Nivel de presión sonora (SPL)

El nivel de presión sonora (SPL), expresado en decibelios (dB), se usa comúnmente en acústica. Se puede medir en el aire con un micrófono y en el agua con un hidrófono.

Debe saber

Definición de nivel de presión sonora (SPL)

El nivel de presión sonora es una medida logarítmica de la presión efectiva de un sonido relativa a un valor de referencia, definido en dB (decibelios). La presión de sonido de referencia comúnmente utilizada en el aire es de 20 μPa, que a menudo se considera el umbral de la audición humana. El límite inferior de audibilidad se define como un SPL de 0 dB. La mayor variación de presión que puede tener una onda de sonido no distorsionada en la atmósfera terrestre es de 1 atm (194 dB pico o 191 dB SPL).

¿Qué es una presión sonora?

La presión del sonido es la desviación local de la presión atmosférica ambiental causada por una onda de sonido. Se puede medir en el aire con un micrófono y en el agua con un hidrófono. La presión del sonido se mide en pascales (Pa). La definición matemática de presión sonora es la presión total, que es igual a la presión estática más la presión dinámica. La variable complementaria a la presión del sonido en una onda de sonido es la velocidad de la partícula, que en conjunto determina la intensidad del sonido de la onda.

sound pressure level

Las mediciones de SPL pueden indicar el potencial de daño auditivo. La exposición a niveles de presión sonora superiores a 85 dB durante períodos prolongados puede causar daños auditivos, mientras que la exposición a niveles superiores a 120 dB puede causar daños auditivos inmediatos y permanentes. Por lo tanto, es esencial medir los niveles de SPL y tomar las medidas adecuadas para protegerse de la exposición a ruidos fuertes, como usar tapones para los oídos u orejeras.

La frecuencia del sonido afecta las mediciones de SPL, ya que el oído humano tiene diferentes sensibilidades a diferentes frecuencias. Por lo tanto, los medidores de nivel de sonido usan filtros de ponderación de frecuencia, como los filtros de ponderación A, B y C, para ajustar las mediciones de SPL para que coincidan con la sensibilidad del oído humano a diferentes frecuencias. Los filtros de ponderación A se utilizan comúnmente para medir el ruido ambiental, ya que se adaptan mejor a la sensibilidad del oído humano a los sonidos de frecuencia media. Los filtros ponderados B enfatizan las frecuencias más altas, mientras que los filtros ponderados C enfatizan las frecuencias más bajas.

Cálculo de Nivel de presión sonora (SPL)

Para calcular el SPL, toma la relación entre la presión del sonido y el nivel de referencia de la presión del sonido y luego toma el logaritmo (base 10) de esa relación y luego la multiplica por 20. Esto le da el SPL en decibelios (dB).

Por ejemplo, si la presión del sonido es de 20 µPa, entonces la relación entre la presión del sonido RMS y el nivel de referencia de la presión del sonido es 20/20 = 1. Si se toma el logaritmo (base 10) de esta relación, se obtiene 0 y se multiplica por 20 te da un SPL de 0 dB. Este es el SPL más bajo posible, que corresponde al umbral de audición.

Por otro lado, si la presión del sonido es de 200 µPa, entonces la relación entre la presión del sonido RMS y el nivel de referencia de la presión del sonido es 200/20 = 10. Tomando el logaritmo (base 10) de esta relación se obtiene 1, y multiplicando por 20 te da un SPL de 20 dB. Esto es mucho más alto que el umbral de audición, pero todavía relativamente silencioso.

A medida que aumenta la presión del sonido, también lo hace el SPL. A un SPL de 120 dB, se considera que el sonido está en el umbral del dolor, y cualquier sonido más alto que este puede causar daño auditivo permanente.

Al medir la presión del sonido en Pa, agregar 20 dB al nivel de dB equivale a multiplicar la presión del sonido por 10. Por ejemplo, 200 µPa corresponden a 20 dB (re 20 µPa), mientras que 2000 µPa corresponden a 40 dB.

¿Cuál es el valor de referencia para Nivel de Presión Sonora (SPL)?

