Documento 294423

Infrasonido y Ultrasonido
Roslay Maryeline Bautista Delgado
Sena C.E.E.T.
[email protected]
Resumen: Un infrasonido es una onda
acústica o sonora cuya frecuencia está por
debajo del espectro audible del oído humano
(aproximadamente 20 Hz). Un ultrasonido
es una onda acústica o sonora cuya
frecuencia está por encima del espectro
audible del oído humano (aproximadamente
20.000 Hz).
Palabras
claves:
audible,
frecuencia, nivel, onda, sonora.
acústica,
Abstract: An infrasound is an acoustic or
sound wave whose frequency is below the
audible
range
of
human
hearing
(approximately 20 Hz). An ultrasound is an
acoustic or sound wave whose frequency is
above the audible range of human hearing
(approximately 20,000 Hz).
Keywords: audible noise, frequency, level,
wave, sound
I.
INTRODUCCIÓN
En este documento presentara los conceptos
de infrasonido y ultrasonido, enunciando sus
características principales y aplicaciones
II. OBJETIVOS



Conocer los conceptos básicos de
infrasonido y ultrasonido.
Saber la diferencia entre uno y otro
término.
Aplicar estos conceptos a nuestro
estudio.
III. ELEMENTOS EMPLEADOS


Internet
Libros
de
electrónica
telecomunicaciones.
y
IV. MARCO TEORICO
Infrasonido: El infrasonido es utilizado por
animales grandes como el elefante para
comunicarse en amplias distancias (sonidos
de 100 dB SPL [Nivel de Presión de Sonido]
a unos pocos kilómetros a la redonda) sin
problema alguno. La clave de que estos
animales puedan oír a dichas distancias es la
separación de sus oídos, ya que esta es
directamente proporcional a la frecuencia de
onda que pueden captar (en diferencia con
los animales de cabezas pequeñas).
Recientemente, se ha demostrado que los
elefantes registran el infrasonido no sólo con
sus oídos, sino también al sentir las
vibraciones producidas por ellos mismos
mediante sus patas, ya que sus uñas actúan
como sensores conductores de sonidos de
baja frecuencia.
Los desastres naturales como erupciones
volcánicas, terremotos y tornados producen
sonidos de una intensidad comparable con el
sonido que hace una bomba atómica en su
explosión, con la diferencia de que al estar
por debajo de los 20 Hz son inaudibles al
oído humano; lo que ha permitido iniciar
investigaciones
vulcanológicas
y
meteorológicas, para evitar futuros desastres.
La principal aplicación de los infrasonidos es
la detección de objetos. Esto se hace debido
a la escasa absorción de estas ondas en el
medio, a diferencia de los ultrasonidos, como
veremos. Por ejemplo una onda plana de 10
Hz se absorbe cuatro veces menos que una
onda de 1000 Hz en el agua. El
inconveniente es que los objetos a detectar
deben ser bastante grandes ya que, a tales
frecuencias, la longitud de la onda es muy
grande lo cual limita el mínimo diámetro del
objeto. Como ejemplo diremos que un
infrasonido de 10 Hz tiene una longitud de
onda de 34 m en el aire, luego los objetos a
detectar deben tener un tamaño del orden de
20 m en el aire y 100 m en el agua.
Por su parte depredadores como los tigres
utilizarían estas frecuencias presentes en sus
rugidos como un complemento de sus
tácticas de caza, no para ubicar a sus
posibles presas sino por el efecto paralizante
que puede llegar a tener el infrasonido.
Los infrasonidos pueden alcanzar largas
distancias atravesando obstáculos sólidos.
Pueden ser oídos por algunos animales con
el oído adaptado a percibir frecuencias
distintas a las del humano. Por ejemplo, los
elefantes pueden oír 15 Hz a 2 km de
distancia, también tigres y ballenas usarían
infrasonidos para comunicarse.
Los infrasonidos son también normalmente
producidos por el cuerpo humano, por
ejemplo los músculos al resbalar unos sobre
otros para permitir movimientos pueden
producir infrasonidos de 25 Hz, el corazón
produce infrasonidos en torno a los 20 Hz,
incluso las orejas provocan infrasonidos
(emisión otoacústica espontánea).
