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ÍNDICE
En el siguiente trabajo explicaremos
cada una de las partes del oído, uno de los cinco órganos de los sentidos.
Se explicará también cómo se produce
un sonido hasta llegar al cerebro donde cada una de las partes del oído es
esencial.
Hablaremos también de las enfermedades
que acarrea el oído, ya sea de nacimiento o bien por factores externos, ya sea
un ruido tremendamente alto, etc.
El
sentido de la audición y el sistema auditivo
La
generación de sensaciones auditivas en el ser humano es un proceso
extraordinariamente complejo, el cual se desarrolla en tres etapas básicas:
·
Captación y procesamiento mecánico de las ondas sonoras.
·
Conversión de la señal acústica (mecánica) en impulsos
nerviosos, y
transmisión de dichos impulsos hasta los centros sensoriales del cerebro.
·
Procesamiento neural de la información codificada en forma de impulsos
nerviosos.
La
captación, procesamiento y transducción de los estímulos sonoros se llevan a
cabo en el oído propiamente dicho, mientras que la etapa de procesamiento
neural, en la cual se producen las diversas sensaciones auditivas, se encuentra
ubicada en el cerebro. Así pues, se pueden distinguir dos regiones o partes del
sistema auditivo: la región periférica, en
la cual los estímulos sonoros conservan su carácter original de ondas mecánicas
hasta el momento de su conversión en señales electroquímicas, y la
región central, en la cual se transforman dichas señales en
sensaciones.
En
la región central también intervienen procesos
cognitivos, mediante los cuales se asigna un contexto y un significado a
los sonidos; es decir, permiten reconocer una palabra o determinar que un sonido
dado corresponde a un violín o a un piano.
El
presente trabajo se limita a estudiar y utilizar solamente los aspectos
perceptuales del sistema auditivo; esto es, aquellos que son independientes del
contexto y del significado y que, en buena parte, se localizan en la región
periférica.
Región
periférica del sistema auditivo
Fig.1.
Anatomía del oído humano.
El
oído o región periférica se divide usualmente en tres zonas, llamadas oído
externo, oído medio y oído interno, de acuerdo a su ubicación en el cráneo,
como se ve en la figura 1
Los
estímulos sonoros se propagan a través de estas zonas, sufriendo diversas
transformaciones hasta su conversión final en impulsos nerviosos. Tanto el
procesamiento mecánico de las ondas sonoras como la conversión de éstas en señales
electroquímicas son procesos no lineales, lo cual dificulta la caracterización
y modelado de los fenómenos perceptuales.
En
las siguientes secciones de este trabajo se estudia la anatomía y
funcionamiento de estas tres zonas del oído, así como la propagación y
procesamiento del sonido a través de las mismas.
Anatomía y funcionamiento
El
oído externo (Fig.1) está formado por el pabellón
auricular u oreja, el cual dirige las ondas sonoras hacia el conducto
auditivo externo a través del orificio auditivo. El otro extremo del conducto
auditivo se encuentra cubierto por la membrana timpánica
o tímpano, la cual constituye la entrada al oído medio. La función del oído
externo es la de recolectar las ondas sonoras y encauzarlas hacia el oído
medio. Asimismo, el conducto auditivo tiene dos propósitos adicionales:
proteger las delicadas estructuras del oído medio contra daños y minimizar la
distancia del oído interno al cerebro, reduciendo el tiempo de propagación de
los impulsos nerviosos.
Respuesta en frecuencia y localización de las fuentes de
sonido
El
conducto auditivo es un "tubo" de
unos 2 cm de longitud, el cual influye en la respuesta en frecuencia del sistema
auditivo. Dada la velocidad de propagación del sonido en el aire (aprox. 334
m/s), dicha longitud corresponde a 1/4 de la longitud
de onda de una señal sonora de unos 4 kHz. Este es uno de los motivos
por los cuales el aparato auditivo presenta una mayor sensibilidad a las
frecuencias cercanas a los 4 kHz.
