daniel maggiolo apuntes de acústica musical

SONORIDAD


La sonoridad es el atributo que nos permite ordenar sonidos en una escala del más fuerte al más débil.

La sonoridad (en inglés = "loudness") es un atributo vinculado a la intensidad del sonido. No obstante, como vimos cuando estudiamos el umbral de audibilidad, la sonoridad no depende sólo de la intensidad de un sonido, sino también de su frecuencia. Más allá de ello, la sonoridad depende también de otras variables, como pueden ser el ancho de banda, el contenido de frecuencias y la duración del sonido.


Nivel de sonoridad

Una forma práctica de abordar el problema de la sonoridad es medir el nivel de sonoridad, es decir, determinar cuándo un sonido es igual de fuerte que otro.

FIGURA 01

La figura es de B.J.C. Moore: An Introduction to the Psychology of hearing


Las curvas de igual sonoridad, establecidas por primera vez por Munson y Fletcher en 1930 (figura 02) y recalculadas posteriormente por Robinson y Dadson (figura 06), muestran la relación que debe existir entre las frecuencias e intensidades (o presión sonora) de dos sonidos senoidales para ser percibidos igual de fuertes, es decir, con la misma sonoridad.

Los sonidos senoidales contenidos a lo largo de cada curva tienen la misma sonoridad. Esta dependencia de la frecuencia estaría dada principalmente por las características de transferencia del oído externo y el medio. También debe notarse que a medida que aumenta el nivel de presión sonora las curvas se hacen más planas, es decir, la dependencia de la frecuencia es menor a medida que aumenta el nivel de presión sonora.

El nivel de sonoridad de un sonido cualquiera (complejo) se determina comparando su sonoridad con la de un sonido senoidal.

FIGURA 02


Para 1 kHz se ha definido que el nivel de presión sonora (en dB) corresponde al nivel de sonoridad (en fon = phon). Así 0 dB es igual a 0 fon y 120 dB es igual a 120 fon. Eso siempre para sonidos senoidales con frecuencias de 1 kHz. Obsérvese, por ejemplo, que un sonido senoidal con (aproximadamente) una frecuencia = 90 Hz y un nivel de intensidad = 40 dB sigue teniendo un nivel de sonoridad = 0 fon.

Las curvas mostradas son válidas para el campo sonoro directo. Nuestro sistema auditivo no es sensible por igual a sonidos provenientes de diferentes direcciones. Esa dependencia de la dirección depende, a su vez, también de la frecuencia. Es por eso que las curvas de igual sonoridad no serán iguales en el campo sonoro directo y en el campo sonoro difuso, es decir, en una situación -que es la más usual- en la que el sonido venga de todas direcciones.

La siguiente curva muestra la corrección necesaria para que un sonido senoidal tenga igual sonoridad en el campo sonoro directo y en el difuso, en dependencia de la frecuencia de dicho sonido senoidal.

FIGURA 04

La figura es de E. Zwicker, H. Fastl: Psychoacoustics. Facts and models


Estas curvas tienen consecuencias directas en la reproducción de sonidos, dado que el balance (de alguna manera tímbrico) interno de los mismos varía según la intensidad con la cual el sonido es reproducido. Si se disminuye el nivel general del sonido, las componentes de frecuencia graves y las más agudas desaparecerán primero, producto de la característica de respuesta de nuestro sistema auditivo.

FIGURA 05

La figura es de B. Truax: Handbook of Acoustic-Ecology


Estas curvas también fueron utilizadas para diseñar medidores de nivel de presión que respondan a las características de nuestro sistema auditivo, a partir de la introducción de filtros similares a la curva de respuesta de nuestro sistema auditivo. Se usan los filtros de ponderación con curvas A, B y C (que dan lugar a las escalas de decibeles dBA, dBB y dBC), donde las curvas A y luego la C son las más usadas.

FIGURA 06

La figura es de B.J.C. Moore: An Introduction to the Psychology of hearing


En la figura se puede observar que la curva A está basada de manera general en la curva de nivel de sonoridad de 30 fon, la curva B en la de 70 fon y la curva C a la de 100 fon. Esto indica que el tipo de curva a usar en una medición debe depender del nivel de presión del sonido mismo que se pretende medir. La utilización indiscriminada de un tipo de curva (generalmente la A) sin tener en cuenta el nivel del sonido medido no acerca la medición a nuestra realidad perceptiva.


Escala de sonoridad

Dado que la escala de fons mide el nivel de sonoridad (y, en tanto tal, está relacionada con una escala logarítmica) no es posible comparar los fons de dos sonidos para determinar cual es su relación real de sonoridad.

Se ha propuesto el sone como medida de la sonoridad. El sone está definido arbitrariamente como la sonoridad de un sonido senoidal de 1 kHz con un nivel de presión sonora (SPL) = 40 dB.

