Ultrasonidos

Pongamos a prueba nuestros oídos y veamos para qué seres tan inteligentes como los delfines o dispositivos hechos por el hombre aprovechan ondas de frecuencias más allá de nuestro rango auditivo. En esta entrada hablamos de los ultrasonidos. Tanto el sonido como el ultrasonido son ondas mecánicas. Éstas se propagan por un medio a partir de las vibraciones de las partículas que lo componen.

Lo que distingue al sonido del ultrasonido no es más que el valor de la frecuencia de vibración de la onda. Ésta se mide en hercios (Hz), unidad llamada así por el físico H. R. Hertz. 1 Hz = 1 oscilación por segundo. Los humanos podemos oír ondas sonoras con frecuencias desde unos 20 a 20000 Hz; a partir de ahí entramos en el terreno de los ultrasonidos. En realidad, cada uno tenemos nuestra frontera particular respecto a lo que, para nosotros, es ultrasonido. Por ejemplo: ¿oyes esto?

La mayoría de vosotros habréis oído un pitido agudo; algún oyente más veterano, nada. El siguiente audio, sin embargo, yo no lo puedo oír mientras que quienes seáis muy jóvenes y hayáis cuidado vuestro oído, sí.

Para mí y muchos de vosotros, el sonido de 4, de 18000 Hz, ya no forma parte de la gama de sonidos que podemos escuchar. El sonido de 3, inaudible para los más veteranos, era de 14000 Hz. Con la edad, pero también por otros motivos, perdemos rango auditivo. ¿Por qué?

El motivo parece ser la ubicación de nuestros sensores. En la cóclea, situada en el oído interno, tenemos las células ciliadas, que transforman la energía mecánica de las ondas en señales eléctricas. Aquellas que detectan las frecuencias más altas se encuentran solo en su base.

Si bien aún hay debate sobre el origen del daño auditivo por el envejecimiento en sí, se ha demostrado el daño a estas células en la base de la cóclea por varios factores. Por supuesto por el sonido alto y prolongado, pero también por algunos fármacos. Haciendo una analogía con la luz, la pérdida auditiva que sufrimos con la edad sería como si dejáramos de ver progresivamente los colores más violetas. Visto así da pena, aunque afortunadamente el sonido que nos interesa para el día a día no cae en esas frecuencias tan altas.

Sin embargo, otros animales sí interaccionan con frecuencias en el límite o por encima de nuestro rango auditivo. En lo que queda de entrada vamos a ver su uso de esas frecuencias de decenas de miles de hercios y, brevemente, cómo las empleamos nosotros.

Muchos animales usan los ultrasonidos como una forma de ecolocalización. El principio es sencillo: emiten una onda acústica, la cual se reflejará si hay otro animal por ahí y volverá en t = 2r/v. Algo análogo a cuando gritas en un lugar con eco y vuelves a oírte poco después.

Los delfines son un conocido ejemplo de ecolocalización. Igual te preguntas por qué para esto suelen usar ultrasonidos. Cuanto mayor es la frecuencia de una onda, menor es su longitud de onda. Así, sus altas frecuencias les permiten detectar animales más pequeños.

via GIPHY

En cambio, para comunicarse entre ellos, suelen usar frecuencias audibles para nosotros. ¿El motivo? Igual que solo oyes las frecuencias más bajas de la música que ponen los vecinos, estas frecuencias se atenúan menos en el agua, permitiendo la comunicación mayor distancia.

También los seres humanos usamos las ondas sonoras en la navegación, inspirados en la ecolocalización animal. La técnica se conoce como sonar, y se usa para detectar distintas cosas en el mar: animales de pesca, submarinos enemigos, tesoros hundidos…

Permitidme un apunte más sobre delfines. Fijaos en esta noticia. Según investigaciones recientes, en los delfines nariz de botella cada individuo tiene su silbido particular, como un nombre, que emite y ante el que responde entusiasmado.

Pasemos a otros animales. Había oído que los murciélagos también utilizaban el ultrasonido para encontrar a las presas. Lo que no sabía era que polillas como las tigre han desarrollado la posibilidad de emitir ultrasonidos para advertir al murciélago de que son venenosas.

Yendo todavía a mayor frecuencia, nos encontramos con los ultrasonidos en imagen médica (ecografía). Para esta entrada, solo deciros que, como los delfines, se tiene en cuenta el balance de usar altas frecuencias para una mayor resolución o bajas frecuencias para llegar a órganos internos.

via GIPHY

Una última curiosidad. Al pegar el transductor a nuestro cuerpo, se vierte un gel en él. ¿Sabíais para qué? Para “ajustar la impedancia”, término que conocerá quien trabaje en electrónica o en algunas aplicaciones ópticas. ¿Qué significa en este contexto?

La impedancia acústica es el producto de la densidad del medio y la velocidad de la onda. La densidad del aire es unas mil veces menor que la del transductor de ultrasonidos y los componentes de nuestro cuerpo. Sin gel, el aire entre el transductor y el cuerpo refleja toda la onda.

Con esto termina esta entrada, en la que hemos ido aumentando la frecuencia desde los pitidos incómodos hasta las ondas acústicas que no podemos oír pero que sí usamos, y que forman parte del día a día de animales como los delfines.