Los fenómenos acústicos son básicos para entender cómo se propagan las ondas sonoras, por ende, básicos para entender cómo funciona la acústica arquitectónica.
Durante el curso de propagación de una onda, le pueden ocurrir una serie de fenómenos debido a los obstáculos que afecten a la superficie de radiación del sonido, así como los cambios en las propiedades del medio como la temperatura o la densidad.
Los principales procesos serán la reflexión, refracción, difracción y absorción.
Principio de Huygens:
Antes de nada, debemos conocer el principio de Huygens para ver cómo se propaga una onda, ya que será la base teórica.
Christiaan Huygens lo propuso en 1678 para explicar la naturaleza undulatoria de la luz y es aplicable a todos los tipos de onda.
Permite explicar cómo se pasa de un frente de onda al siguiente y por tanto cómo se propaga la energía a través de un medio.
“El principio de Huygens es un método de análisis aplicado a los problemas de propagación de ondas según el cual cada punto del frente de ondas primario da origen a una fuente secundaria que producen ondas esféricas de la misma frecuencia y se propagan en todas direcciones con la misma velocidad que la onda primaria en cada uno de los dichos puntos.”
1 – Reflexión:
Es un fenómeno que sufre una onda cuando al incidir sobre una superficie se propaga en el mismo medio con sentido diferente al anterior.
Para que la superficie actúe como reflectante, debe ser opaca a la onda incidente, e. e., debe impedir su propagación en dicha superficie.
Donde:
- i = rayo incidente
- r = rayo reflejado
- a1 = ángulo de incidencia a2 = ángulo reflejado
- normal al plano de incidencia.
En toda reflexión el ángulo de incidencia y de reflexión son iguales.
Así como se sitúan en el mismo plano el rayo incidente y el rayo reflejado.
Por tanto: si la onda incide perpendicularmente a la superficie, ésta se refleja siguiendo la misma dirección pero en sentido contrario.
A tener en cuenta: longitud de onda de la onda incidente y la densidad del medio reflector
Al comparar longitud de onda con las irregularidades de la superficie tendremos reflexiones regulares o difusas (en muchos ángulos).
Si la densidad del medio reflectante es mayor que la del medio primitivo, se produce un retraso de fase.
Dependiendo de cómo incida la onda, se pueden dar los siguientes casos:
- Si la onda incidente lo hace sobre una superficie elíptica las ondas que parten del foco, se reflejarán en otro foco.
- Si lo hace sobre una superficie parabólica, las ondas se reflejarán en direcciones paralelas al eje de la parábola.
Para finalizar, hay que tener en cuenta que la reflexión interviene en el proceso sonoro de cualquier instrumento musical: debido a ella tenemos las resonancias y posibilita la amplificación del sonido. Ésta es de forma perpendicular al medio.
Así como la reflexión puede producir ondas estacionarias, siempre que la onda incida perpendicularmente y cuando la distancia entre el foco emisor y la superficie reflectante sea múltiplo entero de la semilongitud de onda.
2 – Refracción:
La refracción es el fenómeno que se produce cuando una onda sufre una Refracción cuando al incidir sobre una superficie la atraviesa. La onda atraviesa y transmite su energía del movimiento undulatorio en el segundo medio.
Como consecuencia de la diferente densidad del medio y por tanto de la distinta velocidad de propagación:
- Se modifica la dirección de propagación y su velocidad en función de la densidad del medio refrescante.
- La frecuencia es inalterada (sí la longitud de onda).
- El efecto es diferente si se produce entre dos medios sólidos o entre dos medios fluidos de diferentes densidades, ya que en un medio fluido la velocidad de propagación es inversamente proporcional a la densidad, al contrario que en uno sólido.
La dirección de propagación de la onda refractada depende de las densidades de los medios en los que se propaga la onda incidente y la onda refractada.
El rayo incidente, el rayo refractado y la normal están en el mismo plano.
Dado que la velocidad de propagación es directamente proporcional a la densidad del medio, se cumple la siguiente relación:
\frac{Vi}{Vr} = \frac {sen Ai}{sen Ar}
Donde:
- i = rayo incidente
- r = rayo refractado
- a1 = ángulo de incidencia
- a2 = ángulo refractado
- di = densidad medio i
- dr = densidad medio r
- normal al plano de incidencia.
3 – Difracción sonora
Es la propiedad que permite a una onda sonora rodear obstáculos o propagarse en un ambiente a través de una pequeña apertura.
Sucede debido a la compresión y rarefacción de las ondas sonoras, que no pueden pasar abruptamente por el borde del obstáculo.
Si se rodea un obstáculo, los distintos frentes de onda se convierten en centros emisores en los puntos que son interceptados por el obstáculo; se ciñen al mismo envolviéndolo.
Si es una abertura, la porción de onda que el mismo intercepta actúa como un conjunto de centros emisores en todo el perímetro del orificio.
Por tanto el grado de difracción dependerá de la longitud de onda.
La cantidad de difracción alrededor del obstáculo, será mayor para graves frecuencias y menor para frecuencias agudas.
Cuando pasa a través de una apertura onda sonora es difractada desde la apertura de la misma.
La cantidad de difracción dependerá del tamaño de la apertura con respecto a la longitud de onda.
Si λ es mayor a la apertura, la onda es difractada fuertemente y viceversa.
De igual manera ocurre cuando la onda sonora se encuentra un objeto sólido, la onda se difracta y se “reúne” detrás de él.
Si λ es mayor a la apertura, la onda lo rodea firmemente, y si es menor se produce una sombra tras él.
Si se rodea un obstáculo, los distintos frentes de onda se convierten en centros emisores en los puntos que son interceptados por el obstáculo; se ciñen al mismo envolviéndolo.
Donde s = sombra acústica. Esto es, los sitios por donde no se propagará la onda al crearse el nuevo frente de ondas.
