E14 Producción y Propagación de Sonido

Tópico

La producción y propagación de sonido en los peces integra la física acústica de las fuentes submarinas, la mecánica vibratoria de las estructuras biológicas del pez y la acústica de las guías de onda que forma el propio océano. Los peces producen sonido mediante tres mecanismos principales: la vibración de la vejiga natatoria por la contracción de músculos sónicos especializados, que es el mecanismo más común y también el más potente, capaz de producir pulsos de hasta doscientos decibeles a un metro de distancia; el frotamiento de superficies duras entre sí, como ocurre en la estridulación de dientes o espinas; y la turbulencia hidrodinámica que se genera durante el propio movimiento del pez.

La vejiga natatoria, cuando actúa como fuente de sonido, se comporta como un resonador de Helmholtz esférico, es decir, como una cavidad de gas con una abertura hacia el fluido que la rodea, cuya frecuencia de resonancia depende del volumen de ese gas y de la velocidad con la que el sonido viaja dentro de él.

La fuerza que el músculo sónico aplica sobre la pared de esa vejiga natatoria genera oscilaciones de presión que se propagan hacia el agua circundante como ondas de compresión. Qué fracción de esa energía mecánica del músculo termina convertida en sonido irradiado, en vez de perderse, depende de la relación entre el tamaño del propio resonador y la longitud de onda del sonido que produce: cuanto mayor es el resonador en relación con esa longitud de onda, más eficientemente irradia el sonido hacia el agua.

Una vez que ese sonido se propaga por el océano, sigue la misma ecuación de onda lineal que describe la propagación de cualquier onda en un fluido, con una velocidad del sonido que varía según la temperatura, la salinidad y la presión del agua, y que ronda típicamente los mil quinientos metros por segundo. En aguas poco profundas, ese mismo sonido deja de propagarse libremente en todas direcciones y pasa a propagarse como una onda guiada, atrapada entre el fondo marino y la superficie del agua.

A medida que ese sonido viaja por el agua, sufre una absorción que resulta pequeña a bajas frecuencias pero se vuelve significativa a frecuencias altas, y esta diferencia es precisamente lo que limita la comunicación de largo alcance entre peces a las frecuencias bajas, por debajo de mil hercios, ya que solo esas frecuencias logran viajar suficiente distancia sin perderse por el camino.

El comportamiento esperado en los peces acústicamente activos es que sus patrones de vocalización están vinculados a comportamientos reproductivos y territoriales, y que la frecuencia de esas llamadas escala de forma inversa con el tamaño corporal del pez: los peces más grandes, con vejigas natatorias más grandes actuando como el resonador de Helmholtz descrito al comienzo de este modelo, producen llamadas de frecuencia más baja que los peces pequeños.

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