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» » Capas que hacen los objetos invisibles al sonido

Investigadores de EE.UU. han creado una "capa tapizada", que hace que los objetos sean invisibles a las ondas sonoras. Este dispositivo es el primero de su tipo en funcionar en el aire y puede ser utilizado para mejorar la acústica en las salas de concierto, o incluso para controlar el ruido no deseado.

La primera capa de invisibilidad basada en la luz fue construida en 2006 y la primera para el sonido en 2010. Están hechas de materiales artificiales, diseñados para tener propiedades ópticas o acústicas que varían a lo largo del dispositivo. El resultado es que, la luz o las ondas de sonido son desviadas alrededor de la doble capa y vuelven a unirse al otro lado, como si la capa, y todo dentro de ella, nunca hayan estado allí.

En la práctica, no obstante, es extremadamente difícil crear materiales con todas las propiedades adecuadas, de hecho, las capas construidas hasta la fecha son muy limitadas en su funcionamiento. La primera capa de sonido funcionaba en el agua y no en el aire, y sólo si el sonido se propagaba en 2D. Otra limitación importante de muchas capas es que sólo funcionan dentro de una banda estrecha de frecuencias.

Bajo las capas

Las capas tapizadas son un tipo especial de capa de invisibilidad que ofrecen una manera de sortear algunos de estos problemas. Estas capas se colocan sobre un objeto posado en una superficie reflectante y hacen al objeto invisible. La primera capa tapizada óptica se realizó en 2009, y ahora, Steven Cummer, y sus colegas de la Universidad de Duke en EE.UU., han creado una para el sonido. A diferencia de las anteriores, ésta funciona en el aire en lugar de agua.

Este último dispositivo se compone de un conjunto de placas cuadradas de plástico, cada uno con un agujero en su centro. El tamaño del agujero tiene un fuerte efecto sobre el comportamiento de la onda de sonido cuando es lanzada ésta directamente sobre la placa. A medida que pasa a través de la placa, la onda actúa como si hubiese entrado en una región donde la densidad del aire habiera aumentado repentinamente. Sin embargo, si la onda llega en un ángulo inclinado respecto a la placa, el agujero tiene poco efecto, y la onda se comporta como si se propagara a través del aire.

El equipo optó por unas placas de 5 mm. de largo, 1 mm. de espesor y un agujero de 1,6 mm. de diámetro. Las capas de las placas fueron ensambladas en una estructura 3D con forma de cheurón (ver figura), colocada sobre un "suelo plano" y duro que refleja el sonido. El objeto envuelto por la capa se colocó bajo el dispositivo, entonces se dirigió el sonido del altavoz hacia él. A lo largo de la sala se fue moviendo un micrófono para mapear la intensidad del sonido en cada posición, para comprobar cómo el sonido se dispersaba desde la capa.

Patrones casi idénticos

El equipo encontró que cuando la capa y el objeto están presentes el patrón de intensidad era casi idéntico al del modelo obtenido en la placa soporte vacía. Bastante diferente de cuando está presente sólo el objeto. Según el equipo, la diferencia entre los patrones del objeto cubierto y la superficie vacía son el resultado de algún sonido que es absorbido por la capa, un problema que sufren la mayoría de los diseños de capa.

Las mediciones del equipo muestran que la capa funciona bien en un ancho de banda de 1 a 5 kHz. "En teoría debería funcionar bien por debajo de 1 kHz, y es así porque las longitudes de onda son tan largas que es difícil de medir las frecuencias más bajas en nuestro configuración", explicó Cummer. La gama de frecuencias de 0 a 5 kHz es casi lo mismo que la voz humana.

Para operar a frecuencias por encima de los 6 kHz, tendría que reducirse el tamaño de las placas de plástico. "En definitiva, podemos cubrir todo el rango del oído humano (es decir, de 0 a 15 kHz) sin demasiados problemas", añadió.

Este rango de operación impresiona a Nicholas Fang, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, que comentaba: "Esta tecnología es tan prometedora, como la banda ancha. Por ejemplo, podría mejorar las reflexiones del sonido en las salas de  teatro o auditorios."

El diseño de las superficies acústicas

Cummer está de acuerdo, señalando que el diseño podría ser usado para dar a una sala un diseño acústico que sea diferente de su disposición física real. Paredes que son suaves a la vista podrían tener un aspecto rugoso al sonido, y viceversa. Esto podría ayudar al diseño de salas de conciertos para arquitectos e ingenieros acústicos, por ejemplo.

José Sánchez-Dehesa, de la Universidad Politécnica de Valencia en España, cree que serían posibles muchas aplicaciones bajo este concepto de capa tapizada, si se extiende a las vibraciones de los materiales sólidos. Por ejemplo, para ocultar instrumentos sensibles a las vibraciones, señala Sánchez-Dehesa. Mirando con perspectiva más lejana en el futuro, este concepto podría incluso ser utilizado para proteger los edificios de los terremotos.

El equipo de Cummer está ahora trabajando en una capa con forma de pirámide en 3D, y también está tratando de desarrollar una capa similar que funcione bajo el agua en lugar de en aire.

  • Referencia: PhysicsWorld.com, por Hamish Johnston, 04 de julio 2011
  • Esta investigación está descrita en Phys Rev. Lett. 106 253901.
  • Imagen: Steven Cummer .

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Editor del blog Pedro Donaire

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