Percepción Auditiva, Umbrales y el Fonio

Si bien el decibelio SPL es una medida objetiva de la presión sonora, nuestra percepción de la sonoridad es subjetiva y varía con la frecuencia y el nivel. Los siguientes conceptos exploran esta relación entre la medida física y la experiencia auditiva humana.

1. Umbral de Audición

Definición: El umbral de audición se define como el nivel de presión sonora (SPL) mínimo que es capaz de producir una sensación auditiva en la mayoría de las personas. Es la presión sonora más baja que el oído humano promedio puede detectar en condiciones ideales (generalmente en un entorno silencioso y para frecuencias dentro del rango más sensible del oído).

Valor de Referencia: Históricamente, se ha establecido un valor de referencia para el umbral de audición de 0.0002 microbar.

• Relación con Pascales: Dado que 1 bar = 10⁵ Pa, 1 microbar = 10⁻¹ Pa = 0.1Pa. Por lo tanto, 0.0002 microbar = 0.0002×0.1Pa = 20 × 10⁻⁶ Pa = 20 μPa.

• Nivel en dB SPL: Utilizando la fórmula del SPL, con p = 20 × 10⁻⁶ Pa y p0 = 20 × 10⁻⁶ Pa:
  
  
  Por lo tanto, el umbral de audición se corresponde con 0 dB SPL.

Sensibilidad del Oído: La sensibilidad del oído humano es notable. Si fuera aún más sensible, el movimiento térmico aleatorio de las moléculas del aire podría ser audible, lo que impondría un límite físico al silencio que podríamos percibir.

Definición Estadística: El umbral de audición se define estadísticamente como el SPL para una frecuencia específica al cual una persona promedio puede oír el sonido el 50% de las veces que se presenta. Esto tiene en cuenta la variabilidad individual en la sensibilidad auditiva.

2. Umbral del Dolor

• Definición: El umbral del dolor es el nivel de presión sonora (SPL) a partir del cual la exposición al sonido comienza a causar una sensación física de dolor o malestar en el oído humano.

• Nivel Típico: Se sitúa alrededor de 140 dB SPL en el rango de frecuencias entre 200 Hz y 10 kHz, que es donde el oído humano es más sensible. Este nivel representa una presión sonora significativamente mayor que el umbral de audición.

• Implicaciones: La exposición a niveles de sonido cercanos o superiores al umbral del dolor puede causar daño auditivo, que puede ser temporal o permanente, dependiendo de la intensidad y la duración de la exposición.

3. Umbral de Sensación (o de Molestia)

• Definición: El umbral de sensación (también conocido como umbral de molestia o de incomodidad) es el nivel de presión sonora (SPL) al cual el sonido se vuelve desagradable, molesto o incómodo para el oyente, aunque aún no cause dolor físico.

• Nivel Típico: Se encuentra alrededor de 118 dB SPL en el rango de frecuencias entre 200 Hz y 10 kHz. Este nivel está significativamente por debajo del umbral del dolor, pero ya indica un sonido que podría ser perjudicial con una exposición prolongada.

4. El Fonio (Phon): Unidad de Nivel de Volumen

• Definición: El fonio es la unidad psicofísica del nivel de volumen o sonoridad subjetiva. Su objetivo es cuantificar cómo de fuerte percibimos un sonido, teniendo en cuenta que la sensibilidad del oído varía con la frecuencia.

• Referencia: Por definición, el nivel de volumen en fonios de un sonido es numéricamente igual al nivel de presión sonora en dB SPL de un tono puro de 1 kHz que se percibe como igual de fuerte.

• Relación con dB SPL y las Curvas de Fletcher-Munson: A frecuencias distintas de 1 kHz, el número de fonios de un sonido se determina comparando su sonoridad percibida con la sonoridad de un tono de referencia de 1 kHz a diferentes niveles de SPL. Esta relación está definida por las Curvas de Igual Sonoridad, también conocidas como Curvas de Fletcher-Munson.

• Ejemplo: Un sonido que se percibe tan fuerte como un tono de 1 kHz a 40 dB SPL tiene un nivel de volumen de 40 fonios, independientemente de su frecuencia real. Sin embargo, para producir una sonoridad de 40 fonios a 10 kHz, se requiere un nivel de presión sonora de aproximadamente 52 dB SPL, ya que el oído es menos sensible a las altas frecuencias a niveles bajos.

5. Las Curvas de Igual Sonoridad (Curvas de Fletcher-Munson)

Importancia: Estas curvas son fundamentales para comprender cómo percibimos la sonoridad en función de la frecuencia y el nivel de presión sonora. Demuestran que la sensibilidad del oído humano no es uniforme en todo el espectro audible.

Figura 1. Curvas de Fletcher-Munson

Interpretación de la Figura 1 (Curvas de Fletcher-Munson):

• Eje Horizontal: Representa la frecuencia del sonido (en Hz) en escala logarítmica.

• Eje Vertical: Representa el nivel de presión sonora (en dB SPL).

• Curvas: Cada curva conecta puntos de igual sonoridad percibida. Cada curva está etiquetada con un valor en fonios.

• 1 kHz como Referencia: Como señalaste, en la frecuencia de 1 kHz, el valor en fonios de una curva coincide directamente con el valor en dB SPL del eje vertical.

• Variación con la Frecuencia: Para cualquier nivel de sonoridad (fonios), se requieren diferentes niveles de SPL a diferentes frecuencias para producir esa misma sensación de sonoridad. Por ejemplo, para alcanzar una sonoridad de 100 fonios:

1. A 1 kHz, se necesitan 100 dB SPL.
2. Alrededor de 4 kHz (zona de mayor sensibilidad), se necesitan aproximadamente 88 dB SPL.
3. A frecuencias bajas (como 50 Hz) y altas (como 17 kHz), se requieren niveles de SPL significativamente mayores (alrededor de 110 dB SPL) para producir la misma sonoridad de 100 fonios.

Variación con el Nivel: La forma de las curvas cambia con el nivel de sonoridad. A niveles bajos, la sensibilidad del oído es mucho más dependiente de la frecuencia que a niveles altos. Esto significa que a volúmenes bajos, perdemos más las frecuencias bajas y altas en comparación con las frecuencias medias.

Conclusión sobre la Percepción y las Medidas

Es crucial distinguir entre las medidas físicas objetivas del sonido (como el SPL en dB) y la percepción subjetiva de la sonoridad (medida en fonios). Las Curvas de Fletcher-Munson ilustran claramente que un mismo nivel de sonoridad (en fonios) a diferentes frecuencias se corresponde con distintos niveles de intensidad (o presión sonora en dB SPL). Por lo tanto, sería incorrecto equiparar directamente el nivel de sonoridad con el nivel de intensidad o el nivel de presión sonora sin considerar la frecuencia del sonido.

Si se reduce la intensidad de una señal de baja frecuencia (como 200 Hz) que tiene un nivel de volumen de 60 fonios a la mitad, la sonoridad percibida disminuirá en una proporción que no es lineal. La relación directa entre sonoridad e intensidad (o presión sonora) solo se mantiene para un tono de referencia de 1 kHz, que es la base de la escala del fonio.