Percepción y Medición de la Sonoridad: Conceptos Clave y Métodos

Percepción Sonora Humana y Medición de la Sonoridad

El oído humano es capaz de detectar variaciones de presión sonora en un rango muy amplio, desde los 2·10^-5 Pa (el umbral de audición) hasta los 20 Pa (el umbral de dolor). Para cuantificar esta percepción, se utiliza el Nivel de Presión Sonora (Lp), expresado en decibelios (dB). Valores inferiores a 20 dB son inusuales y a menudo inaudibles para muchas personas, mientras que niveles superiores a 80 dB son considerados peligrosos para la audición humana y pueden causar daños permanentes.

El Experimento de Fletcher y Munson y sus Implicaciones

En 1930, Fletcher y Munson realizaron un experimento fundamental para comprender la percepción del volumen. En su estudio, hacían escuchar a un sujeto un tono puro de 1000 Hz a un nivel de presión sonora determinado. A continuación, le presentaban un tono puro de otra frecuencia, cuyo nivel era ajustable. El sujeto debía ajustar este segundo tono hasta percibirlo con la misma sonoridad que el primero. Este proceso permitió trazar las curvas isofónicas, que representan los niveles de presión sonora a diferentes frecuencias que son percibidos con la misma sonoridad.

• La curva de umbral de audición se define a 0 fon.
• La curva de umbral de dolor se sitúa en 120 fon.

Inicialmente, se intentó desarrollar un instrumento que midiera directamente la sensación de sonoridad aplicando un filtro al medidor de nivel de presión sonora para compensar la respuesta del oído humano. Sin embargo, esta aproximación no fue completamente exitosa, ya que los resultados obtenidos eran válidos principalmente para tonos puros, mientras que los ruidos ambientales están compuestos por una gran cantidad de tonos de diferentes frecuencias.

Evolución de las Curvas Isofónicas: Fon y Son

Las curvas de Fletcher y Munson fueron posteriormente redeterminadas por Robinson y Dadson y normalizadas por la Organización Internacional de Normalización (ISO). Los contornos de estas curvas isofónicas dieron origen a una magnitud psicofísica denominada Nivel de Sonoridad (NS), expresado en fon. Es crucial entender que el fon no es una escala lineal, sino una medida de sensación subjetiva.

Para superar esta limitación, se realizaron nuevos experimentos comparando la audición de un tono escuchado monoauralmente y binauralmente. El resultado fue la obtención de una nueva magnitud, la sonoridad (S), expresada en son, la cual sí es una escala lineal. Esto significa que los valores en son pueden sumarse y restarse de manera significativa. Por encima de los 40 fon, la relación entre el nivel de sonoridad (NS) y la sonoridad (S) es aproximadamente lineal y se describe mediante la fórmula:

S = 10^((NS - 40) / 30)

Conociendo el nivel de sonoridad (NS), se puede calcular la sonoridad (S), lo que permite realizar operaciones aritméticas con ella.

Combinación de Sonoridades para Sonidos Complejos

Para sonidos espectralmente complejos, es necesario un procedimiento que permita combinar las sonoridades de sus componentes. Este procedimiento se basa en las siguientes propiedades:

1. Para sonidos de frecuencias distantes, se suman directamente las sonoridades (S).
2. Para sonidos de frecuencias próximas, se suman las intensidades (proporcionales a P_ef², donde P_ef es la presión efectiva), y a partir de esta suma se obtiene el nivel de presión sonora resultante.

El criterio para determinar si los tonos están próximos o distantes es si se encuentran dentro de una misma banda crítica. El método general para calcular la sonoridad total de un sonido complejo consiste en:

1. Dividir el espectro del sonido en bandas críticas.
2. Sumar las presiones cuadradas (intensidades) en cada banda crítica para obtener el nivel de presión sonora de esa banda.
3. Obtener el nivel de sonoridad (NS) y, a partir de este, la sonoridad (S) de cada banda.
4. Sumar las sonoridades (S) de todas las bandas para obtener la sonoridad total percibida.

Métodos Simplificados de Medición de Sonoridad: Stevens Mark VI

Existen métodos simplificados para llevar a cabo la medición de sonoridad. El más conocido y simple es el método de Stevens, denominado Mark VI. Este método requiere disponer del espectro de bandas de octava del sonido a analizar, utilizando las bandas centradas entre 31,5 Hz y 8000 Hz.

Mediante los contornos de Robinson-Dadson, se determina para cada banda de octava el nivel de sonoridad y, posteriormente, la sonoridad. Finalmente, la sonoridad total se calcula aplicando la siguiente fórmula:

S = 0.7 * Smax + 0.3 * ∑Si

Donde S_max es la sonoridad de la banda más sonora y ∑S_i es la suma de las sonoridades de las demás bandas. Este método ha sido normalizado por la Norma ISO 532, lo que garantiza su fiabilidad y comparabilidad internacional.