Se considera que los infrasonidos aunque no
son conscientemente perceptibles pueden
provocar estados de ansiedad, tristeza,
temblores en ocasiones por imperceptibles
desplazamientos de aire. Por ejemplo, ondas
de elevado volumen pero comprendidas entre
los 0,5 y 10 Hz, son suficientes para hacer
vibrar al vestíbulo (parte del laberinto
auricular, en el oído interno).
Los infrasonidos producidos por motores
como los de ciertos acondicionadores de aire
o aviones de reacción pueden provocar
vértigos, náuseas y cefaleas al ser afectado
el laberinto auricular.
Aplicaciones de los infrasonidos
La principal aplicación de los infrasonidos es
la detección de objetos. Esto se hace debido
a la escasa absorción de estas ondas en el
medio, a diferencia de los ultrasonidos, como
veremos. Por ejemplo una onda plana de 10
Hz se absorbe cuatro veces menos que una
onda de 1000 Hz en el agua. El
inconveniente es que los objetos a detectar
deben ser bastante grandes ya que, a tales
frecuencias, la longitud de la onda es muy
grande lo cual limita el mínimo diámetro del
objeto. Como ejemplo diremos que un
infrasonido de 10 Hz tiene una longitud de
onda de 34 m en el aire, luego los objetos a
detectar deben tener un tamaño del orden de
20 m en el aire y 100 m en el agua.
Los investigadores del infrasonido están
interesados en sonidos de 10 Hz y más bajos
(hasta 0,001 Hz). De hecho, este rango de
frecuencias es el mismo que utilizan los
sismógrafos para monitorear terremotos o los
sensores infrasónicos para descubrir las
señales acústicas provenientes de las
explosiones. Debido a que tanto volcanes,
tornados, turbulencias como meteoros,
producen infrasonido, se podría detectar
dichas ondas y prevenir algún desastre
natural.
En un futuro no muy lejano se construirán
estaciones de infrasonidos con el fin de
resolver, por ejemplo, los problemas de falsas
alarmas. Otras técnicas acústicas se pueden
utilizar en el campo de la medicina, por
ejemplo en relación con la enfermedad de los
huesos u osteoporosis. Esto último se está
desarrollando en la actualidad y todavía no
presenta una interpretación clara.
ULTRASONIDO: Es un onda acústica que
no puede ser percibida por el hombre por
estar en una frecuencia más alta de lo que
puede captar el oído. Este límite se encuentra
aproximadamente en los 20 KHz. En cambio
otros animales, como murciélagos, delfines y
perros, logran oír estas frecuencias, e incluso
utilizarlas como radar para orientarse y cazar.
Los ultrasonidos, son utilizados tanto en
aplicaciones industriales (medición de
distancias,
caracterización
interna
de
materiales, ensayos no destructivos y otros),
como en medicina (ver por ejemplo ecografía,
fisioterapia, ultrasonoterapia).
En el campo médico se les llama a equipos
de ultrasonido a dispositivos tales como el
doppler fetal, el cual utiliza ondas de
ultrasonido de entre 2 a 3 MHz para detectar
la frecuencia cardíaca fetal dentro del vientre
materno.
tener una verdadera visión tridimensional del
ambiente.
Cuando pensamos en este tipo de
aplicaciones quizá nos viene a la mente la
idea de la acústica submarina. Sin embargo,
se dan muchas aplicaciones en el guiado de
robots con navegación autónoma. El
funcionamiento genérico es bastante simple:
se trata de emitir pulsos ultrasónicos y contar
el tiempo que tardan en regresar. De este
modo,
conociendo
la
velocidad
de
propagación, se puede estimar la distancia
recorrida por la onda (ida y vuelta al
obstáculo). Veamos un ejemplo genérico:
Aplicaciones de los ultrasonidos
Procedemos ahora a estudiar la que quizás
es la parte más interesante de los
ultrasonidos: sus aplicaciones. Numerosos
son los factores que intervienen en los
ultrasonidos y son claves para el estudio de
sus aplicaciones: frecuencia, potencia
radiada, duración de las radiaciones,
pérdidas en el medio, etc. También hay que
considerar los efectos sobre el medio:
desplazamiento de las partículas, presión
acústica, etc. Veamos las principales
aplicaciones de los ultrasonidos.
