Onda ultrasónica a través del aire

Hay un artículo completo sobre la absorción de ondas ultrasónicas en el aire en el artículo Absorción de ondas ultrasónicas en el aire de A. Vladišauskas y L. Jakevičius .

Se supone que no solo debemos citar enlaces en los artículos, pero parece una tontería reproducir el documento completo aquí. Las conclusiones son que la absorción se ve fuertemente afectada por la temperatura y la presión del aire (aunque supongo que solo le interesa la presión normal) y también por la frecuencia. A bajas frecuencias y temperaturas (alrededor de cero C) la absorción es muy pequeña. Sin embargo, a medida que aumenta la temperatura, la absorción aumenta con la temperatura. Para frecuencias bajas (c. 100 KHz), la absorción alcanza su punto máximo alrededor de 50 C a aproximadamente 5 dB/m. Para frecuencias alrededor de 1MHz, la absorción es de varios cientos de dB/my no muestra un pico por debajo de 100C.

La atenuación del sonido en el aire es una función de la frecuencia: cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la atenuación por unidad de longitud.

También existe un límite natural para la amplitud de una onda de sonido: una vez que la presión máxima es más del doble de la presión ambiental, ya no se tiene una "onda" tradicional, ya que la presión del aire no puede volverse negativa.

Tercero: las frecuencias "ultrasónicas" comienzan en 20 kHz: el límite de la (buena) audición humana.

Finalmente, cuando la presión sonora de una onda se ha reducido a 0 dB, se puede decir razonablemente que se ha vuelto "indetectable"; cualquier cantidad de fuentes de sonido ambiental agregaría suficiente ruido que requeriría un equipo extremadamente sensible para tener alguna posibilidad de captar la señal. 0 dB es el "límite de la audición humana".

Juntando estas tres cosas, se podría calcular la distancia que recorre una señal de 20,1 kHz en el aire normal (20 °C, 40 % de humedad relativa) cuando la fuente de sonido en el origen tiene una presión de 194 dB (el límite teórico del sonido sin distorsiones). ). Supondremos que esta presión se mide a una distancia de una longitud de onda (alrededor de 1 cm) del transductor; entonces tenemos que lidiar tanto con la ley del cuadrado inverso como con la ley de atenuación.

De la ley del cuadrado inverso, perdemos 6 dB por cada duplicación de la distancia. Si ese fuera el único mecanismo para reducir la amplitud, la señal de 194 dB caería a cero en (194/6 ~ 31) duplicaciones de distancia, o$2^{31}~\rm{cm}$. Esa es una distancia enorme, por lo que debemos observar el coeficiente de atenuación.

Según el artículo al que John Rennie ya hizo referencia "Absorción de ondas ultrasónicas en el aire", A. Vladišauskas, L. Jakevičius, ISSN 1392-2114 ULTRAGARSAS, Nr.1(50). 2004 la atenuación del ultrasonido de 50 kHz a 20 C y una humedad relativa del 60% es de aproximadamente 1 dB/m

Esto nos da rápidamente un límite superior absoluto de aproximadamente 200 m para cualquier transmisión de señal de ultrasonido. Las condiciones del "mundo real" afectarán en gran medida la respuesta.

También depende del transductor, el circuito y la secuencia de señales que esté utilizando. La sensibilidad varía según los diferentes dispositivos y la secuenciación de la señal altera significativamente la capacidad de envolver la señal.

Las variables medianas pueden diferir demasiado en un área grande. Un pequeño cambio puede resultar en grandes errores de lectura.