La diversidad de sonidos que escuchamos nos muestra diferentes variables que debemos considerar para entender cómo se producen. Existen sonidos de muy baja intensidad, como los que producen los insectos o un susurro, y de alta intensidad, como el ruido de maquinaria pesada o el de un avión.

La intensidad del sonido es directamente proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda sonora. Por ello podemos comparar una gráfica de presión contra posición de una onda de baja intensidad y otra de gran intensidad. La Fig. 1 (a) presenta una onda de baja intensidad; la Fig. 1 (b), una onda que tiene una amplitud tres veces mayor que la primera. Como el cuadrado de la amplitud es proporcional a la intensidad, si la amplitud de la segunda es el triple de la primera, entonces la intensidad es (3²) nueve veces más intensa que la primera.

Fig. 1 Gráficas de presión contra posición de dos ondas sonoras.

La mínima presión que puede percibir como sonido el oído humano es 10^–5 Pa aproximadamente, que comparada con la presión atmosférica, que es de alrededor de 10⁵ Pa, nos da una razón de 10^–5 / 10⁵ = 10^–10 veces más pequeña, con lo que podemos darnos cuenta de lo sensibles que son nuestros oídos.

La energía que lleva la onda sonora se relaciona con lo que llamaremos la potencia de la onda (P), y que es directamente proporcional al cuadrado de la amplitud. La onda sonora se propaga por igual en todas direcciones, a partir de un punto emisor, por lo que la energía que lleva se reparte en un área cada vez mayor. Entre más lejos nos encontremos de la fuente emisora, escuchamos el sonido más débil. Así, la intensidad es inversamente proporcional al área que abarca.

Puede entonces definirse la intensidad como la energía transferida por unidad de tiempo, la potencia, en una sección de área perpendicular a la dirección de propagación de la onda, esto es:

Las unidades de intensidad son watts / m², que son unidades de potencia entre unidades de área. Si consideramos, por ejemplo, una campana que suena en el aire, la onda se moverá en todas direcciones y las ondas serán esféricas, Fig. 2. La superficie de una esfera es A = 4r ², donde r es el radio de la esfera; en este caso la intensidad será:

La intensidad del sonido de la campana que se propaga en todas direcciones disminuye rápidamente con la distancia, pues es inversamente proporcional al cuadrado de ésta.

Se denomina umbral de audición a la intensidad más baja que el oído puede percibir. Como el oído humano no tiene la misma sensibilidad para los sonidos de diferentes frecuencias, el umbral de audición depende de la altura o frecuencia del sonido.

Fig. 2 Ondas sonoras moviéndose en todas direcciones y formando frentes de ondas esféricos.

Otro factor que influye en la posibilidad de escuchar los sonidos es la altura o tono, cualidad por la que distinguimos los sonidos graves de los agudos. La altura está relacionada con la frecuencia de la onda sonora.

Recordemos que la frecuencia de una onda está definida como el número de ondas que pasan por un punto en un segundo y su unidad es el hert (Hz). Los sonidos agudos tienen una frecuencia alta, mientras que los graves tienen frecuencia baja.

Nuestro oído sólo puede escuchar cierto rango de intensidad del sonido y también cierto rango de frecuencias. La frecuencia más baja que podemos percibir es de
20 Hz y la más alta, aproximadamente de 20 000 Hz.

Intensidad de varios sonidos. Fuente: Giancoli D., Physics, Prentice Hall, 1991.

¿Cuál es la relación entre la intensidad del sonido y la amplitud de la onda sonora?

¿Cuál es la mínima presión que puede percibir el oído humano como sonido?

El nivel de intensidad del sonido se mide en decibeles. ¿Cuál es el sonido más intenso y a cuántos decibeles corresponde?