Fundamentos de la Acústica: Amplitud Sonora y el Oído Humano
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Amplitud Sonora y Propiedades Físicas del Sonido
La amplitud se define como el máximo desplazamiento de una partícula en relación con su posición de reposo, o la máxima presión sonora. Este parámetro físico determina la intensidad física del sonido y se percibe subjetivamente como sonoridad o volumen.
La amplitud puede describirse como la "altura" de la onda sonora o la máxima presión sonora. La intensidad (o potencia) del sonido es directamente proporcional al cuadrado de su amplitud e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al foco emisor. Se mide en decibelios (dB).
Las ondas de presión son una forma de energía caracterizada por su intensidad y su potencia. La intensidad de sonido (I) se calcula como la potencia transportada por la onda por unidad de superficie:
I = W/S
Donde:
Wes la potencia (en vatios).Ses la superficie (en metros cuadrados).
La intensidad también es proporcional al cuadrado de la presión acústica y se relaciona mediante la siguiente expresión:
I = P² / (ρv)
Donde:
Pes la presión acústica (en pascales).ρ(rho) es la densidad del material (en kg/m³).ves la velocidad del sonido en el medio (en m/s).
El producto ρv se conoce como impedancia acústica, que indica la resistencia de un material al desplazamiento de la onda sonora.
Audición Humana y Psicoacústica: El Oído como Traductor
El oído humano actúa como un traductor, convirtiendo las ondas de presión sonora en señales nerviosas que son enviadas al cerebro para su interpretación.
El proceso auditivo comienza cuando el sonido llega a la concha del pabellón auricular, que concentra las ondas sonoras dentro del rango de audición humano (aproximadamente de 20 Hz a 20 kHz en jóvenes sanos).
A través del conducto auditivo externo, el sonido alcanza la membrana del tímpano, produciendo una vibración. Esta vibración se transmite por la cadena de huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo) hasta el oído interno.
El oído interno es una estructura compleja situada en el hueso temporal, constituida por un sistema de canales óseos rellenos de un líquido similar al líquido cefalorraquídeo humano (LCR). Dentro de esta estructura, el caracol es el órgano encargado de la conversión de la señal mecánica en señal nerviosa. Está formado por un tubo en espiral donde se alojan las terminaciones nerviosas, conocidas como órganos de Corti, responsables del proceso de transducción auditiva.
El Oído como Dispositivo Electroacústico de Precisión
Desde un punto de vista físico, el oído es un sofisticado dispositivo electroacústico que presenta mecanismos clave:
Adaptador de Impedancia: La cadena de huesecillos del oído medio actúa como un adaptador de impedancia. Al transmitir la presión de la membrana del tímpano a la membrana oval (entrada del caracol), la presión aumenta aproximadamente 22 veces en comparación con la del tímpano. Esto es crucial para una transmisión eficiente de la energía sonora del aire al líquido del oído interno.
Mecanismo de Protección Auditiva: El oído posee un mecanismo de protección contra presiones sonoras elevadas que podrían causar lesiones. Para ello, existen dos músculos: uno asociado al tímpano (músculo tensor del tímpano) y otro al estribo (músculo estapedio). Estos músculos se tensan automáticamente al detectar un sonido de gran intensidad, reduciendo la presión acústica hasta en 40 dB. Este mecanismo también contribuye a reducir el enmascaramiento producido por frecuencias inferiores a 1000 Hz en ambientes ruidosos, mejorando la discriminación de las frecuencias superiores (2000-5000 Hz), que son más características de la voz humana.