Presión Sonora

El nivel de presión sonora o nivel sonoro  es una medida logarítmica de la presión sonora eficaz de una onda mecánica respecto a una fuente de referencia. Se mide en decibeles:

${\displaystyle {�}_{\mathrm{p}}=10{\log }_{10}{\left(\frac{�}{{�}_0}\right)}^2=20{\log }_{10}\left(\frac{�}{{�}_0}\right)\text{ dB}}$

donde p₀ es la presión sonora de referencia (al aire se acostumbra a considerar ${\displaystyle {�}_0=20}$ µPa, y p es el valor de la presión eficaz que queremos medir.

Si el medio de propagación es el aire, el nivel de presión sonora (SPL) se expresa casi siempre en decibeless respecto a la presión de referencia de 20 μPa, generalmente considerado el umbral de audibilidad para los seres humanos (aproximadamente equivaldría a la presión del sonido producido por un mosquito volando a tres metros de distancia). Las mediciones de los equipos de audio se hacen casi siempre en referencia a este valor. Sin embargo, en otros medios, como por ejemplo el agua, a menudo se utiliza una presión de referencia igual a μPa.​ En general, es necesario saber el nivel de referencia cuando se comparan medidas de SPL y el hecho que a menudo la unidad dB (*SPL) sea abreviada cómo dB puede llevar a engaño, puesto que se trata de una medida relativa.

Ejemplos de niveles de presión sonora

Considerando la franja de percepción humana (de 20 µPa a 20.000 Pa) en la escala decibélica, los sonidos perceptibles están comprendidos entre 0 y 180 decibelios (dB) - La tabla siguiente muestra algunos ejemplos:

Decibeles	Presión (Pa)	Ejemplo
180	20.000	Misiles
160	2.000	Lanzamiento cohete espacial
150	630	Explosión nuclear
140	200	Avión
130	63	Erupción volcánica, cañón
120	20	Martillo neumático, concierto de rock
110	6.3	Discoteca, huracán
100	2	Tormenta fuerte, bocina de coche
90	0,63	Tormenta, moto con silenciador
80	0,2	Oleadas
70	0,063	Lluvia
60	0,02	Conversación normal
50	0,0063	Llovizna
40	0,002	Hablar bajo
30	0,00063	Cuchicheo
20	0,0002	Movimiento de hojas
10	0,000063	Noche en el campo, ordenador
0	0,00002	Umbral auditivo

El nivel de intensidad sonora o nivel de intensidad acústica ("L_{Y ")}es una medida logarítmica de la intensidad sonora (medida en W/m²) comparada con un valor de referencia (10^-12 W/m²). La relación se define como:

${\displaystyle {�}_{\mathrm{I}}=10{\log }_{10}\left(\frac{{�}_1}{{�}_0}\right)\mathrm{d}\mathrm{B}}$

donde Y₁ es la intensidad sonora en W/m², e Y₀ es el valor de referencia, que corresponde a la menor intensidad sonora audible por el oído humano a una frecuencia de 1.000 Hz. El nivel de intensidad sonora es un valor adimensional y se expresa en decibelios (dB).

En cambio, si en vez de tomar la intensidad umbral a 1.000 Hz, tomamos la intensidad umbral real para cada frecuencia entonces hablaríamos de sonoridad y se expresaría en fonios,​ la unidad de medida de la intensidad de la sensación sonora para el oído humano.

La sensación que nos produce un sonido es subjetiva y depende del observador, No hay una relación proporcional entre la intensidad física de un sonido y la sensación sonora o sonoridad que nos produce, la sensación sonora sigue aproximadamente la ley de Weber-Fechner, que nos indica que la sensación sonora sigue una progresión aritmética mientras que el estímulo sonoro sigue una progresión geométrica.

El nivel de presión sonora determina la intensidad del sonido que genera una presión sonora (es decir, del sonido que alcanza a una persona en un momento dado), se mide en decibeles (dB) y varía entre 0 dB umbral de audición y 120 dB umbral de dolor.