Adicionalmente,
el pabellón auricular, junto con la cabeza y los
hombros, contribuye a modificar el espectro de la señal sonora. Las señales
sonoras que entran al conducto auditivo externo sufren efectos de difracción
debidos a la forma del pabellón auricular y la cabeza, y estos efectos varían
según la dirección de incidencia y el contenido espectral de la señal; así,
se altera el espectro sonoro debido a la difracción. Estas alteraciones, en
forma de "picos" y "valles" en el espectro, son usadas por
el sistema auditivo para determinar la procedencia del sonido en el llamado
"plano medio" (plano imaginario perpendicular a la recta que une ambos
tímpanos).
Anatomía
El
oído medio (Fig.2) está constituido por una cavidad llena de aire, dentro de
la cual se encuentran tres huesecillos, denominados martillo, yunque y estribo,
unidos entre sí en forma articulada. Uno de los extremos del martillo se
encuentra adherido al tímpano, mientras que la base del estribo está unida
mediante un anillo flexible a las paredes de la ventana oval, orificio que
constituye la vía de entrada del sonido al oído interno.
Finalmente,
la cavidad del oído medio se comunica con el exterior del cuerpo a través de
la trompa de Eustaquio, la cual es un conducto que llega hasta las vías
respiratorias y que permite igualar la presión del aire a ambos lados del tímpano.
Propagación
del sonido y acople de impedancias
Los
sonidos, formados por oscilaciones de las moléculas del aire, son conducidos a
través del conducto auditivo hasta el tímpano. Los cambios de presión en la
pared externa de la membrana timpánica, asociados a la señal sonora, hacen que
dicha membrana vibre siguiendo las oscilaciones de dicha señal.
Las
vibraciones del tímpano se transmiten a lo largo de la cadena de huesecillos,
la cual opera como un sistema de palancas, de forma tal que la base del estribo
vibra en la ventana oval (ver la Fig.2). Este huesecillo se encuentra en
contacto con uno de los fluidos contenidos en el oído interno; por lo tanto, el
tímpano y la cadena de huesecillos actúan como un mecanismo para transformar
las vibraciones del aire en vibraciones del fluido.
Fig.2.
Propagación del sonido a través del oído medio e interno.
Ahora
bien, para lograr que la transferencia de potencia del aire al fluido sea máxima,
debe efectuarse un acoplamiento entre la impedancia mecánica característica
del aire y la del fluido, puesto que esta última es mucho mayor que la primera.
Un
equivalente mecánico de un transformador (el acoplador de impedancias eléctricas)
es, precisamente, una palanca; por ende, la cadena de huesecillos actúa como
acoplador de impedancias. Además, la relación entre las superficies del tímpano
y de la base del estribo (en la ventana oval) introduce un efecto de
acoplamiento adicional, lográndose una transformación de impedancias del orden
de 1:20, con lo cual se minimizan las pérdidas por reflexión.
Reflejo timpánico
o acústico
Cuando
se aplican sonidos de gran intensidad (> 90 dB SPL) al tímpano, los músculos
tensores del tímpano y el estribo se contraen de forma automática, modificando
la característica de transferencia del oído medio y disminuyendo la cantidad
de energía entregada al oído interno.
Este
"control de ganancia" se denomina reflejo timpánico o auditivo, y
tiene como propósito proteger a las células receptoras del oído interno
frente a sobrecargas que puedan llegar a destruirlas. Este reflejo no es instantáneo,
sino que tarda de 40 a 160 ms en producirse.
El
reflejo timpánico debe ser tomado en cuenta en cualquier modelo matemático del
procesamiento del sonido en el aparato auditivo, siempre que se trabaje con
sonidos de gran intensidad, puesto que es un mecanismo no lineal que introduce
un término cuadrático en la relación entrada-salida del oído medio.
El
oído interno representa el final de la cadena de procesamiento mecánico del
sonido, y en él se llevan a cabo tres funciones primordiales: filtraje
de la señal sonora, transducción y generación probabilística de impulsos
nerviosos.
En
el oído interno se encuentra la cóclea o caracol,
la cual es un conducto rígido en forma de espiral (ver la Fig.1) de unos 35 mm
de longitud, lleno con dos fluidos de distinta composición.
