Cuando un cuerpo sólido, líquido o gaseoso vibra, nos percatamos del fenómeno fundamentalmente por la vista o el oído. Es lo que ocurre al golpear una mesa, al agitar el agua, al hacer pasar el aire con fuerza a través de una rendija o al soplar contra una membrana.
Los fenómenos debidos a las vibraciones mecánicas de un medio cualquiera, y cuya percepción logramos mediante el oído, se llaman fenómenos sonoros.
- Cuando una fuente sonora produce un sonido, las partículas de aire más cercanas a dicha fuente vibran y hacen vibrar las partículas de aire contiguas, lo que origina una onda longitudinal.
- En el aire por el que se propaga el sonido se generan sectores de mayor concentración de partículas, denominados zonas de compresión, y sectores de menor concentración de partículas, llamados zonas de rarefacción.
- La onda sonora se propaga longitudinalmente hasta llegar al receptor de la onda.
Para que el fenómeno sonoro exista realmente, es necesario que concurran las siguientes condiciones:
a) La existencia de una fuente sonora, es decir, de un cuerpo cuyas moléculas puedan vibrar bajo la acción de un estímulo externo;
b) La existencia de un medio transmisor, o sea, de un sistema de moléculas suficientemente elástico y ponderable como para que a través de él se propaguen las ondas producidas por la fuente sonora, y
c) La existencia de un sujeto receptor (el hombre o algún animal) capacitado para captar las ondas producidas y transformarlas en sensación sonora.
MECANISMO POR EL CUAL EL SER HUMANO PUEDE OIR
Las ondas sonoras penetran en el oído por el canal auditivo, que mide unos 25 mm, y al llegar a su extremo chocan con el tímpano, que es una membrana delgadísima (de aproximadamente 0,0001 m), sujeta muy tensamente por los huesos del cráneo. Es como el parche de un tambor, y a ello debe su nombre. Al llegar la onda sonora, el tímpano vibra, y esta vibración se propaga hacia adentro, mediante los huesecillos del oído, el primero de los cuales está apoyado en el tímpano y el último en la ventana oval, por donde la vibración pasa al laberinto.
No se sabe con certeza cómo es que oímos, pero en el laberinto hay una multitud de nerviecitos, que parecerían funcionar como las cuerdas de un piano: cada uno de ellos es sensible a un cierto sonido, y cuando es excitado, envía la sensación al cerebro, el que elaborando todas las sensaciones recibidas nos las hace percibir como sonidos.
Los audífonos con cancelación de ruido, por lo menos los auténticos, reducen el ruido ambiente mediante un control activo del ruido (ANC, Active Noise Cancellation en inglés). Lo que hace el ANC, es tomar el ruido captado del ambiente utilizando un micrófono puesto cerca del oído (en la práctica integrado en los fonos), y mediante un circuito electrónico se produce una onda de sonido de polaridad opuesta, lo que cancela la onda original.
EFECTO DOOPLER
El efecto Doppler fue desarrollado por Christian Doppler en 1842. Casi todos nosotros estamos familiarizados de alguna manera con el efecto Doppler por las experiencias de nuestra vida cotidiana. Cuando una ambulancia o un tren o un avión se acerca a nosotros a gran velocidad produciendo un ruido con una frecuencia audible ya sea con su sirena o con el ruido de sus motores, escuchamos el sonido con cierto tono distintivo. Pero en cuanto la ambulancia o el tren o el avión se empiezan a alejar de nosotros, el tono del sonido se vuelve distintiblemente más grave. Doopler determinó que las ondas de sonido tendrían una frecuencia más alta si la fuente del sonido se movía en dirección al receptor y una frecuencia más baja si la fuente del sonido se alejaba del receptor.
Un ejemplo típico de esto es el tren. Cuando un tren se acerca, el sonido del silbato tiene un tono más alto que lo normal. Puede oír como el tono cambia mientras el tren pasa.
Lo mismo ocurre con las sirenas de los autos de policía, ambulancias y con los motores de autos de carrera.
Una manera de visualizar el efecto Doppler es pensar en las ondas como pulsaciones que se emiten a intervalos regulares. Imagina que caminas hacia adelante. Cada vez que das un paso, emites una pulsación. Cada pulsación frente a tí estará un paso más cercano, mientras que cada pulsación detrás de ti estará un paso más alejada. Las pulsaciones frente a ti son de mayor frecuencia y las pulsaciones detrás de ti tienen menor frecuencia.
