En acústica comúnmente se utiliza la idea de «campo libre» para hablar de un espacio sin obstáculos a través del cual una onda se propaga libremente. Si bien el concepto resulta muy útil en la teoría, en la práctica es sólo una abstracción que no se corresponde casi nunca con la realidad.
En la vida real una onda encuentra diversos obstáculos en su camino que la obligan a, entre otras cosas, difractarse. En este post se analiza brevemente este fenómeno.
Onda en campo libre
Una característica importante del sonido es la longitud de onda (λ). Se mide en metros e indica el espacio físico que necesita una onda sonora para desarrollarse. A medida que disminuye la frecuencia la longitud de onda crece. Su expresión matemática es la siguiente: λ=c/f, en donde c es la velocidad del sonido (343 m/s) y f es la frecuencia.
Existe relación entre el tamaño de un obstáculo, la longitud de onda del sonido y el efecto del obstáculo sobre la onda. Si el obstáculo es físicamente menor que la longitud de onda este resultará acústicamente invisible, es decir, la onda sonora no se verá afectada y lo rodeará sin mayor inconveniente (imagen de la derecha). Por otro lado, si el obstáculo y la longitud de onda tienen dimensiones comparables entonces sí habrá perturbaciones en la trayectoria del sonido (imagen de la izquierda).
Este concepto es interesante por varios motivos, podemos comenzar a entender que el efecto de un obstáculo sobre el sonido es dependiente de la frecuencia. Por ejemplo, una columna de 50cm de diámetro en un recinto genera sombra acústica detrás de ella sólo para frecuencias altas (50cm es la longitud de onda de 686Hz). Frecuencias menores a 600Hz aproximadamente podrán rodear el obstáculo y no modificar su forma de onda considerablemente.
En la imagen se puede observar cómo un mismo obstáculo genera distintos efectos en dos ondas de distinta frecuencia. En el caso de la izquierda hay sombra acústica y en el caso de la derecha prácticamente no la hay.
La capacidad del sonido para «rodear» obstáculos es lo que conocemos como difracción. El principio de Huygens-Fresnel explica cómo una onda puede regenerarse luego de un obstáculo debido a sus propiedades de propagación. Plantea que en cada borde o abertura que se interponga en el camino del sonido, se puede suponer la existencia de una o muchas fuentes de onda esférica que replican la onda original. Esto es lo que permite una «curvatura» en la propagación y es uno de los motivos por el cual podemos escuchar sonidos de cosas que no podemos ver.
Onda difractada en BORDE y ORIFICIO
En electroacústica este efecto también se considera, por ejemplo, en gabinetes de campo cercano o destinados a salas de grabación. Los bordes filosos del gabinete son una discontinuidad abrupta para el frente de onda que se genera en el parlante y, por lo tanto, cada borde y esquina se puede considerar como una fuente esférica. Tener numerosas fuentes (bordes del gabinete + altoparlante) radiando en simultáneo y en diferentes posiciones puede generar interferencias que afecten tanto la respuesta en frecuencia como el comportamiento direccional de un gabinete.
Marcas como Genelec tomaron la decisión de utilizar curvas suaves en sus gabinetes para evitar la difracción de borde.
Todos los gráficos fueron generados por medio de la siguiente aplicación: http://www.falstad.com/ripple/
Quien esté interesado puede visualizar este y otros fenómenos de propagación de ondas de forma simple e intuitiva corriendo la aplicación java del link superior.
Facundo Ramón
Investigación & Desarrollo – Equaphon