El
interior del conducto está dividido en sentido longitudinal por la membrana
basilar y la membrana de Reissner, las cuales forman tres compartimientos
o escalas (Fig. 5). La escala vestibular y la escala
timpánica contienen un mismo fluido (perilinfa), puesto que se
interconectan por una pequeña abertura situada en el vértice del caracol,
llamada helicotrema. Por el contrario, la escala
media se encuentra aislada de las otras dos escalas, y contiene un líquido
de distinta composición a la perilinfa (endolinfa).
La
base del estribo, a través de la ventana oval, está en contacto con el fluido
de la escala vestibular, mientras que la escala timpánica desemboca en la
cavidad del oído medio a través de otra abertura (ventana redonda) sellada por
una membrana flexible (membrana timpánica secundaria).
Sobre
la membrana basilar y en el interior de la escala media se encuentra el órgano
de Corti (Fig.6), el cual se extiende desde el vértice hasta la base de
la cóclea y contiene las células ciliares
que actúan como transductores de señales sonoras a impulsos nerviosos. Sobre
las células ciliares se ubica la membrana tectorial,
dentro de la cual se alojan las prolongaciones o cilios de las células ciliares
externas.
Dependiendo
de su ubicación en el órgano de Corti, se pueden distinguir dos tipos de células
ciliares: internas y externas. Existen alrededor de 3500
células ciliares internas y unas 20000 células externas. Ambos tipos de
células presentan conexiones o sinapsis con las fibras nerviosas aferentes (que
transportan impulsos hacia el cerebro) y eferentes (que transportan impulsos
provenientes del cerebro), las cuales conforman el nervio auditivo. Sin embargo,
la distribución de las fibras es muy desigual: más del 90% de las fibras
aferentes inervan a las células ciliares internas, mientras que la mayoría de
las 500 fibras eferentes inervan a las células ciliares externas.
Fig.
5. Corte transversal de la cóclea o caracol.
Fig.6. Órgano de Corti
Propagación
del sonido en la cóclea
Las
oscilaciones del estribo (ver la Fig.2) provocan oscilaciones en el fluido de la
escala vestibular (perilinfa). La membrana de
Reissner, la cual separa los fluidos de la escala vestibular y la escala
media, es sumamente delgada y, en consecuencia, los líquidos en ambas escalas
pueden tratarse como uno solo desde el punto de vista de la dinámica de los
fluidos. Así, las oscilaciones en la perilinfa de la escala vestibular se
transmiten a la endolinfa y de ésta a la membrana basilar (Fig..7); la membrana
basilar, a su vez, provoca oscilaciones en el fluido de la escala timpánica.
Fig.7. Corte transversal de un conducto de la cóclea.
Puesto que tanto los
fluidos como las paredes de la cóclea son incompresibles, es preciso compensar
el desplazamiento de los fluidos; esto se lleva a cabo en la membrana de la
ventana redonda, la cual permite "cerrar el circuito hidráulico".
La
propagación de las oscilaciones del fluido en la escala vestibular a la timpánica
no sólo se lleva a cabo a través de la membrana basilar; para sonidos de muy
baja frecuencia, las vibraciones se transmiten a través de la abertura situada
en el vértice de la cóclea (helicotrema).
En
conclusión, el sonido propagado a través del oído
externo y medio llega hasta la cóclea, donde las oscilaciones en los fluidos
hacen vibrar a la membrana basilar y a todas las estructuras que ésta soporta
Los
canales semicirculares y el vestíbulo están relacionados con el sentido del
equilibrio. En estos canales hay pelos similares a los del órgano de Corti, y
detectan los cambios de posición de la cabeza.
Los
tres canales semicirculares se extienden desde el vestíbulo formando ángulos más
o menos rectos entre sí, lo cual permite que los órganos sensoriales registren
los movimientos que la cabeza realiza en cada uno de los tres planos del
espacio: arriba y abajo, hacia adelante y hacia atrás, y hacia la izquierda o
hacia la derecha. Sobre las células pilosas del vestíbulo se encuentran unos
cristales de carbonato de calcio, conocidos en lenguaje técnico como otolitos y
en lenguaje coloquial como arenilla del oído. Cuando la cabeza está inclinada,
los otolitos cambian de posición y los pelos que se encuentran debajo responden
al cambio de presión. Los ojos y ciertas células sensoriales de la piel y de
tejidos internos, también ayudan a mantener el equilibrio; pero cuando el
laberinto del oído está dañado, o destruido, se producen problemas de
equilibrio. Es posible que quien padezca una enfermedad o un problema en el oído
interno no pueda mantenerse de pie con los ojos cerrados sin tambalearse o sin
caerse.
