Acústica geométrica (Parte VI)

in StemSocial29 days ago

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En primer lugar mi saludo respetuoso para toda la comunidad académica y científica de Hive.blog, seguimos con el vínculo entre la acústica y la geometría, es decir, la acústica geométrica.

Introducción

Constantemente podemos percibir de nuestro entorno algún tipo de sonido a través de nuestros sistemas auditivos naturales (oídos), este tipo de fenómeno como hemos expresado depende del movimiento vibratorio de las partículas componentes de un determinado cuerpo u objeto, y para su propagación requiere del movimiento ondulatorio a través de ondas sonoras longitudinales de presión, por lo tanto, el sonido depende del esencial fenómeno del movimiento.

Hasta ahora hemos analizado del fenómeno del sonido su generación y en cuanto a esto siempre debemos recordar que sin vibración no existirá el sonido, también nos relacionamos con su propagación, y en cuanto a su propagación conocimos a los fenómenos como el de reflexión, absorción, transmisión, difracción y refracción, los mismos originados cuando las ondas sonoras impactan o chocan con ciertos obstáculos cuando se trasladan de la fuente emisora hasta un determinado receptor.

En la anterior entrega nos relacionamos con el espectro acústico o sonoro con la finalidad de ir identificando los distintos rangos de frecuencias para cada tipo de sonido, en donde, analizamos la fracción espectral audible para los seres humanos y el cual se encuentra entre los 20 Hz a 20.000 Hz (hercio o Hertz), dentro de dicha fracción espectral se encuentran sub-espectros de sonidos tales como el agudo, medio y grave, para seguir con nuestro objetivo es importante tener siempre presente que el número de ondas que cruzan un determinado punto en el tiempo de un segundo es llamado frecuencia.

En esta oportunidad nos relacionaremos con otra fracción espectral componente del espectro acústico o sonoro en relación a sus frecuencias o longitudes de ondas, por lo tanto, ya expresamos que así como existen sonidos que podemos captar con nuestros oídos, también existen ondas sonoras que son imperceptibles a nuestro sentido de audición natural, tal es el caso de los infrasonidos y de ellos conocemos de manera general algunas de sus características.

Los infrasonidos, por lo tanto, los encontraremos en la fracción espectral por debajo de los 20 Hz, esto hace que no los podamos percibir o escuchar conscientemente, sin embargo, es importante resaltar que a pesar de lo antes descrito, estos sonidos nos pueden afectar a tal punto de causarnos dolores de cabeza, náuseas, trastornos del sueño, entre otros efectos.

Las fuentes emisoras de este tipo de sonido pueden ser tanto naturales como artificiales, entre los naturales podemos mencionar a los terremotos, volcanes, olas del mar, entre otros, en cuanto a fuentes artificiales encontramos algunos tipos de ventiladores, motores de algunos acondicionadores de aire los cuales pueden emitir ondas sonoras de baja frecuencia inferior a los 20 Hz. Los infrasonidos son utilizados como medio de comunicación por algunos especies vivientes del reino animal tanto de habita terrestre como acuático, tales como los elefantes y las ballenas respectivamente.

Infrasonidos

Para poder analizar cualquier fracción de nuestro espectro acústico o sonoro siempre es importante tomar en cuenta una referencia, y esta es nuestro rango audible, es decir, aquella comprendida entre los 20 Hz a 20.000 Hz, por lo tanto, encontraremos de esta manera frecuencias acústicas menores o mayores a la de nuestra mencionada referencia, en este caso analizaremos aquellos sonidos cuyas frecuencias se encontraran por debajo de los 20 Hz, y con ello utilizaremos el prefijo infra que denota inferior, y de allí la caracterización de infrasonidos.

Todos podemos expresar que son innumerables los sonidos que podemos percibir de nuestro entorno, existen sonidos que no podemos percibir debido a su mayor longitud de ondas y en consecuencia menor frecuencia que la captada por nuestros oídos, sin embargo, el no poder percibir los infrasonidos ha resultado ser una característica favorable para los seres humanos debido a que si lográramos captar todas esas frecuencias de emisión de sonidos nuestro sentido de audición colapsaría, y en consecuencia difícilmente podríamos diferenciar un sonido especifico.

