Intensidad sonora y sonoridad

A través de esta actividad de varias partes, los estudiantes aprenden sobre las propiedades de las ondas sonoras, en particular la intensidad y el volumen del sonido. Aprenden a medir la intensidad y el volumen, la diferencia entre sonido y ruido, y cuándo un sonido se considera contaminación acústica. A partir de datos como lecturas de intensidad y espectrogramas, y de técnicas sencillas como escuchar e identificar sonidos, los alumnos investigan cómo afectan los sonidos a las personas y al medio ambiente. La profesora Lynette Cummings desarrolló las actividades como parte del Programa de Maestro a Guardabosques a Maestro.

Intensidad &Ruido

La intensidad de un sonido es la potencia del sonido en vatios dividida por el área que cubre el sonido en metros cuadrados. La sonoridad de un sonido relaciona la intensidad de un sonido determinado con la intensidad en el umbral de audición. Se mide en decibelios (dB). El umbral de la audición humana tiene una intensidad de aproximadamente 0,0000000000001 vatios por metro cuadrado y corresponde a 0 decibelios. El umbral del dolor para los humanos es de 1 vatio por metro cuadrado y corresponde a 120 dB. Un susurro tiene entre 20 y 30 dB, una conversación ruidosa unos 50 dB, una aspiradora unos 70 dB, un cortacésped unos 90 dB y el claxon de un coche a 1 m unos 110 dB. Los seres humanos son especialmente sensibles a los sonidos cuya frecuencia oscila entre los 2.000 y los 5.000 hertzios. La escala de dBA tiene un filtro para que el sonómetro sea menos sensible a los sonidos de baja y alta frecuencia, igual que el oído humano. También se adapta mejor a la medición de los daños auditivos y las interferencias del habla en los seres humanos.

Ruido

«Ruido» es cualquier sonido no deseado o sonidos extraños (sonido sin ninguna función). El ruido afecta al entorno natural. Por ejemplo, los sonidos adicionales provocan un «enmascaramiento auditivo» que reduce la capacidad de los animales para detectar comunicaciones y depredadores. Algunas aves cantan con un tono más alto en zonas más ruidosas. Como las hembras de ciertas especies prefieren que los machos canten en un tono más bajo, ya que denota madurez, esto puede provocar una reducción de las poblaciones de aves. Otros pájaros simplemente cantan más fuerte en zonas ruidosas. Las ranas chinas incluso han cambiado sus cantos al rango ultrasónico (por encima de las frecuencias que el ser humano puede oír) para poder localizarse durante la época de apareamiento. Los murciélagos espigadores (los que arrancan insectos de las hojas) no cazan en zonas ruidosas. El ruido también «estresa» a la fauna silvestre haciéndola menos resistente a las enfermedades. El ruido afecta definitivamente a los entornos acuáticos. El sonido viaja mucho más rápido y más lejos bajo el agua, lo que significa que una fuente de ruido puede tener un radio de impacto mucho mayor que el que tendría en tierra. Los estudios también han demostrado que el ruido de baja frecuencia en los océanos, en gran parte relacionado con el aumento de la navegación comercial, ha aumentado hasta en 10 dB desde la década de 1960.

Los sonidos también pueden afectar negativamente a las personas. Se ha demostrado que los sonidos fuertes o prolongados provocan trastornos auditivos, hipertensión, trastornos del sueño, molestias y cardiopatías isquémicas (enfermedades cardíacas relacionadas con la reducción del flujo sanguíneo al corazón). Otras complicaciones son posibles cambios en el sistema inmunitario y defectos de nacimiento. Se ha demostrado que el ruido de la carretera contrae las arterias y eleva la presión arterial. Puede incluso provocar infartos. Los niveles de ruido de 50 dB por la noche aumentan la producción de cortisol (una hormona del estrés), que provoca la constricción de las arterias y eleva la presión arterial.