Las enfermedades del oído externo, medio o interno pueden producir una
sordera total o parcial; además, la mayor parte de las enfermedades del oído
interno están asociadas a problemas con el equilibrio. Entre las enfermedades
del oído externo se encuentran las malformaciones congénitas o adquiridas; la
inflamación producida por quemaduras, por congelación o por alteraciones cutáneas,
y la presencia de cuerpos extraños en el canal auditivo externo. Entre las
enfermedades del oído medio se encuentran la perforación del tímpano y las
infecciones. En el oído interno pueden producirse alteraciones tales como las
producidas por trastornos congénitos y funcionales, por drogas y por otras
sustancias tóxicas, problemas circulatorios, heridas y trastornos emocionales.
La otalgia, o dolor de oídos, no siempre está relacionada con alguna
enfermedad del oído; a veces la causa se encuentra en un diente incrustado,
sinusitis, amigdalitis, lesiones nasofaríngeas o adenopatías cervicales. El
tratamiento depende de cuál sea la causa principal. El acúfeno es un zumbido
persistente que se percibe en los oídos y puede producirse como consecuencia de
alguna de las alteraciones anteriores; otras causas pueden ser la excesiva
cantidad de cera en el oído, alergias o tumores. Con frecuencia, el acúfeno
persistente se debe a la exposición prolongada a un ruido excesivo que daña
las células pilosas de la cóclea. A veces las personas que padecen esta
alteración pueden utilizar un enmascarador de sonido para paliar el problema.
Entre
las malformaciones congénitas del oído externo destaca la ausencia del pabellón
auditivo, e incluso la apertura del canal auditivo externo. Si las estructuras
del oído medio son anormales es posible realizar una cirugía reconstructora de
la cadena de huesecillos para restablecer parte de la capacidad auditiva. Entre
las malformaciones adquiridas del oído externo se encuentran los cortes y las
heridas. El otematoma, conocido como oído en forma de coliflor y típico de los
boxeadores, es el resultado frecuente de los daños que sufre el cartílago del
oído cuando va acompañado de hemorragia interna y una producción excesiva de
tejido cicatrizante.
La
inflamación del oído externo puede aparecer como consecuencia de cualquier
enfermedad que produzca a su vez inflamación de la piel; es el caso de las
dermatitis producidas por quemaduras, lesiones y congelaciones. Enfermedades cutáneas
como la erisipela o la dermatitis seborreica afectan al oído con mucha
frecuencia. Tuberculosis y sífilis cutánea son algunas de las enfermedades más
raras que también afectan al oído externo.
La
presencia de cuerpos extraños en el canal auditivo externo (insectos, algodón
y cerumen —la cera que segrega el oído—) produce alteraciones auditivas y
deben ser extraídos con cuidado.
La
perforación del tímpano puede ocurrir por una lesión producida por cualquier
objeto afilado, por sonarse la nariz con fuerza, al recibir un golpe en el oído,
o a causa de cambios súbitos en la presión atmosférica.
La
infección del oído medio, aguda o crónica, se denomina otitis media. En la
otitis media supurativa aguda se incluyen todas las infecciones agudas del oído
medio producidas por bacterias piógenas. Por lo general, estas bacterias llegan
al oído medio a través de la trompa de Eustaquio. Cuando el mastoides resulta
afectado, la otitis media se puede complicar y, con frecuencia, se produce
sordera debido a la formación de adherencias y granulaciones de tejidos que
impiden el movimiento del tímpano y de los huesecillos. Si se produce una
distensión dolorosa del tímpano puede ser necesario realizar una intervención
quirúrgica para permitir el drenaje del oído medio. Desde que se comenzaron a
utilizar de forma generalizada la penicilina y otros antibióticos, las
complicaciones que afectan al mastoides son mucho menos frecuentes. La otitis
media supurativa crónica puede producirse como consecuencia de un drenaje
inadecuado del pus durante una infección aguda. Esta patología no responde con
facilidad a los agentes antibacterianos debido a que se producen cambios patológicos
irreversibles.