Los experimentos han sugerido que la sonoridad percibida es una función exponencial de la intensidad física:

Donde L = sonoridad, k = una constante que depende del sujeto del experimento y de las unidades usadas e I = intensidad. En una primera aproximación se puede afirmar que una duplicación de la sonoridad corresponde a un incremento de la intensidad en 10 dB.

FIGURA 07

La figura es de E. Zwicker, H. Fastl: Psychoacoustics. Facts and models


Esta relación es válida para sonidos con niveles de 40 dB o más, de manera que por ejemplo un sonido senoidal de 1 kHz con un SPL = 50 dB tendrá 2 sones, es decir, tendrá el doble de sonoridad que el mencionado anteriormente. Sin embargo, como se observa en la curva, para sonidos con niveles por debajo de los 40 dB la función planteada anteriormente no se cumple, y la sonoridad cambia más rápidamente con la variación de SPL.

FIGURA 08

La figura es de B.J.C. Moore: An Introduction to the Psychology of hearing


La figura muestra la relación existente entre la sonoridad en sones de un sonido senoidal de 1 kHz y el nivel de presión sonora del mismo - o, lo que es lo mismo en este caso, su nivel de sonoridad en fones.


Sonoridad y duración

Tanto los umbrales absolutos de los sonidos como la sonoridad dependen de la duración de los mismos.

Para sonidos más largos que 500 ms el umbral parece ser independiente de la duración. Para sonidos más cortos que los 200 ms la intensidad necesaria para detectar un sonido crece de manera inversamente proporcional a la duración del sonido.

Algunos experimentos han sugerido que el tiempo de integración del oído t disminuye con el aumento de la frecuencia, pero otros han mostrado que esto no es cierto.

La sonoridad de los sonidos de corta duración podría depender también de la energía total, pero los experimentos han mostrado resultados bastante variados como para extraer conclusiones definitivas.

Es bastante probable que el sistema auditivo integre en realidad la actividad neuronal, y no la energía misma del estímulo. Para sonidos de mayor duración, el sistema auditivo tendría simplemente mayor cantidad de oportunidades de detectar el estímulo.

Para duraciones de entre 15 - 150 ms el oído integraría la energía sonora a efectos de la detección del sonido, siendo la detectabilidad constante. Por consiguiente, podría decirse que el umbral dependería solamente de la cantidad total de energía contenida en el estímulo y no de la manera en la cual dicha energía está distribuida a lo largo del tiempo. No obstante, esto no es válido para duraciones mayores de los 150 ms o menores a los 15 ms.


Brillo y Sonoridad

FIGURA 09

La figura es de W. Stauder: Einführung in die Akustik


Banda Crítica y Sonoridad

En un sonido complejo, la sonoridad aumenta si sus componentes caen dentro de diferentes bandas críticas (suma de sonoridad).


Fatiga, daño, adaptación

Todos los sistemas sensitivos desminuyen su respuesta si son sometidos a estímulos suficientemente largos e intensos.


Fatiga

La fatiga auditiva es consecuencia de la exposición a un estímulo que excede ampliamente lo necesario para obtener una respuesta psicológica normal del sistema. Se mide luego de retirar el estímulo. Lo que se produce es un desplazamiento temporal del umbral.


Daño

La exposición a estímulos con magnitudes excesivas pueden producir daños permanentes en nuestro sistema auditivo.

Existe una relación entre la intensidad que podemos soportar y el tiempo al cual estemos expuestos a esa intensidad. Es seguro estar expuesto a niveles de SPL = 85 dB durante 8 horas al día. Pero si se duplica la intensidad (aumento de 3 dB) se debe llevar a la mitad el tiempo permitido de exposición.

FIGURA 10


En consecuencia, niveles de presión sonora mayores a 110 dB pueden producir daños permanentes muy rápidamente.

Experimentos han mostrado que existen evidencias que los sonidos "agradables" (por ejemplo, música) producen daños menos permanentes o que se necesitan mayores niveles de presión para producir el daño que cuando los sonidos no son "agradables" (por ejemplo, algún tipo de ruido).


Adaptación

La adaptación auditiva tiene que ver con la disminución de la respuesta del sistema ante un estímulo de carácter estacionario. Esta alcanzaría finalmente también un valor estacionario. Por ejemplo, la sonoridad de un sonido estacionario disminuye a medida que transcurre el tiempo. (De hecho el estímulo puede dejar de percibirse.)

La adaptación parece producirse reducidamente para sonidos con niveles de presión altos (SPL = 50 - 90 dB) y aparece más claramente en sonidos de altas frecuencias. No obstante, existen diferencias significativas en los resultados obtenidos en los experimentos con diversos sujetos, como para extraer conclusiones definitivas.




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