Sigamos ampliando nuestro espectro acústico y sonoro, para ello es importante tomar en cuenta que generalmente el rango o fracción de frecuencia infrasonora se encuentra estructurado en tres partes, en donde, encontramos; al infrasonido cercano, cuyo rango es de 20 Hz a 1 Hz, el infrasonido cuyo rango es de 1 Hz a 0.01 Hz, y la tercera sub-fracción espectral se encuentra representada por las denominadas ondas acústicas de gravedad cuya frecuencia es menor a los 0.01 Hz, de estas últimas longitudes de ondas (ondas acústicas de gravedad) es importante mencionar que las mismas son afectadas por la fuerza gravitatoria.

De acuerdo a lo anterior descrito procedamos a observar el espectro acústico o sonoro, ahora incluyendo al infrasonido y sus sub-regiones como se visualiza a continuación en la figura 1.

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En la anterior figura 1, pudimos observar al infrasonido con sus sub-regiones espectrales en relación a su frecuencia, las frecuencias antes descritas nos permiten expresar que las longitudes de ondas del infrasonido son notablemente mayores en relación a las longitudes de ondas de nuestra fracción referencial (sonido audible), y mientras el infrasonido más se aleje por la izquierda de los 20 Hz tendrá longitudes de ondas aún mayores y menor frecuencia.

El infrasonido mientras más cerca se encuentre de nuestra fracción audible o referencial (es decir de los 20 Hz) es posible poderlo reflejar o refractar debido a que su longitud de onda se encontrara alrededor de los 17 m, sin embargo, pueden tener longitudes de ondas que logran sobrepasar los 30 km, y en este caso el infrasonido sería difícil poderlo reflejar o refractar ya que para esta acción deberíamos contar con obstáculos semejantes al tamaño antes descrito, esta característica hace que este tipo de sonido sean considerados como pocos o nada direccionales.

Otra importante característica del infrasonido, es el poco efecto que genera la atenuación atmosférica durante la propagación de los mismos, lo que permite que este tipo de ondas infrasonoras logren trasladarse hacia lugares lejanos o de gran distancia sin que su respectiva amplitud se vea afectada de forma considerable.

Los infrasonidos a pesar que se encuentran fuera de nuestro rango audible, y no los percibimos de manera consciente, se considera que los mismos nos pueden llegar a generar vértigos, ansiedad, tristeza, náuseas, entre otros efectos.

Fuentes de infrasonidos

Este tipo de sonido imperceptible para nuestros oídos, puede generarse de manera natural o artificial, por ejemplo, los de emisión natural tiene como fuente a fenómenos naturales tales como las erupciones volcánicas como se muestra en la siguiente figura 2.

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Hasta ahora hemos resaltado que este tipo de sonido posee bajas frecuencia y con ello grandes longitudes de ondas, las erupciones de un volcán pueden llegar a provocar ondas de baja frecuencia del tipo explosivo y con ello infrasonidos, ya que este fenómeno puede poseer tal violencia en sus erupciones que logra acumular suficiente nivel de energía con la cual genera ondas de presión longitudinales cuya frecuencia se encuentra por debajo a los 20 Hz, y su recepción puede obtenerse a grandes distancias a través de la implementación de ciertos micrófonos o microbarómetros. Al seguir ubicando fuentes infrasonoras naturales nos encontramos con fenómenos como los sismos, este fenómeno genera movimiento o desplazamiento de tierra con lo cual acumula energía suficiente para originar ondas infrasonoras de baja frecuencia cuyo rango se encuentra entre los 0,01 a 10 Hz.

Otro fenómeno a considerar como fuente de emisión de infrasonido son las auroras, como pueden observar en la siguiente figura 3.

Figura 3. Auroras como fuente natural de generación de infrasonido

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Fuente

Las tormentas solares generan gran cantidad de partículas cargadas con extraordinaria energía térmica, y las mismas generan a las auroras, al conjunto de dichas partículas se les denomina plasmas, y este último al entrar en contacto con el oxígeno de la atmosfera de nuestro planeta genera la luminosidad observada, dicho fenómeno origina ondas infrasonoras mediante la expansión del aire del tipo no explosivo y cuyo rango de frecuencia se encuentra entre 0,1 a 0,01 Hz.

Si nos trasladamos a nuestra atmósfera podemos encontrarnos con varios fenómenos los cuales pueden generar ondas infrasonoras, entre ellos se encuentra el tornado como el de la siguiente figura 5.

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Es importante resaltar que existen varias especies del reino animal que utilizan o emiten infrasonidos para comunicarse entre ellos, esto es debido a que el infrasonido puede llegar a propagarse a través de grandes distancias, además sin que su amplitud sea afectada considerablemente, entre estos animales encontramos a los elefantes, los cuales pueden llegar a emitir y percibir bajas frecuencias alrededor de los 15 Hz, este tipo de comunicación infrasonora les brinda la posibilidad de prevenir el ataque de un depredador.