El valor de referencia para SPL (Nivel de Presión Sonora) es el nivel mínimo de presión sonora que puede ser percibido por el oído humano, que es igual a 0 dB SPL. Esto corresponde a una presión sonora de 20 µPa (micro Pascales), que también se conoce como umbral de audición. El valor de referencia se utiliza para calcular la diferencia en los niveles de presión acústica entre la presión acústica medida y la presión acústica mínima audible. Los niveles de presión sonora se expresan en dB SPL, que es una medida logarítmica del nivel de presión sonora en relación con el valor de referencia.

Fórmula del nivel de presión acústica según las normas ISO

ISO 1999 define el nivel de presión sonora (Lp) mediante la siguiente fórmula:

Lp=10lg (p/p0)2

donde, p es la presión sonora en pascales, y la presión sonora de referencia p0 es 20 μPa, de acuerdo con la norma ISO 1683.

El nivel de presión sonora ponderado A LpA

LpA=10lg (pA/p0)2

donde, pA es la presión sonora ponderada A en pascales.

¿Cómo perciben los humanos los cambios en la presión del sonido?

Los seres humanos perciben los niveles de presión sonora en una escala logarítmica de decibelios, que se relaciona con la presión sonora más baja que puede oír el ser humano de aproximadamente 20 μPa (20 micropascales), también conocida como 0 dB. El nivel de presión de sonido más bajo que los humanos pueden escuchar se produce normalmente entre 3000 y 4000 Hz. Una presión de sonido de aproximadamente 60 Pa puede causar dolor en un oído humano normal.

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Pascal a dB Nivel de Presión Sonora (SPL)

Debido a los grandes cambios en la amplitud de la presión del sonido, se utiliza el nivel de presión del sonido en decibelios (Lp) en lugar de unidades Pascales. Utilizando la fórmula Lp=10lg (p/p0)2, donde p es la presión sonora en pascales y p0 es la presión sonora de referencia de 20 μPa. Esta fórmula expresa el nivel de presión acústica como una función logarítmica de la relación entre la presión acústica y la presión de referencia. Duplicar la presión sonora en pascales aumenta el nivel de presión sonora en decibelios en 6 dB.

En la escala de decibelios, los sonidos audibles van desde 0 dB, el umbral de la audición, hasta más de 130 dB, el umbral del dolor. Aunque duplicar la presión del sonido corresponde a un aumento de 6 dB, se necesitan alrededor de 10 dB de aumento para que el sonido parezca subjetivamente el doble de fuerte. El cambio más pequeño que los humanos pueden escuchar es de unos 3 dB.

El nivel de presión sonora (SPL) se puede describir subjetivamente en función de la escala de decibelios (dB). Un rango de 0 a 40 dB se considera silencioso a muy silencioso, mientras que 60 a 80 dB generalmente se describe como ruidoso. Un nivel de presión sonora de 100 dB se percibe como muy ruidoso, mientras que cualquier valor superior a 120 dB es intolerable.

¿Cómo escuchan los humanos en diferentes frecuencias?

La sensibilidad del oído humano a diferentes frecuencias no es igual, siendo el rango más sensible entre 2 kHz y 5 kHz. Esto significa que el volumen subjetivo de un sonido no está determinado únicamente por su nivel de presión sonora, sino también por otros factores complejos. Además, esta diferencia en la sensibilidad de frecuencia es más pronunciada a niveles bajos de presión sonora que a niveles altos. Los contornos de igual volumen en la figura muestran el nivel de presión de sonido requerido en cualquier frecuencia para dar el mismo volumen aparente que un tono de 1 kHz. Por ejemplo, un tono de 50 Hz debe ser 15 dB más alto que un tono de 1 kHz a un nivel de 70 dB para tener el mismo volumen subjetivo.

Los sonidos de impulso, por otro lado, plantean un desafío al evaluar el volumen. Un sonido de impulso es un sonido que dura menos de un segundo. El oído es menos sensible para percibir el volumen de tales sonidos debido a su corta duración. Por ejemplo, los ruidos de máquina de escribir y martillazos son ejemplos de sonidos de impulso. Los investigadores generalmente están de acuerdo en que los sonidos de menos de 70 milisegundos tienen un volumen percibido más bajo que los sonidos de mayor duración con el mismo nivel de presión sonora.

