Un hidrófono ( griego antiguo : ὕδωρ + φωνή , lit. 'agua + sonido') es un micrófono diseñado para usarse bajo el agua para grabar o escuchar sonido bajo el agua. La mayoría de los hidrófonos se basan en un transductor piezoeléctrico que genera un potencial eléctrico cuando se somete a un cambio de presión, como una onda de sonido. Algunos transductores piezoeléctricos también pueden servir como proyectores de sonido, pero no todos tienen esta capacidad y algunos pueden destruirse si se usan de esa manera.
Un hidrófono puede detectar sonidos en el aire, pero será insensible porque está diseñado para igualar la impedancia acústica del agua, un fluido más denso que el aire. El sonido viaja 4,3 veces más rápido en el agua que en el aire, y una onda de sonido en el agua ejerce una presión 60 veces mayor que la ejercida por una onda de la misma amplitud en el aire. De manera similar, un micrófono estándar puede enterrarse en el suelo o sumergirse en agua si se coloca en un recipiente impermeable, pero dará un rendimiento deficiente debido a la coincidencia de impedancia acústica igualmente mala.
Historia [ editar ]
Los primeros hidrófonos consistieron en un tubo con una fina membrana que cubría el extremo sumergido y el oído del observador en el otro extremo. [1] El diseño de hidrófonos eficaces debe tener en cuenta la resistencia acústica del agua, que es 3750 veces mayor que la del aire; por tanto, la presión ejercida por una onda de la misma intensidad en el aire se incrementa en un factor de 3750 en el agua. La American Submarine Signaling Company desarrolló un hidrófono para detectar campanas submarinas que suenan en faros y buques faro. [2] La caja era un disco de latón hueco y grueso de 35 centímetros (14 pulgadas) de diámetro. En una cara había un diafragma de latón de 1 milímetro (0,039 pulgadas) de espesor que estaba acoplado mediante una varilla de latón corta a un micrófono de carbono .
Primera Guerra Mundial [ editar ]
Al principio de la guerra, el presidente francés Raymond Poincaré , él mismo físico, proporcionó a Paul Langevin las instalaciones necesarias para trabajar en un método para localizar submarinos mediante los ecos de los pulsos de sonido. Desarrollaron un hidrófono piezoeléctrico aumentando la potencia de la señal con un amplificador de tubo de vacío ; la alta impedancia acústica de los materiales piezoeléctricos facilitó su uso como transductores subacuáticos. La misma placa piezoeléctrica podría vibrar mediante un oscilador eléctrico para producir los pulsos de sonido. [3]
El primer submarino en ser detectado y hundido usando un hidrófono primitivo fue el submarino alemán UC-3 el 23 de abril de 1916. UC-3 fue detectado por el arrastrero antisubmarino Cheerio ya que el Cheerio estaba directamente sobre el UC-3, 3 fue luego atrapado en una red de acero arrastrada por el arrastrero y se hundió después de una gran explosión submarina. [4] [5]
Más adelante en la guerra, el Almirantazgo británico convocó tardíamente a un panel científico para asesorar sobre cómo combatir los submarinos. Incluía al físico australiano William Henry Bragg y al físico neozelandés Sir Ernest Rutherford . Concluyeron que la mejor esperanza era usar hidrófonos para escuchar submarinos. La investigación de Rutherford produjo su única patente para un hidrófono. Bragg tomó la iniciativa en julio de 1916 y se trasladó al establecimiento de investigación de hidrófonos del Almirantazgo en Hawkcraig en el Firth of Forth . [6]
Los científicos se fijaron dos objetivos: desarrollar un hidrófono que pudiera escuchar a un submarino a pesar del estruendo producido por un barco patrullero que lleva el hidrófono y desarrollar un hidrófono que pudiera revelar el rumbo del submarino. En el East London College se inventó un hidrófono bidireccional . Montaron un micrófono a cada lado de un diafragma en una caja cilíndrica; cuando los sonidos que se escuchan en ambos micrófonos tienen la misma intensidad, el micrófono está alineado con la fuente de sonido. [7]
El laboratorio de Bragg hizo tal hidrófono direccional montando un deflector en frente de un lado del diafragma. Se necesitaron meses para descubrir que los deflectores eficaces deben contener una capa de aire. [8] En 1918, las aeronaves del Servicio Aéreo Naval Real participaron en una guerra antisubmarina experimentada mediante hidrófonos sumergidos. [9] Bragg probó un hidrófono de un submarino alemán capturado y lo encontró inferior a los modelos británicos. Al final de la guerra, los británicos tenían 38 oficiales de hidrófonos y 200 oyentes calificados, pagaban 4 d adicionales por día. [10]
Desde finales de la Primera Guerra Mundial hasta la introducción del sonar activo a principios de la década de 1920, los hidrófonos fueron el único método utilizado por los submarinos para detectar objetivos mientras estaban sumergidos; siguen siendo útiles hoy.