Y el funcionamiento de un sensor
determinado (modelo comercial SRF04):
Guiado y sondeo
Una de las principales aplicaciones de los
ultrasonidos es la que tiene que ver con los
sensores para guiado y sondeo. Aquí es
donde entra en juego el tema de acústica
submarina, aplicado en el sondeo del fondo
del mar, navegación de submarinos,
detección de bancos de pescado, etc.
Este uso de los ultrasonidos a modo de radar
es utilizado por animales, concretamente por
los murciélagos, cuyo sentido del oído está
muy desarrollado, llegando incluso a
escuchar frecuencias cercanas a los 100
KHz. La idea es que estos animales emiten
pulsos ultrasónicos que rebotan en los
objetos de alrededor. Los ecos son
procesados y el murciélago puede llegar a
Medicina y biología
Ya hemos hablado en el apartado de efectos
acerca de las posibilidades de los
ultrasonidos para curar ciertas dolencias.
Aquí nos centraremos más en la diagnosis.
La técnica más conocida, sin ninguna duda,
es la ecografía. La idea, una vez más, es
inyectar ultrasonidos a través de la piel en el
organismo del paciente (baja intensidad, en
torno a unos pocos miliwatios). Estos se
reflejan a medida que vayan pasando de
unos medios a otros y los ecos son
procesados para mostrarlos finalmente por
pantalla. Todos hemos visto cómo los
médicos aplican un gel sobre la piel antes de
producir los ultrasonidos, pues bien, este gel
no es más que un material que sirve a modo
de acoplo de impedancias para evitar la
reflexión excesiva del ultrasonido en la propia
superficie de la piel. Dado que lo que se está
emitiendo son pulsos ultrasónicos, en la
práctica se habla de métodos diagnósticos
del eco pulsado, los cuales pueden ser de
cinco tipos:
 Scan A: Sistema de eco pulsado
compuesto por un generador, que
simultáneamente
estimula
el
transmisor y el generador de barrido,
y un receptor, que recoge los ecos
devueltos.
mueve, el ultrasonido reflejado tendrá
diferente frecuencia que el emitido
(efecto Doppler). Esto se puede
analizar
para
estudiar
dicho
movimiento.
Veamos algunas ecografías a modo de
ilustración:
Ecocardigrafia Doppler
 Scan B: Se trata simplemente de una
agrupación de líneas A y se utiliza
para
representar
una
sección
anatómica del paciente.
 Modo M: Se utiliza para estudiar
movimientos
de
órganos,
especialmente
del
corazón
(ecocardiogramas). Un registro de
tiempo-posición representa cómo
varía una línea de eco A en función
del tiempo.
 Técnica real time: Simplemente se
trata de obtener imágenes en modo B
a una tasa del orden de 40 por
segundo. En ese caso, el ojo humano
percibe una imagen en movimiento.
 Técnicas Doppler: Cuando el haz
sonoro rebota en una superficie
inmóvil, la frecuencia del haz reflejado
es la misma que la del haz
transmitido, pero si la superficie se
Ecografia de Ovarios
Lo más novedoso en esta materia es la
creación de ecografías tridimensionales, que
se caracterizan por ser imágenes con una
calidad realmente impresionante y en color.
En la figura se puede ver un ejemplo. Este
tipo de ecografías ayudan a la detección
precoz de malformaciones y defectos
genéticos.
Como ya hemos dicho, los ultrasonidos
también poseen propiedades terapéuticas.
Científicos de universidades británicas
sugieren que la energía de estas ondas se
pueda usar para que aumente la cantidad de
medicamento que puede entrar en las
células. La base está en que los ultrasonidos
crean poros en las membranas celulares que
regulan de algún modo la entrada de
fármacos en la célula. Otras investigaciones
se centran en el control del flujo sanguíneo
cerebral, lo cual sería de gran ayuda a los
médicos para prevenir crisis en este órgano.
