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Absorción, dispersión y fuentes de sonido

Storyboard

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.

>Modelo

ID:(1549, 0)



Mecanismos

Iframe

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Código
Concepto

Mecanismos

ID:(15464, 0)



Perturbación por el fondo

Imagen

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Desniveles en el fondo llevan perturbaciones en la propagación del sonido:

ID:(11824, 0)



Generación de sonido

Imagen

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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

ID:(11825, 0)



Sonido y su frecuencia

Imagen

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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:

ID:(11827, 0)



Reverberación

Imagen

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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

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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)

ID:(11823, 0)



Modelo

Top

>Top



Parámetros

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
\alpha
alpha
Coeficiente de absorción
1/m
\alpha_0
alpha_0
Constantes de absorción 0
1/m
\alpha_1
alpha_1
Constantes de absorción 1
1/m
\alpha_2
alpha_2
Constantes de absorción 2
1/m
\alpha_3
alpha_3
Constantes de absorción 3
1/m

Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
\nu_1
nu_1
Constante de frecuencia 1
Hz
\nu_2
nu_2
Constante de frecuencia 2
Hz
r
r
Distancia emisor - reflector
m
\nu
nu
Frecuencia
Hz
I
I
Intensidad sonora, con absorción
W/m^2
I_0
I_0
Intensidad sonora, sin absorción
W/m^2

Cálculos


Primero, seleccione la ecuación: a , luego, seleccione la variable: a
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 * exp(- alpha * r )alphanu_1nu_2alpha_0alpha_1alpha_2alpha_3rnuII_0

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Variable Dado Calcule Objetivo : Ecuación A utilizar
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 * exp(- alpha * r )alphanu_1nu_2alpha_0alpha_1alpha_2alpha_3rnuII_0




Ecuaciones

#
Ecuación

\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

>Top, >Modelo


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 }

ID:(11834, 0)



Procesos de relajación en agua de mar

Ecuación

>Top, >Modelo


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

ComponenteTiempo de relajamientoFrecuencia
Agua10^{-11}s10^5,MHz
Ácido bórico10^{-3}s1,kHz
Sulfato de magnesio (1)10^{-5}s100,kHz
Sulfato de magnesio (2)2\times 10^{-8}s200,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

ID:(11833, 0)