Otros animales que implementan este tipo de sonidos son los tigres, con ello pueden tanto comunicarse entre sí, como paralizar o inmovilizar a su presa, por lo tanto, son muchas las fuentes naturales las cuales logran la emisión y recepción (como el caso de los animales) de este tipo de sonido con ondas infrasonoras para nuestros oídos.

También podemos encontrarnos con fuentes de características artificiales que emiten este tipo de sonido, tal es el caso del denominado boom Sónico, este fenómeno lo origina un avión supersónico al romper la barrera del sonido, y cuya frecuencia se encuentra los 0,1 y 6 Hz, como pueden observar en la siguiente figura 6.

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Otra actividad artificial que genera ondas infrasonoras son las relacionadas a complejos mecanismos espaciales, tales como los cohetes en su despegue, la frecuencia de este tipo de infrasonido se encuentra entre el rango de 0.3 a 3 Hz, esta acción la podemos observar en la siguiente figura 7.

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Otra resaltante actividad artificial a considerar son las explosiones nucleares, de manera general podemos decir o destacar que la energía que genera una determinada explosión nuclear, desarrolla grandes perturbaciones en la atmosfera originándose cualquier forma de radiaciones y ondas, en relación a las ondas acústicas de baja frecuencia se propagan a grandes distancias y las cuales pueden ser captadas por diferentes detectores ubicados alrededor de nuestro planeta, las frecuencias de este tipo de ondas infrasonora se encuentra entre el rango de 0,02 y 4 Hz.

Conclusión

A nuestro alrededor se originan diferentes tipos de sonidos, algunos de estos poseen longitudes de ondas que pueden ser percibidos por nuestros sistemas auditivos naturales (oídos), y los mismos como hemos expresado pertenecen a la fracción espectral audible para los seres humanos cuyo rango de frecuencia se encuentra entre los 20 a 20.000 Hz.

En esta oportunidad nos trasladamos a otra fracción del espectro acústico o sonoro, en este caso los infrasonidos cuyo rango de frecuencia se encuentra por debajo de los 20 Hz, por lo tanto posee longitudes de ondas mayores y en consecuencia una menor frecuencia que la del sonido audible, sin embargo, este tipo de sonido a pesar de no percibirlo conscientemente puede generar en nuestro organismos ciertos efectos adversos, como dolor de cabeza, vértigos, náuseas, entre otros efectos.

Este tipo de sonido puede ser emitido por fuentes naturales como las erupciones volcánicas, las auroras, sismos, entre otros, en cuanto a las fuentes artificiales nos encontramos al impresionante boom sónico generado por un avión supersónico, existen algunas máquinas como turbinas, ventiladores, entre otros, que generan ondas de baja frecuencia, también nos encontramos actividades provocadas por el hombre como la detonaciones de bombas nucleares cuya violenta expansión genera cualquier tipo de radiación y ondas, entre las cuales están las ondas infrasonoras.

Hasta otra entrega mis apreciados lectores de Hive.blog, en especial a los miembros de las comunidades de #STEM-Espanol, los cuales reciben el apoyo de la comunidad de #stemsocial, por lo cual recomiendo ampliamente formar parte de este maravilloso proyecto, ya que nos permiten resaltar la gran tarea de la academia y el gran esfuerzo que realiza constantemente el campo de la ciencia.

Nota: Las imágenes, 1,2,5,6 y 7, son de mi autoría y fueron elaboradas usando Power Point y el gif animado fue elaborado con la aplicación de PhotoScape.

Referencias Bibliográficas

[1]Charles H. Lehmann. Geometría analítica

[2]Juan José Sendra Salas. Acústica gráfica. 1992.

[3]Ricardo Estellés Díaz. Acústica Física. 2007.

[4]Juan Carlos Muñoz Di-Parodi. Introducción a los Infrasonidos y su Recepción. UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILE, 2002..

Sort:  

Interesante material el que traes sobre el infrasonido, no sabía que las auroras podían emitir sonidos de baja frecuencia inaudibles para el ser humano. Quizás por eso los animales presienten fenómenos como sismos o erupciones de volcanes antes de que sucedan porque pueden oir los sonidos fuera de nuestro rango de audición que estos fenómenos emiten. Buen trabajo, saludos @rbalzan79!

