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Efecto Doppler y Parlantes

El efecto Doppler es uno de los fenómenos acústicos más conocidos. Se trata de un cambio en la percepción tonal de un sonido cuando la fuente (o el oyente) se encuentra en movimiento. En este post se explica brevemente el fenómeno y se expone su relación con la electroacústica.

DopplerSabemos que el sonido se propaga a 343m/s aproximadamente. Esta velocidad depende de las características del medio (temperatura principalmente) y es independiente de las características de la fuente. Entonces, si una fuente se está moviendo dentro de una masa de aire (típico caso de una ambulancia transitando con la sirena encendida), las ondas sonoras que se propaguen en la dirección del movimiento sufrirán compresión y, las que se propaguen en la dirección opuesta, expansión. Para un oyente quieto, este fenómeno se percibe como un cambio tonal (cuando la la ambulancia se acerca su sonido es más agudo que cuando se aleja). El cambio en frecuencia efectivamente existe, la longitud de onda se acorta en la región comprimida y se alarga en la expandida.

En electroacústica, este fenómeno se suele relacionar con distorsión de altoparlantes, pero no sin dar lugar a discusión.
Imaginemos lo siguiente: un parlante emite dos tonos en simultáneo, 50Hz y 400Hz. Se puede pensar que el movimiento del diafragma en baja frecuencia generará, por efecto Dopler, una compresión y expansión en el tono de alta frecuencia, lo que sería equivalente a una modulación en frecuencia (ver imagen). En otras palabras, cuando el diafragma se desplace con velocidad positiva (equivalente a la ambulancia acercándose al oyente) el tono de 400Hz subirá ligeramente en frecuencia. Y, cuando el diafragma tenga velocidad negativa (ambulancia alejándose), el tono disminuirá en frecuencia. La máxima diferencia se observará cuando la velocidad del diafragma sea máxima, esto es, cuando la posición del cono esté en el “cero” de excursión.

DOPPLERpARLANTE

Esta forma bastante intuitiva de análisis fue desestimada por varios autores (ver ref.). Si bien suena lógico, hay varios puntos que contradicen este efecto.

Para empezar, para que el efecto Doppler suceda la fuente debe estar desplazándose en un medio estático. Para el caso de un parlante reproduciendo baja frecuencia, la fuente se mueve en conjunto con el medio. Es decir, no hay compresión en el frente de onda de alta frecuencia porque cuando el diafragma avanza también lo hace el medio. De lo contrario no se escucharía el tono de baja frecuencia.

Además, por más que sí fuera posible la modulación en frecuencia, la velocidad de un diafragma a baja frecuencia suele ser muy baja como para generar un efecto audible. Una excursión de +/-5mm a 50Hz equivale a una velocidad máxima de excursión de ~11km/h, considerablemente menor a los 1.234km/h del sonido.

Ahora bien, un fenómeno que sí sucede es la modulación en la fase del tono de alta frecuencia. Cuando el parlante se encuentra en su máximo punto de excursión (causado por la señal de baja frecuencia) está desplazado unos cuantos milímetros de su posición de reposo, por lo tanto, los tonos de alta frecuencia que se reproduzcan en ese instante recorrerán menor distancia hasta alcanzar al  oyente que los reproducidos en cualquier otra posición de parlante. Esto implica un adelantamiento temporal en la fase cuando la excursión es positiva y un atraso cuando es negativa.

Lo curioso es que la modulación de fase produce una modulación en frecuencia controlada por el desplazamiento del diafragma a baja frecuencia. Será máxima cuando el diafragma esté en el punto máximo de excursión.

Esto ha generado numerosas discusiones debido a que ambos fenómenos (Doppler y Modulación de Fase) generan un efecto similar: la modulación en frecuencia. Sin embargo, la causa es muy distinta. Doppler propone una compresión del campo acústico en función de la velocidad del diafragma y la modulación de fase sucede con las variaciones de posición del cono, sin que exista compresión alguna.

Dado que la mayoría de los sistemas de refuerzo sonoro cuentan con múltiples vías, este efecto se vuelve aún más despreciable. Sin embargo es interesante tener consciencia que sucede.

Referencia:
http://sound.westhost.com/doppler.htm

Facundo Ramón
Investigación & Desarrollo – Equaphon

Facundo Ramón

2 Comments

  1. Buenos días, soy de Venezuela y desde hace algún tiempo leo sus post porque son muy buenos y quisiera seguir recibiendo información respecto a sistemas de audio y todo lo que ello involucra. Muchísimas gracias!

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