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Ruido de impacto, explosiones y armas de fuego. Primera parte

Son muchas las personas que me preguntan sobre fenómenos curiosos que se producen y observan cuando se generan ruidos potentes de impacto o explosiones. Para entender bien estos fenómenos primero es necesario explicar algunos conceptos físicos a tener en cuenta.

El primer concepto es el de la señal denominada Delta de Dirac. Una Delta de Dirac es un concepto teórico, no se da en la naturaleza, en ella solo se producen aproximaciones a este concepto. Una señal Delta de Dirac es una señal que en un instante dado pasa a tener una alta energía de manera instantánea. En física se conoce como respuesta impulsiva o respuesta al impulso:

Delta de Dirac

En la figura vemos que en el instante X=0 la señal pasa instantáneamente de tener valor cero a valor 1, o lo que es lo mismo, en X=0 la señal tiene 2 valores a la vez, cero y uno. El valor 1 es un valor arbitrario, podíamos haberle dado valor 100 o 1000.  Esto lógicamente, es imposible, en un caso real o tiene un valor u otro, pero nunca puede tener dos valores a la vez. Si nos fijamos en la gráfica, en realidad, tal cual esta dibujada, tiene infinitos valores a la vez en X=0, pues también tiene el valor 0.2, 0.3, 0.4 etc.

En realidad una señal, en la naturaleza, empezará a aumentar de energía pero en cada instante tendrá solamente un único valor:

Señal de energía

Si nos fijamos bien, en este caso real, la energía de la señal aumenta progresivamente de manera rápida, de tal manera que adopta un único valor en cada instante. Pero esta gráfica es también difícil de obtener en la naturaleza por cuanto el incremento de energía suele darse siempre de manera más progresiva:

Incremento de energía

 

Esta progresión puede ser muy rápida, pero siempre existirá, y es esta progresión la que determinará el carácter espectral del sonido generado, es decir si suena más o menos agudo o grave. Ahora veremos cómo y porque.

Toda señal impulsiva, como una explosión, es aproximadamente una Delta de Dirac. Cuanta más energía alcance de manera más rápida, más se parecerá a una delta.  Cuando un petardo explota, la pólvora se quema de manera rápida y genera una onda de presión en el aire que aumenta de energía. Cuanto más veloz sea este aumento más se parecerá a una respuesta impulsiva pura.

Dinamita cartuchos

Pero entonces, ¿Cómo influye esta “velocidad de quemado” en el carácter del sonido que genera? Bien, se demuestra matemáticamente, haciendo la transformada de Fourier de la señal Delta de Dirac, que una señal Delta excita un número infinito de frecuencias y todas por igual. Como nuestra señal real (caso del petardo) no es una Delta pura sino una aproximación, no excitará un número infinito de frecuencias y todas por igual, sino un número finito y unas frecuencias más que otras, es decir se generarán armónicos que configuraran el carácter frecuencial de la señal.

De momento solo hemos hablado del fenómeno puro de la explosión sin tener en cuenta ni el recinto, ni la manera de generar este ruido impulsivo. Si tenemos la oportunidad de escuchar con atención grandes explosiones, nos daremos cuenta de que el sonido generado se compone a su vez de dos sonidos (sin tener en cuenta las reflexiones por supuesto). Es decir, una bomba suficientemente potente no sonará BOOM  sino KA-BOOM. Veamos porqué:

Gran Explosión

Cuando la bomba, suficientemente potente detona, transfiere su energía al aire circundante, generando una onda de presión que es la primera parte del sonido que percibimos. Esta energía generada en un corto espacio de tiempo (señal impulsiva) separa el aire del espacio en el que ha estallado, generando así el vacío en el punto de la explosión. Cuando la energía de la bomba se dispersa, la presión del aire hace que este hueco vacío de aire vuelva a ser rellenado casi instantáneamente. Esta es la segunda parte del sonido que percibimos. Es decir el ruido que hace el aire al golpear contra sí mismo cuando rellena el hueco vacío que ha generado la explosión.

A estos dos sonidos generados (que nosotros percibimos casi instantáneamente) hay luego que añadir los sonidos  generados por cualquier cosa susceptible de vibrar que este cerca de la explosión: la carcasa de la bomba, terreno que salta por el aire, arboles etc. Para los que estéis muy interesados en las tremendas sensaciones que pueden provocar estos fenómenos os recomiendo el fantástico libro Tempestades de Acero de Ernst Junger, que narra sus experiencias durante la Primera Guerra Mundial.

Nos vemos en la próxima entrega 😉

 

 

 

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