El sonido es energía que se propaga a través de un medio. Las características del medio definen su velocidad, las pérdidas por transmisión e incluso su dirección. En este post se explica brevemente el efecto de la temperatura y humedad en la transmisión del sonido.
La velocidad del sonido queda determinada por las características del aire, pirncipalmente por su temperatura. Solemos decir que el sonido viaja a 343 m/s (equivalente a 1234 km/h), sin embargo, esto es cierto sólo cuando la temperatura del aire es 20°C.
Se considera que la velocidad del sonido varía en 0.6 m/s por cada grado centígrado. A 0°C el sonido viaja a 331 m/s, o sea, 4% más lento que a 20°C. Con la siguiente expresión se puede obtener fácilemente la velocidad del sonido en función de la temperatura.
c = 331 + (T*0.6)En donde c es la velocidad del sonido y T es la temperatura en °C. Se parte de la velocidad a 0°C y por cada grado de incremento se suman 0.6 m/s.
Por otro lado, la temperatura no siempre es homogénea. Por ejemplo, en un recital al aire libre puede suceder que en el suelo hayan 25°C mientras que por encima de la multitud el aire se enfríe hasta 20°C. Este gradiente de temperatura tiene efectos sobre la propagación del sonido.
Debido a que el sonido se desplaza más rápido en el aire caliente que en el aire frío, la variación de temperatura genera una curvatura en la propagación tal como muestra la figura.
Además de la famosa ley inversa del cuadrado (atenuación de -6 dB por duplicación de distancia), hay otros factores que generan atenuación. El aire se puede considerar como un filtro pasa-bajos, es decir, absorbe altas frecuencias. Esta absorción depende en mayor medida de la humedad relativa del ambiente.
En el gráfico se puede observar la atenuación generada por el aire a 30m de distancia en función de la humedad y de la frecuencia. Cada línea representa un rango de frecuencias, desde 10kHz hasta 2kHz. Se puede observar que a medida que disminuye la frecuencia la atenuación también disminuye, es decir, hay menos pérdidas por absorción. Además, se observa que la atenuación aumenta a medida que se reduce la humedad relativa.
Por ejemplo, un ambiente seco (20% de humedad) genera una atenuación de -9 dB a 30m de la fuente para frecuencias en el rango de los 10kHz. Esos -9 dB se deben sumar a la atenuación que generan 30m de distancia por la ley del cuadrado inverso ( 20*log(1/30) = -29,5 dB). Por lo tanto, a 30m de distancia de la fuente y con 20% de humedad, la atenuación será de -38,5 dB para frecuencias cercanas a los 10kHz.
Estos factores sumados pueden traer efectos inesperados en instalaciones de sonido para, por ejemplo, festivales de jornadas completas. La calibración se realiza de día con determinadas condiciones atmosféricas y para cuando llega la noche la temperatura desciende, aumenta la humedad y las condiciones cambian. Puede suceder que los demorados pierdan sincronía o que sea necesaria otra ecualización para obtener cobertura plana en frecuencia y homogénea.
Facundo Ramón
Investigación & Desarrollo – Equaphon