Ejemplos de nivel de presión acústica (SPL)

El nivel de presión sonora de algunas fuentes puede variar según la distancia entre la fuente y el oyente. Los valores de esta tabla se proporcionan como una guía general:

OrigenNivel de Presión Sonora (dB)
Umbral de audición0
Hojas susurrantes20
Susurro silencioso (1 m)30
Oficina tranquila40
Conversación normal a 1 m60
Dentro de un coche65-80
Canto fuerte70
Aspirador (3m)75
Autobuses, camiones diésel, motocicletas (15 m)80
Martillo neumático (15 m)90
Metro (interior)94
Cortacésped (1 m)107
Ensordecedor, límite de dolor humano120
Avión a reacción (30 m)130
Umbral de dolor140
Despegue de aviones militares (30 m)150
Grandes armas militares180
Sound measurement scale

Descarga la tabla de niveles de decibelios

¿Cómo se mide el SPL?

El nivel de presión de sonido SPL se mide normalmente con un medidor de nivel de sonido. El medidor de nivel de sonido incluye un micrófono, una sección de procesamiento y una pantalla.

Las ondas de presión sonora ponen en movimiento la membrana de un micrófono, que el sonómetro convierte en señales eléctricas. A continuación, el SLM convierte las señales eléctricas en señales digitales para que puedan mostrarse en forma de decibelios.

Para calcular el nivel de presión acústica con ponderación A (LpA), el SLM utiliza filtros de ponderación de frecuencia que ajustan la lectura de la presión acústica para que coincida con la sensibilidad del oído humano a las diferentes frecuencias. El filtro de ponderación A pone más peso en las frecuencias que los humanos pueden escuchar mejor.

El SLM también puede integrar la presión del sonido a lo largo del tiempo en forma de nivel de sonido continuo equivalente (Leq), que es la energía promedio del sonido durante un cierto período de tiempo.

spl measurement

SPL rápido y lento

Al medir el sonido, es importante capturar con precisión las variaciones en el nivel de presión del sonido, que pueden fluctuar rápidamente. Históricamente, los medidores de nivel de sonido analógicos no podían mantenerse al día con estas fluctuaciones, lo que generaba lecturas erráticas. Para solucionar este problema, se estandarizaron dos características de respuesta del detector: rápida (F) y lenta (S).

La respuesta rápida del detector tiene una constante de tiempo de 125 milisegundos, lo que permite una respuesta de pantalla de reacción rápida que puede medir con precisión niveles de sonido que no fluctúan demasiado rápido. Por otro lado, la respuesta lenta del detector tiene una constante de tiempo de 1 segundo, lo que da una respuesta más lenta que ayuda a promediar las fluctuaciones de la pantalla en un medidor analógico.

Los medidores de nivel de sonido modernos con pantallas digitales resuelven el problema de las pantallas fluctuantes. Sin embargo, todavía usan detectores rápidos y lentos, ya que a menudo están dictados por el estándar en el que se basarán las mediciones.

La ponderación temporal lenta se usa comúnmente para medir los niveles de sonido en los lugares de trabajo, la ponderación temporal rápida se usa en el monitoreo del ruido ambiental. La ponderación de tiempo de impulso se utiliza para medir el ruido impulsivo, como el de maquinaria, disparos o explosiones, porque captura el nivel máximo del sonido.

¿Qué son las ponderaciones A, C, Z?

Las ponderaciones A, C y Z son ponderaciones de frecuencia utilizadas en medidores de nivel de sonido para ajustar el nivel de presión de sonido medido (SPL) para que coincida mejor con la percepción humana del sonido.

La curva de ponderación A muestra cómo reacciona el oído humano a diferentes niveles de presión sonora y, a menudo, se utiliza para medir el ruido en el entorno y en la industria. La curva de ponderación A atenúa los niveles de presión sonora de baja y alta frecuencia, dando más peso a las frecuencias entre 500 Hz y 10 kHz, donde el oído humano es más sensible.