Efectos de las condiciones atmosféricas

La absorción atmosférica del sonido varía con las condiciones ambientales, como la humedad relativa, la presión atmosférica, la temperatura y el viento. Una menor humedad absorbe más sonido, especialmente en las frecuencias más altas, debido a la «relajación molecular» de los gases del aire (un nivel de humedad del 10% es el que más absorbe). Un cambio sustancial en la presión atmosférica, equivalente a miles de pies de elevación, tiene una pequeña influencia en el nivel de ruido para la mayoría de las fuentes, pero afecta sustancialmente a los niveles recibidos de esos sonidos.

Más importante aún, el viento y la temperatura pueden afectar significativamente a cómo viajan las ondas sonoras. El viento puede hacer que los sonidos sean más fuertes a favor del viento, ya que las moléculas a través de las cuales se propagan las ondas sonoras se mueven a favor del viento, en lugar de extenderse por igual en las tres dimensiones. Los gradientes verticales de temperatura pueden hacer que el sonido se refracte lejos del suelo (cuando el aire caliente cerca del suelo está por debajo del aire más frío de arriba) o hacia el suelo (cuando el aire frío cerca del suelo está atrapado por una capa de aire caliente por encima, es decir, una inversión).

Objetivo(s)

Los alumnos serán capaces de:

1. Comprender la relación entre la intensidad del sonido y el volumen.
2. Medir las lecturas del nivel sonoro en dB y dBA y convertirlo en intensidad, así como comprender cómo perciben estos niveles los seres humanos.
3. Investigar cómo afecta el sonido al entorno natural así como a las personas.
4. Distinguir entre sonido y ruido.
5. Analizar los datos de sonido para mostrar los efectos que tiene en el entorno y en los visitantes humanos.
6. Hacer recomendaciones sobre los sonidos en un lugar concreto utilizando los datos del nivel de sonido y la investigación sobre los efectos del sonido.
7. Predecir el efecto de la humedad, la temperatura y el viento en los sonidos.

Materiales

1. Medidores de nivel de sonido que se leen en dB y dBA
2. Sitio web de Natural Sounds and Night Skies de NPS
3. Holt Physics, libro de texto de Serway y Faughn publicado en 2002 por Holt, Rinehart, and Winston.
4. Uso de Internet para la investigación.
5. Datos de muestra recogidos en el Herbert Hoover NHS en 2012

Procedimiento

Parte 1:

Revisa las ondas sonoras, en particular:

• El sonido viaja a través de un material como una onda mecánica. La onda es una onda longitudinal, o de compresión.
• El sonido se produce cuando la energía hace que las partículas de aire se acerquen y se alejen. Cuanto más se acerquen las partículas o más se alejen, mayor será la amplitud del sonido. La amplitud del sonido es la causa del volumen y la intensidad del mismo. Cuanto mayor sea la amplitud, más fuerte e intenso será el sonido. La intensidad del sonido se mide en vatios por metros cuadrados.
• Otras propiedades de las ondas sonoras son la frecuencia en hercios (cuántas ondas por segundo) y la longitud de onda (literalmente, la longitud de una onda, de compresión a compresión).
• Los humanos sólo pueden oír sonidos entre 20 y 20.000 hercios. Los animales tienen rangos diferentes y pueden oír sonidos que nosotros no podemos.
• La sonoridad es la percepción humana de la intensidad del sonido. A menudo se mide en dB, que es una escala basada en el umbral de audición humano (que recibe una medida de 0 dB en adelante). La escala de dBA imita el rango de audición humano filtrando las frecuencias altas y bajas que la gente no oye tan bien. El ruido es un sonido desagradable o no deseado, y se considera contaminación acústica cualquier sonido que perturbe las actividades.

Parte 2:

Los alumnos analizan los datos del nivel sonoro. Utiliza los datos proporcionados con este plan de unidad u otros datos sonoros (incluyendo el lugar, el momento y las condiciones en las que se registraron, y sonidos típicos como el canto de los pájaros). Los alumnos pueden llevar un sonómetro a diferentes zonas de la escuela para recoger datos. Los alumnos deben registrar la hora y las condiciones en las que tomaron los datos. Encuentra ejemplos de grabaciones de sonido y espectrogramas en el sitio web de NPS Natural Sounds and Night Skies.

