8/9/13

Vibración del Sonido

El sonido es un fenómeno vibratorio transmitido en forma de ondas. Para que se genere un sonido es necesario que vibre alguna fuente. Las vibraciones pueden ser transmitidas a través de diversos medios elásticos, entre los más comunes se encuentran el aire y el agua.

Campos de sonido radiado por fuentes simples

La radiación de una fuente monopolar.
Un monopolo es una fuente que irradia sonido igualmente en todas direcciones. El ejemplo más simple de una fuente monopolar sería una esfera cuyo radio se expande y contrae alternativamente sinusoidal.

La fuente monopolar crea una onda de sonido alternativamente por la introducción y la extracción de líquido en la zona circundante. Un altavoz en caja a bajas frecuencias actúa como un monopolo. 

El patrón de directividad para una fuente monopolar se muestra en la figura.

El Gif animado muestra el campo de presión producida por una fuente monopolar. Simplemente puntos individuales en la red se mueven hacia adelante y hacia atrás sobre una posición de equilibrio, mientras que la onda esférica se expande hacia el exterior.

La radiación de una fuente de dipolo.

Una fuente de dipolo consiste en dos fuentes de monopolo de igual intensidad pero de fase opuesta y separados por una distancia pequeña en comparación con la longitud de onda del sonido. El resultado es que el fluido (aire), cerca de las dos fuentes salpica de un lado a otro para producir el sonido. Una esfera que oscila hacia adelante y hacia atrás actúa como una fuente dipolar, al igual que un altavoz sin embalaje (mientras que el frente está empujando hacia afuera la parte de atrás está chupando). Una fuente dipolar irradia en todas las direcciones por igual. El patrón de directividad se ve como una figura, hay dos regiones donde el sonido se irradia muy bien y dos regiones donde el sonido se cancela.
El Gif animado muestra el campo de presión producida por una fuente de dipolo. En el centro del campo de presión se puede ver la ida y vuelta causada por el movimiento dipolo. Las regiones en las que se cancela sonido se muestra a lo largo de los ejes verticales (el movimiento de la rejilla es casi cero). Por otra parte, los frentes de onda en expansión hacia la derecha y la izquierda son 180 o fuera de fase entre sí.

La radiación de una fuente de cuadrupolo lateral.

Si dos monopolos de fases opuestas forman un dipolo, dos dipolos opuestos constituyen una fuente cuadrupolo. En un cuadrupolo lateral, la disposición de los dos dipolos no se encuentran en la misma línea (cuatro monopolos con fases alternas en las esquinas de un cuadrado). El patrón de directividad de un cuadrupolo lateral se ve como un patrón de hoja de trébol; el sonido se irradia bien delante de cada fuente monopolar, pero el sonido se cancela en puntos equidistantes de monopolos opuestos adyacentes.

El Gif animado muestra el campo de presión producida por una fuente de cuadrupolo lateral. En el centro del campo de presión se puede ver el movimiento cuadrupolo como el movimiento de las partículas se alternan en las direcciones horizontal y vertical de ida y vuelta causada por el movimiento dipolo. Las regiones en las que se cancela el sonido muestra a lo largo de las diagonales (donde el movimiento de la rejilla es casi cero). Además, hay 180º de diferencia de fase entre los frentes de onda horizontales y verticales.

La radiación de una fuente de cuadrupolo lineal.

Si dos dipolos de fases opuestas se encuentran en la misma línea conforman un cuadrupolo lineal. Un tenedor de ajuste es un buen ejemplo de una fuente de cuadrupolo lineal (cada diente actúa como un dipolo, ya que vibra hacia atrás y adelante, y los dos dientes oscilan en direcciones opuestas). Lo que hace que el cuadrupolo lineal sea interesante es que hay una transición muy obvia a partir del campo cercano al campo lejano. En el campo cercano hay cuatro máximos y mínimos de cuatro, con los máximos a lo largo del eje cuadrupolo sobre 5dB más fuerte que la perpendicular al eje máximos cuadrupolo. El patrón de directividad del campo cercano se muestra en la figura.


En el campo lejano sólo hay dos máximos (a lo largo del eje cuadrupolo) y dos mínimos (perpendicular al eje de cuadrupolo) como se muestra en la figura.

El Gif animado muestra el campo de presión radiada por un cuadrupolo lineal. En el centro de la imagen se puede ver el cuadrupolo cerca del patrón del campo. A medida que la ola se expande hacia el exterior se hace casi una onda esférica (aviso de que la izquierda y la derecha los frentes de onda que van están en fase en oposición a la fuente de dipolo) excepto que la amplitud se reduce drásticamente en las direcciones verticales.

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