La curva de ponderación C mide el nivel de presión sonora general en todas las frecuencias sin atenuación. Se utiliza para medir el sonido en entornos de alto nivel de ruido, como conciertos de rock o pistas de aeropuerto.

La curva de ponderación Z también se conoce como ponderación «lineal» o «plana» y no aplica ninguna ponderación de frecuencia a la medición SPL. Mide el nivel de presión sonora en todas las frecuencias y se utiliza para mediciones científicas o instrumentos de calibración.

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LAS y LAF

LAF y LAS son niveles de presión de sonido ponderados que se usan comúnmente en los estándares acústicos modernos, como IEC 61672. LAF significa «nivel de sonido ponderado A, ponderación de tiempo rápido», que es una medida del nivel de presión de sonido que se ajusta para tener en cuenta la sensibilidad del oído humano a diferentes frecuencias. LAS significa «nivel de sonido con ponderación A, ponderación temporal rápida», que es similar a LAF pero utiliza una ponderación temporal lenta. Tanto LAF como LAS se usan comúnmente en mediciones de exposición al ruido ocupacional y evaluaciones de ruido ambiental. En general, la relación entre SPL, LAF y LAS es que LAF y LAS son dos formas diferentes de medir SPL, utilizando ponderaciones de frecuencia ponderadas A específicas.

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Nivel Sonoro Continuo Equivalente (Leq)

Un sonido es una forma de energía, y la cantidad de daño auditivo causado por la exposición a un entorno sonoro depende tanto del nivel como de la duración de la exposición. Para saber si un sonido impacta en el oído humano, se requiere medir el nivel de sonido y su tiempo de duración. El nivel de sonido continuo equivalente (LEQ) proporciona información sobre la cantidad de energía a la que estuvo expuesta una persona. Las mediciones LEQ se utilizan para muchos tipos de mediciones acústicas, incluida la acústica de edificios, el ruido ambiental y el ruido ocupacional.

El LEQ es un promedio lineal de la presión de sonido al cuadrado durante un período de tiempo determinado y no utiliza ponderación de tiempo. El Leq es útil para representar un nivel de energía de sonido equivalente a lo largo del tiempo y se usa comúnmente para representar niveles de exposición al ruido en lugares de trabajo y otros entornos.

Las mediciones de LEQ se pueden realizar durante cualquier período de tiempo adecuado, que se denomina tiempo de integración, mientras que SPL es una medida del nivel de presión sonora instantáneo en un momento específico. Los medidores de nivel de sonido Svantek registran tanto los niveles de presión de sonido como LEQ en forma de tiempos de integración consecutivos en un archivo de registro de historial de tiempo.

Sonoridad e intensidad del sonido

En acústica, el volumen y la intensidad son medidas diferentes al SPL (nivel de presión sonora). SPL es una medida del nivel de presión de una onda de sonido en relación con un nivel de referencia, generalmente dado en decibelios (dB). Es una medida de la fuerza física de una onda de sonido.

La intensidad, por otro lado, es una medida de la cantidad de energía sonora que pasa a través de un área determinada en un tiempo determinado. Suele medirse en vatios por metro cuadrado (W/m2). La intensidad es una medida de la energía que transporta una onda sonora.

La sonoridad es una percepción subjetiva de la intensidad de un sonido. Está influenciado por muchos factores, incluidos el SPL y la frecuencia, así como por la sensibilidad del oído humano. El volumen generalmente se mide en unidades llamadas phon.

¿Cómo cambia el SPL con la distancia desde la fuente?

El nivel de presión sonora (SPL) de una onda sonora disminuye a medida que aumenta la distancia desde la fuente. Esto se debe a que las ondas de sonido se propagan en todas las direcciones a medida que se alejan de la fuente, y la energía de la onda se distribuye en un área cada vez más grande. La disminución de SPL con la distancia se conoce como atenuación del sonido.

La tasa de atenuación del sonido depende de muchas cosas, como la frecuencia de la onda de sonido, el tamaño y la forma de la fuente y el entorno en el que viaja el sonido. Sin embargo, como regla general, el SPL disminuye en 6 decibelios (dB) por cada duplicación de la distancia desde la fuente.

