λ): Distancia que recorre un frente de ondas en un periodo completo de oscilación.
• Intensidad acústica: Cantidad de energía que en la unidad de tiempo atraviesa una unidad de superficie situada perpendicularmente a la dirección de propagación de las ondas sonoras. Hace que el sonido se oiga fuerte o débil. A medida que una onda sonora se va alejando de su fuente, la intensidad disminuye hasta hacerse imperceptible.

Cualidades del Sonido

Las cualidades principales que definen la percepción sonora son:

• Intensidad: Dependiendo de la vibración de un foco sonoro, así será la amplitud. La intensidad es proporcional al cuadrado de dicha amplitud y los sonidos se pueden clasificar en fuertes y débiles.
• Tono: Cualidad mediante la cual distinguimos los sonidos en graves y agudos.
  • Sensación sonora aguda: Sonidos producidos por focos sonoros que vibran a frecuencias elevadas.
  • Sensación sonora grave: Sonidos producidos a frecuencias bajas.
• Timbre: Cualidad mediante la cual podemos distinguir dos sonidos de igual intensidad e idéntico tono que han sido emitidos por focos sonoros diferentes.

Presión Acústica y Leyes de Percepción

Presión acústica: Variación instantánea de presión sobre la presión atmosférica que se produce como consecuencia de una perturbación acústica.

• Presiones acústicas audibles: Son aquellas que el oído humano es capaz de percibir. El rango de presión acústica audible es enormemente grande.
• Tono puro: Un sonido es un tono puro cuando solamente tiene una frecuencia.

Ley de Weber y Fechner

Para que la sensación que el sonido produce en el hombre siga una progresión aritmética, es necesario que el estímulo que se aplica siga una progresión geométrica. La conclusión de la ley es que el oído humano tiene aproximadamente una respuesta logarítmica frente a los estímulos que recibe.

Decibelio (dB): Se define el número de decibelios como diez veces el logaritmo decimal del cociente de dos medidas de potencia, una de las cuales se toma de referencia.

Espectros y Análisis de Frecuencias

Espectro de frecuencias: La mayoría de los sonidos no son puros, sino que tienen una estructura más compleja compuesta por varias frecuencias.

Espectro continuo: En conversaciones y ruidos, lo normal es que estos sonidos estén formados por la mayor parte del rango de las frecuencias audibles. Su gráfico cubrirá el espectro continuo de frecuencias.

Análisis de frecuencias y Bandas de Octava

Es necesario conocer cómo se distribuye la energía acústica entre las diferentes frecuencias. Las bandas más usadas son las de octava.

• Bandas de octavas: El conjunto de frecuencias que forma una banda queda definida por dos frecuencias: una inferior y otra superior. En el caso de las bandas de octavas, estas dos frecuencias se eligen de forma que la superior sea el doble que la inferior. La frecuencia central de la banda es la media geométrica de las frecuencias superior e inferior.

Sensación Sonora y Ponderación

La percepción de los sonidos depende de factores físicos como son el Nivel de Presión Acústica (NPA) y la frecuencia, pero también de la forma en que el oído humano actúa como receptor de los mismos. La respuesta del oído humano no es lineal; sonidos de igual NPA pero de distinta frecuencia producen una sensación diferente.

Curvas de igual sensación sonora y escalas de ponderación

• Escala A: Pensada como una atenuación similar al oído humano cuando soporta niveles de presión sonora bajos a las distintas frecuencias, o dicho de otra forma, cuando se aproxima a las curvas de igual intensidad para bajos NPA.
• Escala B: Representa la atenuación para niveles intermedios.
• Escala C: Representa la atenuación para niveles altos.
• Escala D: Pensada para muy altos NPA, por encima de los 120 dB, como el ruido producido por reactores.

Tipos de Ruido

• Estable: De banda ancha y nivel prácticamente constante que presenta fluctuaciones de ± 5 dB durante el periodo de observación.
• Intermitente fijo: En el que se producen ondas bruscas hasta el nivel ambiental de forma intermitente, volviendo a alcanzar el nivel superior fijo. El nivel superior debe mantenerse durante más de 1 segundo antes de producirse una nueva caída de nivel ambiental.
• Intermitente variable: Está constituido por una sucesión de distintos niveles de ruidos estables.
• Fluctuante: Durante la observación, este ruido varía continuamente sin apreciarse estabilidad.
• De impulso/impacto: Se caracteriza por una elevación brusca de ruido en un tiempo inferior a 35 milisegundos. El tiempo transcurrido entre crestas ha de ser igual o superior a un segundo. El ruido de impulso/impacto puede darse interrelacionado con los otros tipos, encontrando así: ruido estable-impulsivo, fluctuante-impulsivo o intermitente-impulsivo.