Tratamiento de productos alimenticios
Desde hace unos años, se han venido
desarrollando numerosas técnicas para el
tratamiento de los alimentos. Frente a los
métodos tradicionales, como la refrigeración,
el ahumado, la pasteurización,... se están
imponiendo otros nuevos como las altas
presiones o los ultrasonidos.
Lo primero que diremos es que estas
técnicas están en investigación. La aplicación
de ultrasonidos se llama de procesado
mínimo puesto que la idea es destruir los
microorganismos que dañan los alimentos
pero sin cambiar la apariencia externa de los
mismos. Lo que hacen las ondas ultrasónicas
es destruir la membrana celular de estos
organismos, provocándoles la muerte como
es lógico. De todas formas, esta técnica no
es válida para cualquier producto puesto que
algunos conducen muy bien los ultrasonidos
y otros no.
Últimamente se está investigando también en
la aplicación de ultrasonidos a la purificación
del agua, concretamente para la limpieza de
filtros. La clave está en el fenómeno de la
cavitación: si logramos que se produzcan
burbujas y que estas colisionen limpiando la
suciedad de los filtros tendremos un
excelente método para depurar el agua.
Las técnicas ultrasónicas también tienen su
aplicación en el cálculo del porcentaje de
grasa de un alimento. Esto se debe a que
hueso, músculo y grasa poseen impedancias
acústicas distintas, luego se puede medir el
grosor del tejido graso y hacer una
estimación del total de grasa contenido en el
cuerpo.
Aplicaciones físicas
Las aplicaciones físicas de los ultrasonidos
se centran, esencialmente en la medida de
las propiedades elásticas y las condiciones
de propagación en los sólidos. La idea aquí
es, simplemente, el estudio de la propagación
de un ultrasonido en el material. Otras
aplicaciones se centran en el estudio de
explosiones,
determinación
de
las
propiedades físicas de líquidos y gases,
localización de baches de aire (fundamental
para la navegación aérea), etc.
Aplicaciones químicas
Los ultrasonidos también tienen aplicaciones
en el campo de la Química. Su principal
función aquí es la de activar ciertos
compuestos con el fin de acelerar las
reacciones químicas en los procesos de
fabricación de materiales organometálicos.
En los últimos años, se ha creado una nueva
rama de la Química: la Sonoquímica, con un
futuro interesante.
Aplicaciones técnicas
La utilización de los ultrasonidos en la
industria es variada. Podemos encontrar
detectores de defectos en piezas metálicas,
medición de espesor de las mismas, apertura
automática de puertas, etc.
Quizá una de las aplicaciones más
importantes en este sentido sea la soldadura
de plásticos por ultrasonidos. Ventajas hay
muchas:
no
es
necesario
un
precalentamiento, es muy rápido, no genera
contaminantes, la unión es en general mejor
que con otros métodos, etc. Normalmente es
necesaria una presión de los materiales a
unir pero, en las soldadoras más modernas,
no es fundamental. La pieza clave, como se
puede ver a la izquierda, es el sonotrodo,
aparato hecho de aluminio y titanio
normalmente
(materiales
con
buenas
propiedades acústicas) que convierte los
ultrasonidos en energía calorífica, la cual
funde el plástico y lo une. Dicha energía es
proporcional a la amplitud de la onda
ultrasónica, como podemos imaginar. Las
frecuencias de trabajo se sitúan entre los 20 y
40 KHz y la potencia es del orden de algunos
miles de watios.


V. CONCLUSIONES
Se
comprendió
el
rango
de
frecuencias que caracterizan a los
infrasonidos y a los ultrasonidos.
Pudimos observar las importantes
aplicaciones de los ultrasonidos y nos
enteramos que las frecuencias de los
infrasonidos también puede tener
aplicaciones pues se transmiten por
largas distancias y tienen mas
penetración que una onda de
ultrasonido.
VI. BIBLIOGRAFIA




http://www.lpi.tel.uva.es/~nacho/docen
cia/ing_ond_1/trabajos_03_04/infra_y
_ultra/aplicaciones_ultrasonidos.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Ultrasonido
http://es.wikipedia.org/wiki/Infrasonido
http://www.alegsa.com.ar/Dic/infrasoni
do.php