Reflexión, refracción, difracción e interferencia del sonido

Este simple hecho tiene variadas aplicaciones, entre ellas, podemos considerar el sonar de un barco. Durante la navegación marítima, se obtienen diversos datos, por ejemplo, saber la profundidad del lugar de navegación del navío.

Para medir esta profundidad, se utiliza un instrumento que emite un sonido que se refleja en el fondo del marino y retorna en un cierto tiempo al barco. Midiendo el tiempo de ida y vuelta, y sabiendo la velocidad del sonido en el agua podemos calcular esta profundidad con un simple cálculo matemático.

Supongamos que la velocidad del sonido bajo el mar es $V_s=1500 \left[m/s\right]$  y suponiendo que el tiempo en ir y volver es $t_{i+v}=0,5 \left[s\right]$, como queremos saber la profundidad debemos considerar la mitad del tiempo ida y vuelta, es decir $t_i=0,25 \left[s\right]$ .

Por lo tanto: $d=v·t=1500·0,25=375 \left[m\right]$.

Por lo tanto la profundidad sería de 375 metros.

Generalmente la refracción del sonido se da cuando este cambia de medio, y por lo tanto se modifican algunas de sus propiedades que pueden ser la velocidad, longitud de onda, amplitud. Sin embargo, este fenómeno, también ocurre si en un mismo medio cambian algunas de sus propiedades físicas. Este hecho se puede apreciar, por ejemplo cuando hay diferencias de temperatura. En días calurosos la capa de aire más cercana al suelo se encuentra a mayor temperatura, entonces el sonido viajará más rápido, esto se debe a que al aumentar la temperatura, también aumenta la agitación térmica de las moléculas de los gases que integran el aire, lo que favorece que se propague la vibración. Otro hecho a mencionar, es que al observar la figura 1, podemos darnos cuenta de que el movimiento de partículas siempre será desde una zona de mayor temperatura a una de menor  temperatura. Entonces como el sonido es una onda mecánica, su propagación se desviará hacia arriba y en consecuencia podría dificultar la percepción para un observador (O) ubicado al otro extremo. Al contrario, si consideramos una noche de baja temperatura, una conversación en un lago podría escucharse al otro extremo de este.

Este fenómeno ocurre cuando el sonido se encuentra con un obstáculo. Entonces el sonido tiene la propiedad de rodearlo y seguir propagándose. Esto, hará posible que un observador pueda percibir el sonido que proviene desde el lado opuesto de una muralla, como aparece en la figura.

Como sabemos, nuestra percepción del sonido va desde los [20 y 20.000] Hertz de frecuencia, esto significa que las longitudes de onda en el espectro audible están entre 1,7 cm y 17 m, ya que $v=\lambda ·f$, por lo que son lo suficientemente grandes para bordear y así superar la mayor parte de los obstáculos que encuentran.

Finalmente, si hacemos una comparación entre frecuencias bajas o altas versus la capacidad de difractarse, se puede concluir que las frecuencias bajas superan a las de frecuencia alta, ya que al tener una longitud de onda mayor, es decir, más grandes, pueden transmitirse y bordear prácticamente todo objeto, incluso cadenas montañosas. Esta es la razón de por qué en un túnel se pueda percibir de mejor forma una señal de radio AM en comparación a una FM.

La superposición de ondas se conoce como interferencia. El principio de Superposición de ondas expresa que: “Si dos o más ondas se encuentran en la misma región del espacio se produce una interferencia y se obtiene una onda resultante cuyas características dependen del desfasaje de las ondas incidentes”. 

Las ondas sonoras pueden interferir entre sí y por lo tanto, las ondas sonoras pueden reforzarse llamada interferencia constructiva (figura1) conformándose una onda resultante sumando sus amplitudes o debilitarse  llamada interferencia destructiva (figura 2) restando sus amplitudes, particularmente si las amplitudes fuesen iguales podría dar origen  a  la paradoja:

sonido + sonido = silencio.

Es decir, anulándose ambos sonidos

Cuando un sonido choca contra un cuerpo “blando” como una cortina, una parte de él se refleja y la otra se absorbe parcial o totalmente y otra parte es transmitida; es por esta razón que en los auditorios se utilizan cortinas y alfombras para mejorar la percepción del sonido en el auditor. En salas de ensayos musicales, comúnmente para mejorar la absorción del sonido se ocupa en las paredes recubrimientos irregulares, algunas veces “cajas de huevos” suelen ser una buena forma y económica de absorber el sonido.

En las salas de clases, las cortinas no solamente cumplen una función ornamental, sino que también contribuyen a absorber las ondas sonoras, mejorando las condiciones acústicas del lugar y disminuir los efectos de reflexión del sonido.