Las
otitis medias no supurativas, o serosas, agudas y crónicas, se producen por la
oclusión de la trompa de Eustaquio a causa de un enfriamiento de cabeza,
amigdalitis o adenoiditis, sinusitis, o por viajar en un avión no presurizado.
La forma crónica también puede producirse como consecuencia de infecciones
bacterianas producidas por neumococos o por Haemophilus
influenzae. Debido a que la descarga serosa (acuosa) empeora la capacidad
auditiva, se ha sugerido la posibilidad de que los niños que padezcan otitis
media puedan encontrar dificultades para el desarrollo del lenguaje. Se han
utilizado diversos tratamientos, entre ellos el uso de antibióticos y
antihistamínicos, la extirpación de amígdalas y adenoides, y la inserción de
tubos de drenaje en el oído medio.
Uno
de cada mil individuos adultos padece una pérdida de su capacidad auditiva
debido a una otosclerosis, u otospongiosis, que consiste en la formación de
hueso esponjoso entre el estribo y la ventana oval. Como consecuencia de esta
formación de tejido, el estribo queda inmovilizado y ya no puede transmitir
información hacia el oído interno. Cuando esta alteración progresa, es
necesario eliminar los depósitos óseos mediante cirugía, y reconstruir la
conexión entre el estribo y la ventana oval. En ocasiones, el estribo se
reemplaza por una prótesis similar a un émbolo. Incluso tras haber efectuado
una operación quirúrgica con éxito puede continuar depositándose tejido óseo
y producirse la pérdida de capacidad auditiva años después.
Las
enfermedades del oído interno también pueden alterar el sentido del equilibrio
e inducir síntomas de mareo. Estos síntomas también pueden deberse a anemia,
hipertermia, tumores del nervio acústico, exposición a un calor anormal,
problemas circulatorios, lesiones cerebrales, intoxicaciones y alteraciones
emocionales. El vértigo de Ménière aparece como consecuencia de lesiones
producidas en los canales semicirculares y produce náuseas, pérdida de la
capacidad auditiva, acúfenos o ruido en los oídos y alteraciones del
equilibrio. A veces está indicada la destrucción del laberinto
pseudomembranoso mediante criocirugía o por irradiación con ultrasonidos para
combatir vértigos que no tienen tratamiento.
La destrucción traumática del órgano de Corti en el oído interno es la
responsable de una gran proporción de los casos de sordera total. En los últimos
años, los científicos han desarrollado un dispositivo electrónico destinado a
adultos que padecen sordera profunda, que se conoce como implante coclear. Este
aparato convierte las ondas sonoras en señales eléctricas que se liberan en
unos electrodos implantados en la cóclea, y de esta manera se produce la
estimulación directa del nervio auditivo. Sin embargo, los sonidos que produce
son poco definidos y hasta ahora el implante coclear se utiliza sobre todo como
una ayuda para poder leer en los labios.
Contaminación
auditiva y salud
El ruido es una de las principales causas de preocupación entre la población de las ciudades, ya que incide en el nivel de calidad de vida y además puede provocar efectos nocivos sobre la salud, el comportamiento y actividades del hombre, y provoca efectos psicológicos y sociales. El incremento de los niveles de ruido ha crecido de forma desproporcionada en las últimas décadas y sólo en España se calcula que al menos 9 millones de personas soportan niveles medios de 65 decibelios (db), siendo el segundo país, detrás de Japón, con mayor índice de población expuesta a altos niveles de contaminación acústica.
Según la O.C.D.E.-Organización para
la Economía, Cooperación y Desarrollo- 130 millones de personas, se encuentran
con nivel sonoro superior a 65 db, el límite aceptado por la O.M.S. y otros 300
millones residen en zonas de incomodidad acústica, es decir entre 55 y 65 db.