Hidrófonos direccionales [ editar ]
Un pequeño transductor de cerámica cilíndrico único puede lograr una recepción omnidireccional casi perfecta. Los hidrófonos direccionales aumentan la sensibilidad desde una dirección utilizando dos técnicas básicas:
Transductores enfocados [ editar ]
Este dispositivo utiliza un solo elemento transductor con un plato o reflector de sonido de forma cónica para enfocar las señales, de manera similar a un telescopio reflector. Este tipo de hidrófono se puede producir a partir de un tipo omnidireccional de bajo costo, pero debe usarse mientras está parado, ya que el reflector impide su movimiento a través del agua. Una nueva forma de dirigir es usar un cuerpo esférico alrededor del hidrófono. La ventaja de las esferas de directividad es que el hidrófono se puede mover dentro del agua, librándolo de las interferencias producidas por un elemento de forma cónica.
Matrices [ editar ]
Se pueden organizar varios hidrófonos en una matriz para que sumen las señales de la dirección deseada mientras restan las señales de otras direcciones. La matriz puede dirigirse utilizando un formador de haz . Lo más común es que los hidrófonos estén dispuestos en una "matriz en línea" [11], pero pueden estar en muchas disposiciones diferentes dependiendo de lo que se esté midiendo. A modo de ejemplo, en el artículo [12], la medición del ruido de la hélice de los barcos de la flota requería complejos sistemas de matriz de hidrófonos para lograr mediciones procesables.
Los hidrófonos SOSUS , colocados en el lecho marino y conectados por cables submarinos, fueron utilizados, a partir de la década de 1950, por la Armada de los EE. UU. Para rastrear el movimiento de los submarinos soviéticos durante la Guerra Fría a lo largo de una línea desde Groenlandia , Islandia y el Reino Unido conocida como GIUK. brecha . [13] Estos son capaces de grabar claramente infrasonidos de frecuencia extremadamente baja , incluidos muchos sonidos oceánicos inexplicables .
Ver también [ editar ]
- Comunicación con submarinos
- Geófono
- Acústica subacuática
- Sonar
- Sismología de reflexión
Notas [ editar ]
- ^ Madera, AB (1930). Un libro de texto de sonido . Londres: G. Bell and Sons. págs. 446–461.
- ↑ Van der Kloot, William (2014). Los grandes científicos libran la Gran Guerra . Stroud: Fonthill. pag. 104.
- ^ Van der Kloot, 2014, págs. 110-112.
- ^ Thomas, Lowell (julio de 1929). "Lucha contra el submarino" . Mecánica popular .
- ^ Brodie, Bernard; Brodie, Fawn M. (1973). De la ballesta a la bomba H: la evolución de las tácticas y la guerra (First Midland ed.). Prensa de la Universidad de Indiana. pag. 184. ISBN 0253201616.
- ^ Madera 1930, p. 457.
- ^ Madera 1930, p. 457.
- ↑ Van der Kloot, 2014, p. 110.
- ^ Informe AIR 1/645/17/122/304 - Archivos Nacionales de Kew. Experimentos de hidrófono de dirigible.
- ↑ Van der Kloot, 2014, p. 125.
- ^ Abraham, Douglas A. (14 de febrero de 2019). Procesamiento de señales acústicas subacuáticas: modelado, detección y estimación . Saltador. ISBN 978-3-319-92983-5.
- ^ Medición del ruido en el mar con sistemas de matrices de hidrófonos
- ^ Mackay, DG "¿ Escocia el valiente? Política estratégica de Estados Unidos en Escocia 1953-1974 ". Universidad de Glasgow, Tesis de Maestría (investigación). 2008. Consultado el 12 de octubre de 2009.
Referencias [ editar ]
- Pike, John (1999). SOSUS . Consultado el 28 de enero de 2005.
- Watlington, Frank (1979). Cómo construir y usar hidrófonos de bajo costo. ( ISBN 0830610790 )
- Desconocido. hidrófono . Consultado el 28 de enero de 2005.
- Desconocido. (2005) Schlumberger Oilfield Glossary: Término 'hidrófono' . Consultado el 28 de enero de 2005.
- Corporación Onda (2015). ' Manual de hidrófonos '.
- Informe AIR 1/645/17/122/304 - Archivos Nacionales de Kew. Experimentos de hidrófono de dirigible
Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con hidrófono . |
- Hidrófonos : artículos de investigación e hidrófonos de Brüel & Kjær
- DOSITS —Introducción al hidrófono en Discovery of Sound in the Sea
- orcasound.net —Flujos de hidrófonos vivos del hábitat de las orcas
- Monitoreo acústico pasivo: uso de hidrófonos para monitorear los sonidos subacuáticos
- Construya su propio hidrófono: instrucciones gratuitas
- Acústica de precisión: recurso útil sobre hidrófonos
- El Archivo de Sonido de la Biblioteca Británica —contiene muchas grabaciones atmosféricas y de la vida salvaje realizadas con hidrófonos.
- Hidrófonos de alta calidad: fabricante de alta calidad de hidrófonos.
- LeakTronics.com : fabricantes de hidrófonos profesionales para la detección de fugas en piscinas
