Infrasonido

Universidad de La Frontera

Facultad de Ingeniería, Ciencias y Administración

Temuco

Trabajo de Infrasonido y ultrasonido

Integrante: Erik Soto A.

Carrera: Ing. Civil Electrónica

Integrante: Erik Soto A.

Carrera: Ing. Civil Electrónica

Martes 19 de Abril de 2011

Introducción

El sonido se puede definir según la acústica física y según la acústica fisiológica. Según la primera, el sonido es una vibración mecánica longitudinal capaz de producir una sensación auditiva y según la acústica fisiológica, es la sensación auditiva producida por una vibración de carácter mecánico. El estudio del sonido abarca varias ciencias y campos de investigación. La acústica física estudia las características y propiedades de la vibración sonora audible (20 a 20000 Hz), sus tipos y los diferentes medios por los que se propaga. Como una extensión de la acústica física se estudian otras vibraciones:

Vibraciones ultrasónicas: Frecuencias por encima del umbral de sensibilidad humana (20 KHz). Los ultrasonidos tienen multitud de aplicaciones: en medicina (terapia, ecografía, etc.), en oceanografía (medición de profundidades, detección de icebergs, funcionamiento del sónar, etc.) en la industria y en teledirección, entre otras.

Vibraciones Infrasónicas: Frecuencias por debajo del umbral de sensibilidad humano (20 Hz). El estudio de los infrasonidos se centra en la atenuación y/o eliminación de frecuencias perjudiciales para la salud o el bienestar. Fuentes artificiales generadoras de infrasonidos pueden ser motores, sistemas de ventilación o sistemas de calefacci

ón y fuentes naturales, las tormentas, terremotos, fuertes vientos, volcanes y, en general, todo fenómeno que suponga movimiento de una gran masa.

Diremos por último que este tipo de ondas sonoras son inaudibles por los seres humanos pero no por otras especies animales. De hecho, especies como los murciélagos pueden emitir infrasonidos y exactamente lo mismo ocurre con los elefantes y los infrasonidos.

Infrasonidos

Podemos definir los infrasonidos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de los aparatos electroacústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz, consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por debajo de los 30 Hz.

Dentro de la teoría de los infrasonidos abarcamos las vibraciones de los líquidos y las de los gases pero no la de los sólidos. Éstas últimas, gracias a sus aplicaciones y su problemática, se han convertido en una ciencia aparte llamada vibraciones mecánicas.

Veamos algunas características de los infrasonidos:

* Emisión en forma de ondas esféricas.

* Son difíciles de concentrar.

* Menor absorción que a altas frecuencias, aunque ésta dependerá de la temperatura del gas en el que viajan, el peso molecular del mismo y la dirección del viento.

* Los emisores existentes suelen ser de mala calidad.

* Debido a una menor atenuación, los infrasonidos pueden llegar más lejos que las demás ondas. Esto es utilizado para la detección de grandes objetos a grandes distancias co

mo montañas o el fondo marino.

En todo fenómeno transitorio se producen infrasonidos; de esta forma, en una vulgar conversación los producimos (de forma menos notable en las vocales y más en las consonantes fricativas como la "f" y la "s").

Generadores de infrasonidos

Primeramente cabe señalar la dificultad de crear emisores de infrasonidos funcionando periódicamente con una potencia suficiente y que a su vez se transmitan varios kilómetros. Ejemplos de emisores de infrasonidos pueden ser altavoces, tubos de resonancia, silbatos, motores de pistón con filtros acústicos paso bajo adaptados a los infrasonidos, etc., pero ninguno de ellos llegó a generar infrasonidos puros cuya intensidad sobrepasara los 160 dB. A todo lo anterior hay que añadir la no directividad de las ondas (éstas son ondas esféricas), lo que implica una rápida dispersión de éstas.

Pasemos a explicar la dificultad de conseguir una intensidad suficiente en los infrasonidos. Debido a que las ondas son esféricas, la presión y velocidad de las partículas tienen un desfase de π/2 que desaparecerá a una distancia de aproximadamente la longitud de onda. La expresión de la intensidad de radiación viene dado por la siguiente fórmula:

Donde p es la presión, v la velocidad y α el desfase entre ambas. Como hemos dicho, al principio el desfase era de π/2 con lo que la intensidad se hace nula y comenzará a tener importancia cuando el desfase sea 0 que ocurría a una distancia de una longitud de onda, momento en el que las ondas están muy debilitadas (se hace difícil llegar a las altas amplitudes).

