07 Nov 2019by David Barajas

Fundamentos de la acústica: el efecto doppler

Fundamentos de la acústica: el efecto doppler

Algo que le decimos a todos los alumnos y alumnas de nuestro Curso de Técnico de Sonido es que, para convertirse en un profesional de este sector, no basta solo con tener conocimientos técnicos y prácticos, sino que también es necesario manejar correctamente la teoría. El efecto Doppler es uno de los ejemplos de lo importante que es el conocimiento teórico en nuestra profesión. ¿No sabes qué es el efecto Doppler? No te preocupes, en este artículo vamos a hablar de él.

 

¿Qué es el efecto Doppler?

Cuando un avión vuela sobre ti podrás oír que el tono del motor cambia: a medida que se acerca, el tono suena más agudo que cuando se aleja. Este cambio es una demostración física común del efecto Doppler.

Este efecto es un fenómeno físico que describe el cambio en la frecuencia observada de una onda cuando hay un movimiento relativo entre la fuente de la onda (el avión) y el observador (tú). Fue propuesto por primera vez en 1842 por el matemático y físico austriaco Christian Johann Doppler: mientras observaba estrellas distantes, Doppler describió cómo el color de la luz de las estrellas cambió con el movimiento de la estrella (la luz, al moverse en forma de ondas igual que el sonido, también se ve afectada por este efecto).

 

Un concepto importan para entender el efecto Doppler: las ondas

Para explicar por qué ocurre el efecto Doppler, necesitamos comenzar con algunas características básicas del movimiento ondulatorio.

Las ondas se presentan en una amplia variedad de formas: desde las ondas que podemos encontrar en la superficie de un estanque o las ondas de los sonidos (como el avión del ejemplo anterior) hasta la luz o los temblores de un terremoto, todos exhiben movimientos de onda periódicos.

Dos de las características comunes utilizadas para describir todos los tipos de movimiento de onda son la longitud de onda y la frecuencia de onda. Vamos a definir cada una.

 

Longitud de onda

Cuando analizamos el movimiento ondulatorio podemos ver que la onda tiene picos y valles. En este escenario, la longitud de onda es la distancia que existe entre dos picos consecutivos.

Longitud de onda

Frecuencia de onda

Analizando el mismo escenario de picos y valles, la frecuencia de onda es la cantidad de picos que pasan por un punto de referencia en un período de tiempo determinado.

baja frecuencia

Alta frecuencia

Si necesitamos pensar en cómo viajan las ondas en un espacio bidimensional o tridimensional, utilizamos el término frente de onda para describir la unión de todos los puntos comunes de la onda.

Un ejemplo claro lo podemos encontrar cuando tiramos una piedra en un estanque de agua. La vinculación de todos los picos de onda que provienen del punto donde cayó la piedra crea una serie de frentes de onda circulares que podemos ver a simple vista.

círculos concéntricos

Ahora sí: ¿Cuándo se da el efecto Doppler?

Vamos a imaginar una fuente de emisión de sonido que emite ondas en todas las direcciones con una frecuencia constante (una ambulancia aparcada, por ejemplo).

En este escenario, que para el ejemplo mantendremos bidimensional, la forma de los frentes de onda que provienen de la ambulancia lucen como una serie de círculos concéntricos separados uniformemente. Esto significa que cualquier persona que esté parada cerca de la ambulancia recibirá cada frente de onda con la misma frecuencia con la que se emitió.

ambulancia concéntrica

Pero si la ambulancia comenzara a moverse, el patrón de frentes de onda se vería diferente ya que en el tiempo transcurrido entre la emisión de un pico de onda y el siguiente, la ambulancia se habrá movido, haciendo que las capas ya no sean concéntricas. Así, los frentes de onda se agruparán frente a la ambulancia  a medida que se mueve y se separarán detrás de ella.

En este nuevo escenario, si la persona ahora estuviese parada frente a la ambulancia en movimiento, observará una frecuencia de onda más alta que antes. Por el contrario, alguien detrás de la fuente observará una frecuencia más baja a medida que la fuente se aleja de ella.

ambulancia en movimiento

Esto muestra cómo el movimiento de una fuente afecta a la frecuencia experimentada por un observador inmóvil. El fenómeno sería similar en la frecuencia si la ambulancia estuviera quieta y fuese el observador el que se mueve. Es más, cualquier movimiento relativo entre los dos causará un efecto Doppler en la frecuencia observada.

 

El cambio de tono en la sirena

El tono que escuchamos depende de la frecuencia de la onda de sonido, una frecuencia alta corresponde a un tono alto. Entonces, mientras la sirena produce ondas de frecuencia constante, a medida que se acerca, la frecuencia observada aumenta y nuestro oído escucha un tono más alto.

Después de que la ambulancia nos adelante, y ya cuando se está alejando, la frecuencia observada cae, por lo que también lo hace el tono. El tono real de la sirena está en algún lugar entre el tono que escuchamos cuando se acerca, y el tono que escuchamos a medida que se aleja (y solo lo podremos oír cuando ambos estemos detenidos).

 

Otras aplicaciones del efecto Doppler

Más allá de que aquí nos centraremos en el uso que podemos hacer del efecto Doppler como Técnicos de Sonido, es interesante saber que este efecto, al darse con movimiento ondulatorios, también se utiliza en otros campos, como la astronomía, la meteorología, la aviación o la radiología entre muchas otras especialidades.

 

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