Frecuencias y decibelios

Los sonidos que oímos son el resultado de la vibración mecánica del aire que nos rodea. Esta vibración se propaga por el aire en forma de ondas longitudinales. Los seres humanos, al igual que muchos animales, sienten esta vibración a través del sentido del oído, que se encuentra en el mismo.
La acústica es la ciencia que estudia los sonidos, y los dos principales parámetros utilizados para describirlos son las frecuencias y los decibelios.

Altura del sonido: la frecuencia.

Comprobemos el caso de un sonido “puro” o simple, es decir, formado por una sola frecuencia.
La representación gráfica de la onda sonora muestra una sinusoide que evoluciona con el tiempo a ambos lados de la línea de intensidad 0.
El tiempo transcurrido entre el inicio y el final de un ciclo se denomina periodo.
La frecuencia se define como el número de períodos por segundo, expresado en Hertz (Hz). Así, por ejemplo, 100 ciclos por segundo = 100 Hz.
El punto más alto de la curva da la intensidad máxima, en este caso el volumen del sonido expresado en decibelios (dB).
Los sonidos que escuchamos a diario son complejos porque están formados por la suma de muchas frecuencias, cada una de las cuales tiene su propia intensidad.
Es posible descomponer un sonido complejo en el conjunto de frecuencias simples que lo componen mediante un proceso matemático llamado Transformada de Fourier.

Clasificación de las frecuencias:

Según su frecuencia, los sonidos se clasifican en varias categorías:
Por debajo de 120 Hz: baja frecuencia.
De 120 a 4000 Hz: frecuencias medias.
De 4000 a 25000 Hz: agudos.
Por encima de 25000 Hz: ultrasónico.

¿Y el oído humano?

Si en teoría el oído humano se supone que percibe frecuencias entre 20 Hz y 20 000 Hz, en la realidad el experimento muestra que hay grandes diferencias entre los individuos.
Cuando la edad aumenta, la percepción de las frecuencias agudas disminuye, hablamos de envejecimiento del oído.
Pero incluso para un oído joven, la frecuencia máxima audible es variable, entre 8.000 y más de 20.000 Hz.
La estandarización de los aparatos de alta fidelidad ha optado por limitarse a un ancho de banda estándar de 20 a 20 000 Hz.
Algunos animales tienen una capacidad auditiva muy superior a la de los humanos. Los perros, por ejemplo, perciben los ultrasonidos hasta unos 45.000 Hz.

Más información sobre el oído humano aquí.

Notas musicales, octava y semitonos

Tomemos el ejemplo de la nota A4, que corresponde a una frecuencia de 440 Hz.
La escala musical define una relación matemática entre las frecuencias. Así, la A3 corresponde a 220 Hz (440/ 2) y la A5 a 880 Hz (440 * 2). Esta diferencia entre dos notas A consecutivas se llama octava.
Una octava se divide en 12 semitonos, que corresponden a las teclas blancas y negras del piano.

Frecuencia fundamental y armónica.

Tomemos una nota única tocada en el teclado de un piano.
Elijamos la tecla A4, que corresponde a una frecuencia de 440 Hz. Esta frecuencia se llama la fundamental de la nota.
Una nota tocada en un instrumento, como en este caso el A4, es compleja y está compuesta por muchas frecuencias que se combinan para dar el sonido que escuchamos.
Los múltiplos enteros de la fundamental se llaman armónicos. En nuestro ejemplo, 880 Hz, 1320 Hz, 2200 Hz son armónicos de la nota A4.
Es la suma de la fundamental y de las frecuencias armónicas añadidas lo que produce el sonido característico del piano, llamado timbre.
Cada instrumento tiene su propio timbre.

Volumen del sonido: el Decibelio

El decibelio (dB) es la unidad utilizada para medir el volumen de un sonido, que corresponde a la amplitud de nuestra onda pura vista arriba.
Adoptada en los años 20 en Estados Unidos, esta unidad debe su nombre a los Laboratorios Bell y a su fundador.
La escala es logarítmica, lo que significa concretamente que cuando la potencia del sonido se multiplica por 2, el nivel aumenta en 3 dB.
Cuando la potencia sonora se multiplica por 10, el nivel aumenta en 10 dB.
Por ejemplo, un sonido medido a 43 dB se percibirá como el doble de fuerte que el mismo sonido medido a 40 dB.
Otro ejemplo: dos ruidos distintos sumados, de un volumen de 50 dB cada uno, darán juntos 53 dB y no 100.

El dB se obtiene mediante un cálculo matemático relativamente complejo, y también está disponible en varias versiones:
– El dB es un nivel sonoro “teórico” que sólo tiene sentido a una frecuencia determinada.
– El dBA se pondera para tener en cuenta las peculiaridades del oído humano. En efecto, el oído humano es más sensible a las frecuencias altas que a las bajas. El dB(A) representa mejor el nivel sonoro global realmente percibido por el oído.
– El dB FS (Full Scale) se utiliza en el audio digital. Para simplificar las cosas, tiene dos versiones.
– El dB HL (Hearing Level) está especialmente adaptado a la definición de las curvas de audiograma estándar.
– Existen otras variantes, que se utilizan en función de los ámbitos de aplicación.

Audiometría y prueba de audiometría

La audiometría es un sector que pertenece al campo de la audiología. Esta ciencia reúne todos los métodos, técnicas y medios necesarios para medir el estado funcional de las vías auditivas.
Para determinar los límites de la percepción del oído, es necesario realizar una prueba audiométrica. Esta prueba determina qué frecuencias (en herz) oímos y por debajo de qué intensidad (en dB) dejamos de percibirlas.
Por tanto, permite cuantificar la pérdida de audición.

Para realizar la prueba, se utiliza un audiómetro que genera frecuencias a diferentes intensidades. Para una frecuencia determinada, el operador disminuye gradualmente la intensidad hasta que ya no se oye nada. Esto determina su umbral de audición para la frecuencia, que estará representado por un punto en el audiograma.
El resultado obtenido para todas las frecuencias probadas es la curva audiométrica o audiograma.
El audiograma es, por tanto, una representación gráfica de su capacidad auditiva.
La prueba se realiza por separado para cada oído
La prueba audiométrica descuida los extremos de la banda de frecuencias, limitándose a probar la banda entre 125 y 8000 Hz.

Los diferentes niveles de pérdida auditiva

– Pérdida auditiva leve: pérdida de 20 a 40 dB:
incapacidad para oír sonidos débiles, dificultad para entender en entornos ruidosos.
– Pérdida auditiva media – 40-70 dB:
incapacidad para oír sonidos débiles y moderadamente fuertes, gran dificultad para entender el habla, especialmente en ambientes ruidosos.
– Pérdida auditiva severa – 70-90 dB:
Necesidad de un audífono, aunque algunos sonidos fuertes sigan siendo audibles.
– Pérdida auditiva profunda – 90 dB o más.