En

conclusión, lo que se generan realmente son pseudoinfrasonidos en recintos cerrados donde se hace variar la presión y cuyos efectos son parecidos a los de los infrasonidos verdaderos. Además la concentración de estos es bastante difícil ya que se harían necesarios unos reflectores con un diámetro de algunas decenas de metros.

Infrasonidos producidos por fuentes naturales

En una situación cualquiera, puede ocurrir que aparezcan infrasonidos de gran intensidad cuyas causas pueden ser muchas y muy variadas (a menudo desconocidas) como pueden ser la superficie mar enfurecido, ciclones, terremotos, movimientos de la ionosfera producidos por rayos cósmicos o meteoritos, etc.

Cabe destacar entre las ondas generadas aquellas cuya frecuencia ronda 1 Hz ya que se propagan sin casi perder energía. Un ejemplo de ellas ocurrió en la erupción del volcán Krakatoa cuando una onda de infrasonidos dio varias veces la vuelta al mundo. Otros ejemplos de infrasonidos producidos por fuentes naturales son la caída de un meteorito en un bosque de Siberia en 1908 y el viento en un hospital de Copenhague, que provocaba reacciones en los enfermos.

Infrasonidos producidos por fuentes artificiales

Una fuente artificial importante en la generación de infrasonidos es una cámara de combustión, lo cual se convierte en un grave problema. Se cree que la causa de este fenómeno radica en el fenómeno de la resonancia, el cual veremos con más detalle en el apartado de generación de ultrasonidos.

Otros ejemplos de de fuentes infrasónicas artificiales son los motores de cohetes y, como ejemp

lo particular, la explosión de un artefacto en la Primera Guerra Mundial. Caso curioso el de este último ya que se pudo apreciar una onda sonora en un radio de los 100 primeros kilómetros y más allá de los 200 sin que entre los 100 y los 200 hubiera sonido alguno. Pasemos a explicar este fenómeno: Una explosión genera tanto onda sonora audible como infrasonidos. La onda sonora llegó hasta los 100 kilómetros (de allí no pasó por atenuación) pero el infrasonido siguió viajando tanto horizontalmente como hacia arriba (onda esférica). ésta última se reflejó en la ozonosfera y se sumó a la que se transmitió en la horizontal dando una mayor intensidad y generando de nuevo una onda sonora apreciable por el ser humano.

Silbatos emisores de infrasonidos

Dedicamos un pequeño apartado para hablar de algunos silbatos muy antiguos que son capaces de emitir ondas infrasónicas. La figura siguiente muestra uno de ellos:

A continuación, observamos el funcionamiento de este aerófono tan peculiar y lo comentamos:

1. La corriente de aire proveniente de la cavidad bucal 1 se introduce por el canal superior A.

2. En la salida del hoyo A, el flujo de aire comprimido se puede expandir, porque la cámara principal B es abierta y tiene menor presión. Así pueden ocurrir difracciones debido a que la apertura es pequeña.

3. Las ondas expandidas se dirigen al otro lado de la cámara B y hacia el hoyo circular de C, generando reflexiones hacia atrás.

4. El fuerte flujo principal de aire, que viene del hoyo A, pasa a través del hoyo C y va hacia la cavidad bucal 2, que actúa como un

sistema de masa-resorte, generando reflexiones hacia atrás.

5. Cuando esas reflexiones cruzan el hoyo C se generan más refracciones en la cámara principal B.

6. En pocos milisegundos, la combinación de reflexiones, refracciones y expansiones en ambas direcciones, con los dos hoyos circulares en un espacio reducido pueden generar un complejo conjunto dinámico de ondas y presiones, produciendo un sonido característico.

7. Las dos cámaras resonadoras amplifican dos grupos de componentes de frecuencias.

Es decir, tiene lugar a la salida una onda sonora con componentes tanto audibles como frasónicas:

Nótese que los mayores picos de amplitud de este aerófono se producen en 2 KHz y 6 KHz pero también se pueden apreciar componentes sonoras de cierta intensidad por debajo de los 20 Hz.

Detección de infrasonidos

Los dispositivos de detección de infrasonidos se basan en la variación de una capacidad o de una resistencia eléctrica. También nos encontramos dificultades a la hora de detectar la señal infrasónica al igual que al generarlas. Los micrófonos usuales de audiofrecuencia son inservibles: los electrodinámicos están basados en el desplazamiento rápido de una bobina dentro de un campo magnético y los infrasonidos la moverían de forma lenta, los de carbón son inestables y los piezoeléctricos no son lo suficientemente sensibles. Normalmente se han utilizado los micrófonos electroacústicos.

Existen

...