Sonoridad

[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Julio Alcazar Torres, José María Díaz Nafría, elaboradas en el contexto de la Clarificación conceptual en torno a los Sistemas de transmisión, bajo la supervisión de J.M. Díaz Nafría.

En general se habla de sonoridad para referirnos a la cualidad de sonoro, esto es de ser oído (RAE, 2021, definición 1). Según lo expuesto en el artículo de sonido, decir que algo sea sonoro o que tenga sonoridad, implica que puede generar vibraciones mecánicas susceptibles de ser percibidas por nuestros órganos auditivos, o lo que es lo mismo, generar una sensación auditiva en un sujeto.

De forma más específica se habla de sonoridad para hablar de la capacidad de generar una sensación autiva de mayor o menor intensidad (RAE, 2021, definición 2). Es precisamente en este sentido, en el que la psicoacústica aporta una aproximación cuantitativa para referirnos a la sonoridad como la intensidad de la sensación auditiva. Ya que en última instancia, dicha intensidad depende de características fisicas, fisiológicas y psicológicas, que pueden cambiar de un sujeto a otro, se usan modelos estandarizados para poder proporcionar definiciones operativas y referenciales de gran utilidad para el diseño, realización y evaluación de los sistemas de sonido.

Definiciones

No debe confundirse la sonoridad (loudness en inglés) con el nivel de intensidad sonora, ya que éste último solo se refiere al sonido como fenómeno físico (en particular la densidad superficial de potencia acústica) y no a sus efectos psicoacústicos, aunque las unidades empleadas como referencia de los niveles decibélicos sean las que corresponden a valores que apelan a una sensibilidad estándar -como el umbral de audición a 1 KHz-, a la vez que la representación decibélica refleje en cierto grado la relación existente entre intensidad física y sensación. Con independencia de estas relaciones, el nivel de intensidad sonora establece una relación directa entre el fenómeno físico y la medida decibélica con independencia de que éste pueda causar una mayor o menor sensación de intensidad. De hecho, como hemos visto en los artículos de sonido y señal de audio, el oído humano no percibe el sonido en relación directa a su intensidad física, sino que depende muy especialmente de su frecuencia y su ancho de banda. Así, una onda de presión que alcanzase el oído con un nivel de 20 dB no sería percibido, si fuera un tono de 100 Hz, mientras que causaría una sensación bien notable si fuera de 3 KHz. En general, la sonoridad vendrá fundamentalmente condicionada por la distribución espectral de energía del fenómeno físico.

La sonoridad se relación también como el volumen, en cuanto a que se refiere a la intensidad del sonido percibida, pero se trata de un término más impreciso. Contamos con dispositivos que nos permiten variar la intensidad del sonido producido por sistemas de audio, o volúmen, para que estos se adapten a la sensación deseada; así como dispositivos medidores, los vúmetros, que proporcionan una medida que se aproxima a la respuesta del oído, recurriendo a modelos estadarizados de ponderación sofométrica. Por esta razón existe una relación entre ambos términos, pero no deben confundirse.

La medición del nivel de sonoridad se basa en la comparación de la intensidad de la sensación auditiva producida por diferentes sonidos. Así, un sonido con una determinada distribución espectral de potencia puede tener más o menos sonoridad que otro de espectro diferente. Se usa como referencia la sensación de intensidad producida por un tono puro de 1 KHz, y se recurre a dos medidas y unidades diferentes: el nivel de sonoridad, medido en fonios, y la sonoridad medida en sonios.

Figura 1: Curvas isofónicas de Fletcher-Munson (Fuente: WikiMedia)

El nivel de sonoridad en fonios, nos proporciona una comparación con la sensación producida por un tono de 1 KHz, de modo que un sonido de F fonios producen la misma sensación de intensidad que un sonido de 1 KHz de F dB. Las curvas isofónicas (v.fig.1) reflejan precisamente esa igualdad en la sensación de intensidad sonora de un tono de frecuencia arbitraria respecto al producido por un tono de 1 KHz. Sin embargo, dicha medida no refleja la intensidad de la sensación a diferentes niveles. Por ejemplo, un sonido de 80 fonios no corresponde al doble de sensación de intensidad que otro sonido de 40 fonios. Las escalas de sonoridad en sonios pretenden reflejar esa relación con la sensación psicoacústica de intensidad. Las curvas isosónicas reflejan, además de la igualdad en la sensación de un sonido con respecto al tono de 1 KHz, el verdadera variación en la sensación de intensidad. Es decir, un sonido de 4 sonios reflejan una sensación doble que un sonido de 2 sonios.

Figura 2: Relación entre fonios y sonios.

A partir de los 40 fonios aproximadamente, 10 fonios suponen una duplicación de la sensación sonora, pero por debajo no puede establecerse esa relación. La dificultad de establecer una relación precisa -en base a extensos estudios estadísticos- ha conducido a diferentes definiciones estandarizadas de la relación entre fonios y sonios, como las normas ISO-532-1 e ISO-532-2, representadas en la figura 2.

De forma más precisa, la relación referida en el párrafo anterior, válida solo para sonidos de más de 10 fonios, se expresa como:

$S=\left(10^{\frac {F-40}{10}}\right)^{0.30103}\approx 2^{\frac {F-40}{10}}$

Donde F representa el nivel de sonoridad en fones y S la sonoridad en sones.

Siempre que no se produzcan fenómenos de enmascaramiento, a los que nos hemos referido en el artículo de señal de audio, la sensación de intensidad de dos sonidos no enmascarados de diferente frecuencia puede aproximarse mediante la combinación de sus sonoridades en sonios.

Código

La función de Matlab s = phon2sone(f,norma) permite pasar del nivel de sonoridad f (en fones) a la sonoridad s (en sones) aplicando relaciones estandarizadas según el valor otorgado al segundo parámetro, norma, que puede 'ISO-532-1' o 'ISO 532-2'. Si solo se indica un parámetro de entrada, se asume que se trata de la norma ISO-532-1.. La figura 2 se ha obtenido empleando dicha función.

De modo análogo, la función de Matlab f = sone2phon(s,norma) realiza la operación inversa, convirtiendo la sonoridad s (en sones) en nivel de sonoridad f (en fones).