El efecto Doppler no solo se aplica a los sonidos. Funciona con otro tipo de ondas. Esto incluye a la luz. Edwin Hubble usó el efecto Doppler para determinar que el universo se está expandiendo. Hubble encontró que la luz de galaxias distantes está corrida hacia frecuencias más elevadas, hacia el rojo final del espectro. A esto se le conoce como el desplazamiento Doppler, o cómo desplazamiento al rojo. Si las galaxias se estuviesen acercando, la luz se desplazara al azul. Los radares Doppler ayudan a los meteorólogos a detectar posibles tornados.
Análisis de percepción de frecuencias emitidas por una fuente emisora de sonido:
- Fuente y observador en reposo: Cuando un emisor de sonido está reposo entonces los frentes de onda se propagan formando esferas concéntricas, con el emisor en el centro. Un observador en reposo sentirá el sonido con frecuencia constante.
- Fuente moviéndose y observador en reposo: Cuando el emisor se está moviendo acercándose al observador (oidor), entonces los frentes de onda se irán aproximando unos a otros generando un cambio en la frecuencia (aumentando). Esto ocurre ya que las ondas aparentan comenzar a juntarse al mismo tiempo que el coche se dirige hacia una dirección. En el diagrama la fuente emisora está acercándose hacia la derecha. Al ocurrir tal cosa, la velocidad de la fuente se suma (clásicamente) a la velocidad con la cual se trasladan las ondas sonoras en el aire, dando como resultado que para el receptor a la cual se le está acercando la fuente a gran velocidad llegará una cantidad mayor de ondas sonoras que las que escucharía alguien en la fuente emisora en un mismo intervalo de tiempo.
En cambio si se está alejando del observador los frentes de onda se irán espaciando, sintiéndose una disminución de la frecuencia. Es decir para el receptor del cual se está alejando la fuente emisora, escuchará el sonido algo más grave, más bajo en frecuencia, con una frecuencia menor a la emitida por la fuente emisora. Es decir, en este ejemplo, hacia la derecha aumentaría la frecuencia aparente percibida por el oyente y hacia la izquierda disminuiría. En el caso de la longitud de onda ocurre lo inverso.
CÁLCULO DE FRECUENCIAS CON EFECTO DOPPLER, CONSIDERANDO LA RAPIDEZ DE LA FUENTE EMISORA, DEL SONIDO Y RECEPTOR
El efecto Doppler son las variaciones aparentes en la frecuencia de una onda cualquiera (sonora, luminosa), causadas por el movimiento ya sea de la fuente emisora, ya sea del receptor de la onda sonora o de ambos. Ahora se va a considerar la rapidez de todos los entes involucrados.
Supóngase una moto emitiendo un sonido, es decir que actúa como una fuente sonora, con una frecuencia de 200 Hz, dicho sonido viaja por el espacio hacia todas direcciones a una velocidad de 340 metros por segundo. A su vez, la moto lleva una velocidad propia, de 80 km por hora (22 m/s)
¿Qué sucede con los receptores respecto a la frecuencia con que perciben el sonido de la moto?
Todo depende de las velocidades de los involucrados. La chica de la izquierda está en reposo, respecto al suelo, el sonido debería llegar a la velocidad de 340 m/s, pero resulta que el emisor del sonido (la moto) se aleja de ella a 22 m/s, por lo tanto, a ella le llega el sonido solo a 318 m/s (340 - 22), por lo tanto percibirá un sonido de menor frecuencia respecto a la frecuencia de la frecuencia inicial (ondas más largas, tono menos agudo). El muchacho de la derecha camina, supongamos a 3 m/s, hacia la moto. Respecto a este muchacho, el sonido viaja hacia él a 340 m/s, más los 22 m/s de la moto y más los 3 m/s de su caminar hacia la moto; por lo tanto, percibirá un sonido de mayor frecuencia que la inicial de la fuente emisora, ondas más cortas, tono más agudo).
La siguiente fórmula general permite hallar la frecuencia que percibirá el receptor u observador:
Donde: fo = frecuencia que percibe el observador (también se usa como fr o frecuencia de la señal recibida) ff= frecuencia real que emite la fuente (también se usa como fe o frecuencia de la señal emitida) vs = velocidad del sonido (340 m/s) vo = velocidad del observador (también se usa como vr o velocidad del receptor) vf = velocidad de la fuente (también se usa como ve o velocidad del emisor)
Debemos fijar la atención en los signos + (más) y – (menos) de la ecuación. Notemos que en el numerador aparece como ± (más menos) y en el denominador aparece invertido (menos más). Esta ubicación de signos es muy importante ya que usar uno u otro depende de si el observador se acerca o se aleja de la fuente emisora de sonido.
Importante: Si el observador se acerca a la fuente emisora, el signo en el numerador será + (más) y simultáneamente el signo en el denominador será – (menos).
Ahora, si el observador se aleja de la fuente emisora, el signo en el numerador será – (menos) y simultáneamente el signo del denominador será + (más).