Por ejemplo, si el SPL de una onda de sonido a una distancia de 1 metro es de 80 dB, será de 74 dB a una distancia de 2 metros, de 68 dB a una distancia de 4 metros, y así sucesivamente. Esto significa que la intensidad de un sonido parece depender mucho de lo cerca que esté de la fuente. Al medir y controlar los niveles de ruido en diferentes lugares, es importante tener esto en cuenta.

¿Cuáles son algunas aplicaciones comunes de SPL?

noise monitoring spl

El nivel de presión sonora (SPL) tiene varias aplicaciones, algunas de las cuales incluyen:

  1. Monitoreo de ruido ambiental: SPL se utiliza para medir y monitorear los niveles de ruido en el medio ambiente, como la contaminación acústica en áreas urbanas, el ruido industrial y el ruido del transporte.
  2. Monitoreo de ruido ocupacional: SPL se utiliza para medir los niveles de ruido en el lugar de trabajo para proteger a los trabajadores de daños auditivos y monitorear el cumplimiento de las normas de seguridad y salud ocupacional.
  3. En ingeniería y producción de audio, SPL se usa para medir y controlar los niveles de sonido en estudios de grabación, salas de conciertos y otros lugares donde se produce audio, para que la calidad y el volumen del sonido sean siempre los mejores.
  4. Pruebas de productos: SPL se utiliza en pruebas de productos, como probar la salida de sonido de altavoces y auriculares.
  5. Investigación y estudios científicos: SPL se utiliza en estudios científicos para medir y analizar los niveles de sonido, como en estudios de comunicación animal, los efectos de la contaminación acústica en la vida silvestre y el impacto del ruido en la salud humana.

¿Qué es SPL en audio?

En el contexto del audio, SPL se usa para describir el volumen de las señales de audio. SPL se utiliza en el diseño y prueba de equipos de audio, como parlantes y auriculares, para garantizar que produzcan sonido a niveles seguros y apropiados. También se utiliza en estudios de grabación y entornos de sonido en vivo para controlar el volumen de las señales de audio y evitar daños auditivos a los artistas y oyentes.

¿Qué nivel de SPL se utiliza para la calibración?

La calibración es necesaria para garantizar que los sonómetros proporcionen mediciones exactas y precisas. Para calibrar un medidor de nivel de sonido, se coloca un calibrador acústico portátil sobre el micrófono. Los calibradores proporcionan un nivel de presión sonora definido al que se puede ajustar el sonómetro. Los niveles típicos de presión de sonido utilizados para la calibración son 94 dB o 114 dB (la elección depende del fondo acústico).

Resumen

Puntos clave del nivel de presión sonora (SPL):

  1. SPL es una relación entre la presión acústica y la presión acústica de referencia, expresada en decibelios (dB).
  2. SPL se mide en decibelios (dB) y es una escala logarítmica.
  3. El nivel de presión de sonido más bajo que un ser humano puede escuchar es de aproximadamente 0 dB.
  4. La exposición prolongada a niveles de sonido superiores a 85 dB puede causar daños auditivos.
  5. SPL se puede medir con un medidor de nivel de sonido (SLM).
  6. Se pueden usar diferentes tipos de procesamiento, como ponderaciones (A, C, Z) o constantes de tiempo (lento, rápido, impulso), en la señal para igualar la sensibilidad del oído humano a diferentes frecuencias y duraciones de sonido.
  7. SPL disminuye a medida que aumenta la distancia desde la fuente de sonido.
  8. El nivel de sonido continuo equivalente (Leq) es una forma común de medir el SPL durante un período de tiempo y tiene en cuenta tanto el nivel de sonido como la duración de la exposición.
  9. Diferentes fuentes de sonido tienen diferentes niveles típicos de SPL, como una conversación normal a 60 dB, una motocicleta a 88 dB y un avión a reacción a 130 dB.
  10. El SPL es un factor importante a considerar en las estrategias de control y mitigación del ruido, como los controles de ruido de ingeniería o administrativos, el equipo de protección personal y las regulaciones de ruido de la comunidad.

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