Por debajo de 45 db no se perciben molestias. Con sonidos de 55 db, un 10% de la
población se ve afectada y con 85 db todos los seres humanos se sienten
alterados.
Las principales fuentes de contaminación acústica en la sociedad actual
provienen de los vehículos de motor, que se calculan en casi un 80%; el 10%
corresponde a las industrias; el 6% a ferrocarriles y el 4% a bares, locales públicos,
pubs, talleres industriales, etcétera. Desde hace pocos años el fenómeno
conocido como "movida" juvenil provoca, en diversas zonas de las
grandes ciudades, graves problemas entre los habitantes de esos espacios
residenciales, que han de soportar contaminación acústica procedente de vehículos,
aparatos de música y las emisiones sonoras de los participantes en la
"movida".
El actual parque automovilístico de España, con más de 16 millones de vehículos, genera continuamente un ruido especialmente intenso, ya que sólo como consecuencia del roce de neumáticos con la calzada se producen sonidos que, acumulados, resultan contaminantes. La construcción de autovías o circunvalaciones cercanas a diferentes núcleos de población han multiplicado el efecto del trafico rodado y el sonido que genera. Hay zonas
especialmente afectadas por estar construidas cerca de vías de ferrocarril o aeropuertos. Sin llegar a esos niveles, que pueden ser extremos, en general se sufre una multiexposición fuera del hábitat doméstico y dentro de la vivienda y el trabajo, que incide sobre la salud personal dependiendo del tiempo que se sufre y la sensibilización especial que pueda tener cada individuo.
* Efectos sobre la salud
Es similar al asociado al miedo y la tensión, con un aumento de pulsaciones, modificación del ritmo respiratorio, tensión muscular, presión arterial, resistencia de la piel, agudeza de visión y vasoconstricción periférica. Estos efectos no son permanentes, desparecen al cesar el ruido, aunque pueden presentar estados de nerviosismo asociados y no hay constancia de que puedan afectar a la salud mental. La pérdida de audición inducida por el ruido es irreversible por la incapacidad de regeneración de las células ciliares de la audición. La sordera podría aparecer en casos de soportar niveles superiores a 90 db y de forma continuada. Además, el ruido puede causar efectos sobre el sistema cardiovascular, con alteraciones del ritmo cardíaco, riesgo coronario, hipertensión arterial y excitabilidad vascular por efectos de carácter neurovegetativo. Sobre las glándulas endocrinas, con alteraciones hipofisiarias y aumento de la secreción de adrenalina. En el aparato digestivo puede generar un incremento de la enfermedad
gastroduodenal por dificultar el descanso. En general puede ser negativo para otras afecciones, por incremento inductor de estrés, aumento de alteraciones mentales, tendencia a actitudes agresivas, dificultades de observación, concentración, rendimiento y facilita los accidentes.
Los expertos indican que la mejor solución contra este modo de contaminación sería incorporar un estudio de niveles acústicos a la planificación urbanística, con el fin de crear "islas sonoras" o insonorizar los edificios próximos a los "puntos negros" de ruido, pero ello conlleva un coste elevadísimo. Es más eficaz adoptar medidas preventivas, ya que, económica y socialmente, son más rentables. Hay que potenciar campañas de educación medio ambiental, para que todos contribuyan y exijan la disminución de los niveles de ruido.
En cuanto a los niveles racionales, las cifras medias de las legislaciones europeas, marcan como límite aceptable 65 db durante el día y 55 db durante la noche, ya que la capacidad auditiva se deteriora en la banda comprendida entre 75 db y 125 db y pasa a un nivel doloroso, cuando se superan los 125 db, El umbral de dolor llega a los 140 db.
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Pájaros trinando: 10 db
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Claxon automóvil: 90 db
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Rumor de hojas de árboles: 20 db
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Claxon autobús: 100 db
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Zonas residenciales 40 db
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Interior discotecas: 110 db
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Conversación normal: 50 db
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Motocicletas sin silenciador: 115 db
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Ambiente oficina: 70 db
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Taladradores: 120 db
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Interior fábrica: 80 db
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Avión sobre la ciudad: 130 db
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Tráfico rodado: 85 db
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Umbral de dolor: 140 db