¿Qué es Nivel sonoro? — Física

Definición 21.9 Física de secundaria · Capítulo 21 — El sonido y la acústica

El oído abarca doce potencias de diez, así que las intensidades se dan en escala logarítmica. El nivel sonoro de $I$ es

L = 10 \log_{10}(I/I_0), \qquad I_0 = 1.0 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2},

en decibelios ( $\mathrm{dB}$ ): umbral de audición $0\,\mathrm{dB}$ , dolor cerca de $120\,\mathrm{dB}$ .

Una escalera de niveles cotidianos: cada escalón de 20\, dB es un salto de intensidad de cien veces; más allá de 85\, dB (zona roja) la exposición daña la audición. — Una escalera de niveles cotidianos: cada escalón de $20\,\mathrm{dB}$ es un salto de intensidad de cien veces; más allá de $85\,\mathrm{dB}$ (zona roja) la exposición daña la audición.

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Definición 7.5 Física universitaria — segundo año · Capítulo 7 — Ondas sonoras en los fluidos

El nivel sonoro de una onda de intensidad media $I$ vale

L = 10\log_{10}\frac I{I_0} \ \text{dB} , \qquad I_0 = 1 \times 10^{-12}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}

— el umbral de audición a $1\,\mathrm{kHz}$ , que corresponde en el aire a la amplitud de presión $p_0 \approx 2 \times 10^{-5}\,\mathrm{Pa}$ (eficaz) $= 2 \times 10^{-10}$ atmósferas. Duplicar la intensidad añade $3\,\mathrm{dB}$ ; multiplicarla por diez, $10\,\mathrm{dB}$ ; multiplicar por cien la amplitud de presión, $40\,\mathrm{dB}$ . Habitación silenciosa $30\,\mathrm{dB}$ , conversación $60\,\mathrm{dB}$ , calle con tráfico $80\,\mathrm{dB}$ , concierto de rock $110\,\mathrm{dB}$ , dolor $120\,\mathrm{dB}$ ( $I = 1\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ , $p_m = 29\,\mathrm{Pa}$ ).

A la izquierda, en una onda sonora plana progresiva la sobrepresión y la velocidad del fluido están en fase, y el desplazamiento se retrasa un cuarto de periodo. A la derecha, la escala de decibelios: cada escalón de 20\, dB multiplica la intensidad por cien y la amplitud de presión por diez. — A la izquierda, en una onda sonora plana progresiva la sobrepresión y la velocidad del fluido están en fase, y el desplazamiento se retrasa un cuarto de periodo. A la derecha, la escala de decibelios: cada escalón de $20\,\mathrm{dB}$ multiplica la intensidad por cien y la amplitud de presión por diez.

Ejemplos

Ejemplo 7.6 (Qué pequeño es un sonido)

En el umbral, a $1\,\mathrm{kHz}$ : $p_m = 2.8 \times 10^{-5}\,\mathrm{Pa}$ , $v_m = p_m/Z = 7 \times 10^{-8}\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$ , y la amplitud de desplazamiento $\xi_m = v_m/\omega = 1 \times 10^{-11}\,\mathrm{m}$ — una décima de diámetro atómico: el tímpano detecta movimientos menores que un átomo. A $120\,\mathrm{dB}$ , $\xi_m = 11\,\text{µ}\mathrm{m}$ , todavía invisible, y $p_m/P_0 = 3 \times 10^{-4}$ : incluso los sonidos más fuertes son perturbaciones minúsculas, y por eso funciona tan bien la teoría lineal.

Ejemplo 7.8 (Una sirena, una conversación)

Una sirena de $10\,\mathrm{W}$ : $I = 10/4\pi r^2$ , $0.8\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ a $1\,\mathrm{m}$ ( $119\,\mathrm{dB}$ , umbral de dolor), $79\,\mathrm{dB}$ a $100\,\mathrm{m}$ , $59\,\mathrm{dB}$ a $1\,\mathrm{km}$ — todavía audible sobre la ciudad. Una voz radia unos $10\,\text{µ}\mathrm{W}$ : $60\,\mathrm{dB}$ a $1\,\mathrm{m}$ y $40\,\mathrm{dB}$ a $10\,\mathrm{m}$ . El aire también absorbe sonido (más a alta frecuencia, unos decibelios por cada cien metros a $10\,\mathrm{kHz}$ ), y por eso el trueno lejano retumba grave.

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