Parte 3:

Usando libros, artículos y sitios web fiables, los alumnos investigan cómo los sonidos afectan a las personas y al entorno natural. Pueden examinar los efectos positivos y negativos de los sonidos de diferente volumen, intensidad y duración. Los alumnos también investigan métodos para reducir la intensidad del sonido.

Parte 4:

Los alumnos van al lugar donde examinarán los efectos del sonido, como un parque cercano. Los alumnos llevan sonómetros (preferiblemente capaces de medir dBA) para registrar las intensidades sonoras. Los alumnos escucharán y registrarán todos los sonidos escuchados durante un periodo de 15 minutos. Los alumnos escucharán y registrarán sólo los sonidos intrínsecos durante 10 minutos (aquellos sonidos típicos del funcionamiento diario del parque), que pueden ser naturales y culturales (como el sonido del martillo de un herrero en el Sitio Histórico Nacional Herbert Hoover). Los alumnos escuchan y registran los sonidos extrínsecos (no típicos del lugar), como el tráfico cercano, durante 10 minutos. Anotar las observaciones sobre las condiciones meteorológicas y las características del lugar mientras se registran los datos. Discutir qué sonidos contribuyen al propósito del parque y cuáles son perturbadores o no concuerdan con el disfrute del parque por parte de los visitantes. Los estudiantes también pueden determinar qué animales son nativos del parque y determinar cómo los diversos sonidos pueden afectarles.

Parte 5:

Utiliza los datos y la investigación de los estudiantes para evaluar cómo los niveles e intensidades de sonido pueden estar impactando en el lugar que visitaron. Compara los datos con los ya recogidos por otros. Considera cómo los niveles de sonido pueden afectar a los residentes naturales del parque o a los visitantes humanos. Investiga más sobre los impactos en las especies autóctonas. Discutir los impactos oralmente y escribir un esquema o un documento sobre los efectos probables de los diferentes sonidos en los residentes y visitantes, humanos o animales. ¿Podría mejorarse la experiencia del parque eliminando o reduciendo ciertos sonidos? Si es así, ¿qué sonidos y cómo?

Conexiones con el parque

Los sonidos que son naturales en un parque se consideran recursos naturales. El canto de los pájaros, el burbujeo del arroyo Hoover y el sonido de un herrero trabajando son sonidos típicos del Sitio Histórico Nacional Herbert Hoover. Estos sonidos, tanto naturales como culturales, fueron los que Herbert Hoover escuchó de niño en West Branch, Iowa. Protegerlos y preservarlos forma parte de la misión del Servicio de Parques Nacionales. Los visitantes del parque pueden escuchar estos sonidos, así como el ruido invasivo del siglo XXI, como el tráfico de la Interestatal 80.

Los estudiantes que estudian las propiedades de las ondas sonoras, como la intensidad y el volumen, también deben ver los efectos que tienen los sonidos en nuestro entorno e incluso cómo podemos reducir los efectos no deseados. El Sitio Histórico Nacional Herbert Hoover y otros parques nacionales presentan la oportunidad perfecta para llevar el conocimiento de los estudiantes en el aula sobre las propiedades del sonido un paso más allá. Los estudiantes pueden medir las propiedades del sonido y luego ver cómo afectan al medio ambiente y a las personas. Los alumnos pueden incluso desempeñar un papel activo en la conservación y protección de los Parques Nacionales recomendando formas de reducir el ruido extrínseco. Sus recomendaciones deben mostrar una comprensión de las propiedades del sonido, así como del carácter del parque.

Materiales

Tabla de datos de niveles sonoros tomados en el Herbert Hoover NHS en el verano de 2012. En formato CSV, que puede abrirse con un programa de hoja de cálculo.

Descargar datos de niveles sonoros en Herbert Hoover, 2012