Ejemplo N° 1: Una radio emite un sonido con frecuencia de 440 Hz, un receptor camina hacia la fuente emisora (la radio) con velocidad de 20 m/s. ¿Con qué frecuencia recibe el sonido el receptor?
Datos obtenidos: fo = x (desconocida), frecuencia aparente que percibe el observador ff = 440 Hz: frecuencia real que emite la fuente vs = 340 m/s: velocidad del sonido vo = 20 m/s: velocidad del observador (con signo + ya que se acerca a la fuente) vf = 0: velocidad de la fuente (fuente en reposo)
Al usar fórmula y sustituir datos:
Nótese que la velocidad de la fuente (la radio) es 0 (cero) pues se encuentra en un lugar fijo, no tiene movimiento. Por lo tanto el receptor percibe el sonido con una frecuencia aparente de 466 Hz, mayor a la de la fuente emisora.
Ejemplo N° 2: La sirena de la ambulancia emite un sonido cuya frecuencia es 200 Hz. La ambulancia viaja a 80 m/s, alejándose del receptor. El receptor se aleja de la ambulancia a velocidad de 5 m/s. ¿Con qué frecuencia aparente percibe el sonido el receptor?
Datos obtenidos: fo = x ff = 200 Hz vs = 340 m/s vo = - 5 m/s: velocidad del observador (con signo - ya que se acerca a la fuente) vf = 80 m/s
Al usar fórmula y sustituir datos:
El receptor percibe el sonido con una frecuencia aparente de 160 Hz.
Oye la frecuencia decaer
cada vez que me dejas te perseguiría hasta el sol pero hoy es solo inercia Y un milenio pasa... Oye el arco suena a lágrimas cada vez que lo tensas y oye las sirenas en el mar si es que aún no lo entiendes Es el efecto doppler cuando te alejas de mí Es el efecto doppler cuando te alejas de mí vuelve... vuelve... Sostenido por una ilusión cae la frecuencia de tu amor
Los audífonos con cancelación de ruido, por lo menos los auténticos, reducen el ruido ambiente mediante un control activo del ruido (ANC, Active Noise Cancellation en inglés). Lo que hace el ANC, es tomar el ruido captado del ambiente utilizando un micrófono puesto cerca del oído (en la práctica integrado en los fonos), y mediante un circuito electrónico se produce una onda de sonido de polaridad opuesta, lo que cancela la onda original.
El efecto Doppler fue desarrollado por Christian Doppler en 1842. Casi todos nosotros estamos familiarizados de alguna manera con el efecto Doppler por las experiencias de nuestra vida cotidiana. Cuando una ambulancia o un tren o un avión se acerca a nosotros a gran velocidad produciendo un ruido con una frecuencia audible ya sea con su sirena o con el ruido de sus motores, escuchamos el sonido con cierto tono distintivo. Pero en cuanto la ambulancia o el tren o el avión se empiezan a alejar de nosotros, el tono del sonido se vuelve distintiblemente más grave. Doopler determinó que las ondas de sonido tendrían una frecuencia más alta si la fuente del sonido se movía en dirección al receptor y una frecuencia más baja si la fuente del sonido se alejaba del receptor.
Un ejemplo típico de esto es el tren. Cuando un tren se acerca, el sonido del silbato tiene un tono más alto que lo normal. Puede oír como el tono cambia mientras el tren pasa.
El efecto Doppler no solo se aplica a los sonidos. Funciona con otro tipo de ondas. Esto incluye a la luz. Edwin Hubble usó el efecto Doppler para determinar que el universo se está expandiendo. Hubble encontró que la luz de galaxias distantes está corrida hacia frecuencias más elevadas, hacia el rojo final del espectro. A esto se le conoce como el desplazamiento Doppler, o cómo desplazamiento al rojo. Si las galaxias se estuviesen acercando, la luz se desplazara al azul.
Fuente y observador en reposo: Cuando un emisor de sonido está reposo entonces los frentes de onda se propagan formando esferas concéntricas, con el emisor en el centro. Un observador en reposo sentirá el sonido con frecuencia constante.
Fuente moviéndose y observador en reposo:
En cambio si se está alejando del observador los frentes de onda se irán espaciando, sintiéndose una disminución de la frecuencia. Es decir para el receptor del cual se está alejando la fuente emisora, escuchará el sonido algo más grave, más bajo en frecuencia, con una frecuencia menor a la emitida por la fuente emisora.
Supóngase una moto emitiendo un sonido, es decir que actúa como una fuente sonora, con una frecuencia de 200 Hz, dicho sonido viaja por el espacio hacia todas direcciones a una velocidad de 340 metros por segundo. A su vez, la moto lleva una velocidad propia, de 80 km por hora (22 m/s)
