Nadie puede oír tus agudos

2011_07_01 Alien

«En el espacio, nadie puede oír tus gritos», proclama el cartel de la película Alien, el 8º pasajero Con esa promesa, esperamos que sea tan respetuosa con la Física como la mítica 2001, Odisea en el Espacio, una de las pocas en las que, realmente, los sonidos no se propagan por el espacio.

Ha pasado un minuto, y ya han roto la promesa.  La astronave minera Nostromo se acerca con su tripulación de siete (mas un gato) y su cargamento de veinte millones de toneladas de mineral.  Mientras pasa ante nuestros ojos, puede oírse el lejano y grave zumbido de los motores.

Tiempo después, en Aliens el Regreso, la teniente Ripley es salvada por una nave, y de nuevo podemos oír el lejano y grave zumbido de sus motores. Ni corta ni perezosa (aunque algo presionada, todo hay que decirlo), se embarca en la nave militar Sulaco, que al pasar nos saluda con el lejano y grave zumbido de sus motores.

No sé, comienzo a vislumbrar un patrón.  Incluso en la propia 2001, el sonido de fondo en la Discovery es el de un lejano y grave zumbido.  ¿Pero por qué tiene que ser grave?  Vale que tengamos que oir los ruidos de las naves espaciales a través del vacío, en ocasiones con un «fuuush» como el de un caza atmosférico, pero ¿qué pasa con los sonidos agudos, que casi nunca los oímos?  Y ni siquiera tenemos que embarcarnos rumbo a Júpiter.  En una ciudad, en una fábrica, en un barco o tren, en medio de una tormenta con truenos retumbando, los sonidos lejanos que nos llega son, en su mayor parte, de tono grave.  La maquinaria pesada es el Constantino Romero de los sonidos.

Eso, por supuesto, tiene que tener alguna explicación.  Vamos a buscarla.

Los sonidos son ondas mecánicas. Un sonido puro, que nunca se apagase, vendría representado por una onda sinusoidal, con una duración teórica infinita.  Un ejemplo podría ser una pulsación de la tecla de una guitarra, o de un piano, donde el sonido, si no es eterno, al menos dura algunos segundos.

Ahora supongamos que estamos en el mundo real.  Se produce un sonido en alguna parte, y las ondas sonoras se esparcen por el espacio.  Conforme viajan, se extienden por un volumen cada vez mayor, de forma que la intensidad va decreciendo.  Si todas las ondas sonoras cayesen con la distancia de igual forma, la astronave lejana nos daría una cacofonía de sonidos: agudos, medios y graves.

La amplitud de una onda puede representarse en forma exponencial:

A=Ao * exp (-t/C)

donde C es una cantidad denominada constante de tiempo (en realidad, debería haber escrito la letra griega tau, pero no la tengo a mano, así que NO la confundáis con el período de la onda).  Esa constante depende de la masa y de las propiedades disipativas del sistema que oscila.  La constante de tiempo nos dice cuánto tarda la amplitud, y por tanto la intensidad de una onda (que depende del cuadrado de su amplitud), en disminuir hasta cierto grado.  En un tiempo t=C, la amplitud de la onda ha disminuido en exp(-1) = 0,3679, es decir, ha caído al 37% de su valor inicial.  Esto es, el valor de C nos dice cuánto tarda la onda en perder el 63% de su amplitud.  A mayor C, más tiempo de atenuación; cuanto menor sea C, más rápidamente se desvanecerá.

Vamos a suponer, y ya es mucho suponer, que C no depende de la frecuencia de la onda. Eso significa que, si nos situamos cerca de la fuente del ruido, todas las onda sonoras decrecerían de la misma forma.  Agudos, medios, graves, no habría gran diferencia.  El sonido nos llegaría tal cual se generó, sin distorsión.

Pero ese, amigos, no suele ser el caso.  Para el caso del sonido en el aire, la disipación de energía sí depende de la frecuencia: a mayor frecuencia, mayor disipación y por tanto menor constante de tiempo, lo que significa una atenuación más rápida.  Por contra, a bajas frecuencias hay menor disipación de energía, mayor valor de C.  Eso significa que una onda sonora de baja frecuencia atraviesa una distancia dada con menor amortiguamiento que una onda de alta frecuencia.  El resultado es que, cuanto más nos alejamos de la fuente de sonido, mayor será la fracción de ondas de baja frecuencia (graves) que captaremos; la mayoría de las ondas de alta frecuencia (sonidos agudos) se han quedado por el camino.

En el caso de instrumentos de cuerda, como la guitarra o el piano, el lector quizá haya observado que hay cuerdas de distinta composición para los sonidos agudos y los graves.  Hemos dicho que las ondas agudas suelen tener un valor menor de la constante de tiempo. Eso se debe a que la constante de tiempo C depende directamente con la masa del medio material que oscila (m), e inversamente con el grado de amortiguamiento (b), algo así como C = m/b. Si no queremos que los de la última fila echen de menos los agudos, hay que aumentar la constante de tiempo C para esos agudos, de forma que coincidan con los de los graves.  Por eso, las cuerdas de los agudos se construyen con materiales más elásticos (menor valor de b).

El mecanismo de la pérdida de energía depende del medio, pero todo está basado en la interacción entre la onda y el medio sobre el que se mueve: aquélla cede energía a éste.  La fricción interna del fluido (viscosidad) hace que el agua, o el aire, absorban algo de energía de la onda.  En el caso del aire, la onda hace vibrar las moléculas de oxígeno y nitrógeno.  En ambos casos, la interacción causa la conversión de energía mecánica en calor, y esa interacción es por lo general mayor a altas frecuencias.

Eso significa que la propagación de ondas será más eficaz si son de baja frecuencia, esto es, sonidos graves.  En Australia, los aborígenes usan para sus comunicaciones el Didgeridoo, una especie de trompa alpina que emite sonidos graves (en la película Cocodrilo Dundee, usaban una cuerda atada a una piedra, que al girar producía un zumbido grave). Las ballenas utilizan para sus comunicaciones sonidos de baja frecuencia, mientras las Armadas del mundo intentan aumentar el radio de acción de sus sonares usando frecuencias bajas (lo que ha producido más de un conflicto entre ambos, con resultados poco agradables para los cetáceos).  Y los sismólogos captan las ondas de baja frecuencia producidas por los terremotos, incluso si se encuentran en el otro lado del mundo.

Hay también otro elemento, que no he considerado, y es que los sonidos graves interaccionan más débilmente con los objetos que se encuentren por el camino (eso sucede cuando la longitud de la onda es superior al tamaño de los obstáculos, y los sonidos más graves son los de longitud de onda más larga).  Pero incluso sin ese efecto, las ondas sonoras graves llegan a mayores distancias que las agudas.

Lo que no quita que tantas y tantas películas de ciencia-ficción pequen gravemente en el mismo punto.  En el vacío no se propaga el sonido.  Si acaso, música de Strauss, y eso si no hay más remedio.



2 Comentarios

  1. Todo es una cuestión puramente estética. Una nave pasando ante la cámara sin emitir ningún tipo de sonido no es tan espectacular como con él. Y el motivo de que sean sonidos graves viene dado por lo mismo, la espectacularidad. Los sonidos graves impresionan más en una sala de cine que los agudos.

Deja un comentario

Por Arturo Quirantes
Publicado el ⌚ 1 julio, 2011
Categoría(s): ✓ Física de Película • Mecánica
Etiqueta(s): ,