Saludos estimado amigo @acont, es un gusto tenerte de visita en mi blog, es impresionante la capacidad auditiva de los animales, existen muchos estudios al respecto, muchos de nosotros hemos visto cierto comportamiento inusual de animales antes de que ocurra cierto fenómeno como los terremotos, este hecho se vincula con la capacidad antes descrita, ya que los mismos logran captar las silenciosas vibraciones que se propagan a través del suelo y que generan estas bajas frecuencia de sonido.

Gracias amigo por realizar tan importante aporte. Éxitos y bendiciones para ti y tu familia.

Excelente abordaje el que nos presentas @rbalzan79 como nos tienes acostumbrados con imágenes propias. Saludos y gracias por compartir

Saludos estimado amigo @carlos84, gracias por tu positivo e importante comentario, éxitos.

Llama la atención el hecho del poder de los animales de detectar esos infrasonidos, me despierta la curiosidad en saber de si esto se puede asociar al hecho de muchos animales son premonitores de sismos. Leeré al respecto. Excelente artículo amigo @rbalzan79, muchas bendiciones!

Saludos estimado amigo @eliaschess333, es un placer tenerlo de visita en mi blog, interesantísima reflexión la que realizas, muchos estudios relacionado al tema sobre la capacidad que poseen los animales para detectar bajas frecuencias de sonidos lo cual le permiten captar las imperceptibles (para nuestros sentidos) vibraciones primarias de un terremoto antes que lleguen las vibraciones secundarias, vibraciones que originan infrasonido, es un amplio campo de conocimiento y de constante descubrimiento.

Gracias amigo por tu valioso aporte, igualmente bendiciones para ti y tu familia.

Excelente tema abordo es muy importante para todos conocer el poder de los animales de detectar esos ultrasonido, ya que nos llama mucho la atención y saber si todos los animales lo pudieran detectar. Saludos amigo gracias por compartir tan importante información

Gracias amiga @sandracarrascal por tu importante visita a mi blog, la capacidad de audición de los animales es extraordinaria como lo pudimos notar con los infrasonidos en la próxima entrega nos relacionaremos con los ultrasonidos su relación con ciertos animales y algunas de sus aplicaciones en nuestras actividades.

Buenas, Su post ha sido propuesto para ser votado a lo largo del día por el witness @cervantes. Un saludo.

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Saludos cordiales @ramonycajal gracias por su valioso apoyo e igualmente a toda la comunidad de Cervantes.

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Gracias comunidad por tan valioso apoyo. Saludos.

Excelente artículo amigo @rbalzan79, como siempre muy buenas imagenes. Ciertamente es curioso el poder de los animales de detectar esas frecuencias de infrasonidos, como sabemos los animales tienen sentidos muy agudos y a veces son capaces de percibir cosas más alla de nuestros sentidos. Saludos!

Saludos amigo @emiliomoron un placer tenerte de visita en mi blog, los infrasonidos poseen bajas frecuencia debido a que sus longitudes de ondas son mayores que las que podemos percibir los seres humanos, y los mismos pueden ser captadas y emitidos por ciertos animales, esto les permite poder percibir nuestro entorno natural con mucha mayor facilidad que nosotros.

Gracias por tu aporte y éxitos pata ti y tu familia.

El lado más interesante de este tipo de contenido, es que desnuda el lado menos divulgado de la ciencia, pues presentar de forma minuciosa la representación gráfica del sonido mediante geometría, es un enfoque maravilloso, no sólo por lo didáctico sino también por lo entretenido de cada dibujo técnico sumado al compilado mecánico y sonoro. Felicitaciones @rbalzan79 y gracias por compartir este tipo de contenido con la comunidad.

Saludos estimado profesor @lupafilotaxia, es un honor tenerlo de visita en mi blog, agradecido enormemente por su positiva apreciación a mi artículo, el sonido es un maravilloso fenómeno que permite a los seres humanos (en condiciones normales) poder captar nuestro entorno en términos sonoros, y las imágenes como muy bien expresa son aliadas a una mejor comprensión del tema planteado, bendiciones para usted y su familia, nos seguimos leyendo. Éxitos.

Saludos amigo @rbalzan79, te felicito hermano por el gran trabajo que vienes realizando, de esta entrega me llamo la atención los sonido naturales y como íntegras está interesante temática con la naturaleza.

Hasta luego amigo, que tengas un excelente fin de semana, bendiciones para ti y tu familia.

Saludos mi estimado amigo @amestyj, un placer tenerte de visita en mi blog, agradecido por tu positiva apreciación me permite mayor motivación en la continuidad de este material, igualmente bendiciones para ti y tu familia, éxitos nos seguimos leyendo.