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Absorción, dispersión y fuentes de sonido
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La atenuación de las ondas sonoras en el océano varía según la frecuencia del sonido. Para frecuencias bajas (menores a 10 kHz), la contribución principal proviene de los iones de ácido bórico, mientras que en el rango entre 10 kHz y 100 kHz, se debe al efecto de los iones de sulfato de magnesio. Para frecuencias más altas, la atenuación se debe principalmente a la viscosidad del agua.
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Perturbación por el fondo
Imagen
Desniveles en el fondo llevan perturbaciones en la propagación del sonido:
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Generación de sonido
Imagen
Existen diferentes fuentes de sonido en los océanos. Entre ellos están
• fuentes humanas (ante todo barcos)
• lluvia en la superficie
• peces, camarones, ballenas, etc.
• olas
• temblores
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Sonido y su frecuencia
Imagen
Los espectros de las fuentes, que corresponden a la medición de las amplitudes del sonido según su frecuencia, muestran la fuerte presencia de las lluvias:
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Reverberación
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El sonido emitido puede generar que algunos elementos a su vez comiencen a generar sonido. Dos ejemplos relevantes para el caso de los océanos son:
- burbujas de aire generados por olas al reventar
- burbujas de metano generadas al descomponerse la materia orgánica
- vejigas de los peces:
ID:(11828, 0)
Atenuación del sonido
Imagen
Existen tres mecanismos que atenúan el sonido en el mar:
• relajaciones de iones de sulfato de magnesio (hasta 10kHz)
• relajaciones de iones de ácido bórico (hasta 100kHz)
• viscosidad del agua (en toda las frecuencias)
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Ecuaciones
$ \alpha = \alpha_1 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+\nu_1^2} + \alpha_2 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+ \nu_2 ^2} + \alpha_2 \nu ^2 + \alpha_0 $
alpha = alpha_1 * nu ^2/( nu ^2+ nu_1 ^2) + alpha_2 * nu ^2/( nu ^2+ nu_2 ^2) + alpha_2 * nu ^2 + alpha_0
$ I = I_0 e^{ - \alpha r }$
I = I_0 * exp(- alpha * r )
ID:(15467, 0)
Efecto de la absorción del sonido
Ecuación
El factor de absorción indica como la energía se va perdido a lo largo del camino recorrido. Como la perdida es siempre proporcional a la intensidad existente se tiene un decaimiento exponencial.
Por ello con
| $ I = I_0 e^{ - \alpha r }$ |
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Procesos de relajación en agua de mar
Ecuación
Existe una amortiguación del sonido en agua de mar por efecto de interacción de moléculas con los iones de hidróxido (OH-) o con moléculas de agua. Esto se denomina procesos de relajación y ocurren en el agua de mar principalmente con:
• moléculas de agua entre estas
• ácido bórico que interactua con los iones de hidróxido $OH^-$s: $B(OH)_3\cdot OH^- \rightleftharpoons B(OH)_4$
• sulfato de magnesio que interactua con moléculas de agua $H_2O$: $MgSO_4 + 2nH_2O \rightleftharpoons Mg^{2+}nH_2O + SO_4^{-2}nH_2O$
Los tiempos de relajamiento y sus frecuencias son del orden de
| Componente | Tiempo de relajamiento | Frecuencia |
| Agua | $10^{-11}s$ | $10^5,MHz$ |
| Ácido bórico | $10^{-3}s$ | $1,kHz$ |
| Sulfato de magnesio (1) | $10^{-5}s$ | $100,kHz$ |
| Sulfato de magnesio (2) | $2\times 10^{-8}s$ | $200,kHz$ |
Sobre esta base se estima el factor de absorción en función de la frecuencia y suponiendo pH típico es con :
| $ \alpha = \alpha_1 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+\nu_1^2} + \alpha_2 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+ \nu_2 ^2} + \alpha_2 \nu ^2 + \alpha_0 $ |
En este caso el primer termino es el que depende del ácido bórico, el segundo del sulfato de magnesio y el tercero de la ionización propia del agua. Ademas se puede comentar que no existe un efecto por la salinidad (no hay relajación por iones de sodio y/o cloro).
Mas detalles en el articulo Study of Absorption Loss Effects on Acoustic Wave Propagation in Shallow Water using Different empirical Models, Yasin Yousif Al-Aboosil, Mustafa Sami Ahmed, Nor Shahida Mohd Shah and Nor Hisham Haji Khamis
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