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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