Para medir el nivel de presión sonora no se suele utilizar el pascal, por el amplio margen que hay entre la sonoridad más intensa y la más débil (entre 20 Pa y 20 μPa).

Normalmente se adopta una escala logarítmica y se utiliza como unidad el decibel. Como el decibel es adimensional y relativo, para medir valores absolutos se necesita especificar a que unidades está referida. En el caso del nivel de presión sonora en aire se toma como referencia 20 μPa mientras que en agua se utiliza 1 μPa. Las siglas SPL hacen referencia al nivel de presión sonora en inglés sound pressure level.

Para medir el nivel de presión sonora se utiliza la fórmula:

${\displaystyle {�}_{�}=20\times \log \frac{{�}_1}{{�}_0}}$

en donde

• P₁ es la presión sonora eficaz (RMS);
• P₀ es la presión de referencia y se toma como referencia 20 μPa;
• log es el logaritmo decimal.

Es decir, el nivel de presión acústica se expresa como 20 veces el logaritmo decimal de la relación entre una presión acústica y una de presión de referencia determinada.

El nivel de sonido es la intensidad del sonido que se expresa en dB.

La presión sonora o acústica es el movimiento en el aire provocado por las ondas sonoras, causando una variación alterna en la presión estática del mismo (pequeñas variaciones en la presión atmosférica). Como consecuencia de estas variaciones de presión se producen áreas donde se concentran las partículas (zonas de compresión) y otras quedan menos saturadas (zonas de rarefacción). 

Las zonas con mayor concentración de moléculas tienen mayor densidad y las zonas de menor concentración tienen menor densidad. Cuando estas ondas golpean el oído, la presión que ejercen sobre el mismo no es igual para toda la longitud de onda, variando con la densidad.

La presión acústica se define como la diferencia de presión instantánea y la presión atmosférica estática.

La presión atmosférica se mide en pascales (Pa). En el SI (Sistema Internacional) un pascal (1 Pa) es igual a una fuerza de un newton (1 N) actuando sobre una superficie de un metro cuadrado (1 m²). La presión atmosférica se sitúa en torno a los 100 000 Pa (estableciéndose como valor normalizado los 101 325 Pa).

Como en pascales las cifras obtenidas son muy grandes, normalmente la presión atmosférica se expresa en hectopascales hPa (igual dimensión que los milibares, que quedan en desuso) y se establecen 1013,25 hPa como presión atmosférica normalizada a nivel del mar.

La presión sonora también se puede medir en pascales; no obstante, su valor es muy inferior al de la atmosférica. El umbral de dolor se sitúa en los 20 Pa, mientras que el umbral de audición se sitúa en los 20 micropascales (20 μPa).

Además del pascal, para medir la presión sonora se utiliza el microbar (μbar), que es la millonésima parte del bar (1 Pa=1 N/m²=10 μbar y 1 μbar=10^-6 bar).

La principal diferencia entre presión atmosférica y presión sonora es que, mientras que la presión atmosférica cambia muy lentamente, la presión sonora, alterna muy rápidamente entre valores negativos (menores que la presión atmosférica) y positivos (mayores). El número de veces que se repite un fenómeno por unidad de tiempo es lo que en física se denomina frecuencia. El ser humano no tiene sensibilidad ante todas la frecuencias. El margen de frecuencias que pueden producir la sensación de sonido cuando impresiona el oído humano es lo que se conoce como audiofrecuencias y va de los 20 a los 20 000 Hz. No hay que confundir presión acústica con potencia acústica. La confusión viene por el hecho de que la presión sonora es la responsable directa de la amplitud de la onda y la amplitud determinara la cantidad de energía (potencia acústica) que contiene una señal sonora.

Para diferenciar entre sonidos más intensos (el oído soporta mayor cantidad de presión sonora), de sonidos débiles, se utiliza el llamado nivel de presión sonora.