Es tranquilo aquí.... ¿¡cerca a la fuente!?

Fuente:  dBSea

Traducido por Carlos Chocontá

A veces la realidad es curiosa. A veces, hay menos ruido a medida que te acercas a la fuente y más ruido si te acercas. Este hecho contraintuitivo es causado por algunas cualidades especiales de cómo la velocidad del sonido cambia (calculadora) con la profundidad y temperatura de nuestros océanos (Similar al canal SOFAR).

El otro día leí las regulaciones y guías para pruebas sísmicas en el mar, y todas ellas se basan en lógica animal para justificarse - me explico:

Las guías (por ejemplo, las guias JNCC) declaran que todos los procedimientos ruidosos debe comenzarse emitiendo un versión menos potente del sonido de prueba, lentamente subiendo el volumen (unos 30 minutos), hasta que se alcanza la potencia sonora completa. Esto tiene un sentido intuitivo que da a los animales la oportunidad de alejarse, previendo que reaccionarán alejándose y no yendo a investigar ese ruido nuevo en su ambiente, ya que el sonido seguramente se hará mas intenso a medida que se acercan.

... eso se presume al menos...

Pero, hay un gran 'pero'...

Debido a la naturaleza variable de la velocidad del sonido en el agua, el sonido puede refractarse, es decir, desviarse de su camino, y no viajar en línea recta. Eso también ocurre en el aire, y esa es la razón por la que puede oírse gente a lo lejos a través de un lago frío. El aire inmediatamente sobre el lago está mas frió que el aire mas arriba, lo que quiere decir que el sonido se mueve más lento cerca a la superficie y más rápido arriba, refractando el sonido hacia abajo y formando un 'canal' sonoro. Dentro del agua, un efecto similar puede causar que el campo sonoro sea diferente a lo esperado.

Figura 1: La fuente emite sonido horizontalmente (±30 grados) y el perfil de la velocidad del sonido causa que el sonido se refracte hacia una zona de velocidad mínima del sonido, aquí la velocidad mínima del sonido está a la mitad de la profundidad máxima. Note cómo el nivel de sonido no es nada uniforme en su dispersión desde la fuente.

Nota el área con ningún o bajo sonido en la imagen de la izquierda en la figura superior. Es exagerado, pero hay una zona con menos sonido. He añadido un pequeña ballena (disculpen mis habilidades artísticas), para la cual sería más silencioso si se moviera hacia la fuente. Podría terminar muy cerca a la fuente durante el aumento de niveles.

(Los autores del reporte JNCC son muy conscientes de esto y lo discuten en el reporte. No es mi intención discutir su trabajo, sólo analizo la interesante mecánica presente.)  

Figura 2: Una explicación simple de cómo se refracta el sonido, de: hyperphysics.
Izquierda: Mientras una columna de tropas marchando cruza de un medio rápido a un medio lento, la dirección de marcha cambia. Derecha: Mientras un carro de juguete rueda de piso duro a alfombra, cambia de dirección porque la rueda que llega primero a la alfombra reduce su velocidad primero.

Figura 3: Animación de la refracción de ondas viajando de un medio rápido a un medio lento, de: University of Southampton.

En las dos figuras superiores (que no son de mi autoría), se explica la refracción de ondas entre medios. En el agua, incluso aunque las termoclinas pueden parecer muy repentinas, no tiene bordes claros como en las figuras 2 y 3. Son más bien cambios graduales )entre 10 cm a 10 m) en temperatura o salinidad, por ejemplo. Esas dos, junto con la presión, determinan la velocidad del sonido en el mar. En dBSea la solución a este problema de propagación es aproximar es aproximar los cambios graduales calculando la refracción entre cientos de capas, en un proceso que llamamos trazado de rayos, donde el camino de cada rayo es seguido y computarizado mientras de desplazan en el agua. Haz esto muchas veces y se obtendrá un cuadro completo del camino del sonido. Abajo, una animación de algunas ondas:

Figura 4: Trazado de rayos con unos pocos rayos, con velocidad mínima a profundidad de aproximadamente 1km. De Wikipedia