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Las ondas (IV)

En el artículo anterior vimos la relación que existe entre la frecuencia, la velocidad y la longitud de onda de un movimiento ondulatorio determinado. Es cierto que la velocidad de un movimiento ondulatorio la podemos determinar a partir de su longitud de onda y de su frecuencia, pero no es menos cierto que dicha velocidad no depende proporcionalmente de esos parámetros. Lo que intentamos expresar es que, dentro de un determinado tipo de ondas (por ejemplo las que engloban los sonidos audibles), su velocidad no aumenta cuando aumenta su frecuencia o su longitud de onda, sino que permanece mas o menos estable, y esto es fácil de entender porque al aumentar la frecuencia disminuye su longitud de onda y viceversa, y la velocidad -recordemos- es el resultado del producto de ambos factores (V = F · λ).

Sin embargo, sabemos que existen otra clase de ondas muchísimo más rápidas que los sonidos audibles. Se trata de ondas que tienen la facultad de viajar a la velocidad de la luz, unos 300.000 kilómetros por segundo. ¿Cual es la diferencia entre estos tipos de ondas para que la velocidad sea tan dispar entre ellas? ¿Como se hace para lograr el "milagro" de que una onda sonora, que solo viaja a poco mas de 340 metros por segundo, la podamos oir en todo el globo terraqueo prácticamente al mismo tiempo? Las respuestas las tienes a continuación.

Contestemos en primer lugar a la pregunta de ¿que es lo que hay tan distinto entre las ondas sonoras (343,5 metros por segundo) y por ejemplo las ondas luminosas (unos 300.000 Kms. por segundo) para que exista esa abismal diferencia en su velocidad? Pués sencillamente que las primeras son "ondas mecánicas" y las segundas "ondas electromagnéticas".

Podemos llegar a entender esto a la perfección si pensamos que una onda mecánica, por ejemplo el sonido, se basa en la vibración de partículas, corpúsculos físicos o moléculas y que por lo tanto están sometidos a rozamientos entre ellos. Ese rozamiento, como ocurre en cualquier proceso mecánico, es el responsable en gran manera de que se pierda la energía inicial de la onda, lo que en el caso del sonido significa que desaparezca rápidamente el movimiento ondulatorio provocado en un principio. Por esta razón las ondas sonoras, aunque se produzcan en las mejores condiciones posibles, tienen un alcance bastante limitado.

Las ondas mecánicas se transmiten, como ya hemos estudiado, por la vibración de las moléculas del medio en que se propagan. La existencia de ese medio (aire, agua, gas, etc...) es esencial para que la onda mecánica se propague, y sin él la onda jamás se propagará. Por este motivo los sonidos no se transmiten en el espacio exterior donde no existe nada, solo un vacío inmenso. Ahora podemos comprender que dependiendo del medio de propagación en que se transmitan, la velocidad de estas ondas es distinta. Por ejemplo, la velocidad del sonido en el agua (a una temperatura de 25º centígrados) es de unos 1.493 metros/seg., en el acero de 5.100 metros/seg. y en el aluminio de 6.400 metros/seg., como vemos lejos de los 343,5 metros/seg. de su velocidad en la atmósfera terrestre.

Las ondas electromagnéticas, por el contrario, no son ondas mecánicas. Podríamos decir que se trata de campos eléctricos y campos magnéticos enlazados y perpendiculares entre si (mira la siguiente ilustración). El campo eléctrico produce un campo magnético y a su vez el campo magnético produce de nuevo un campo eléctrico. No necesitan de ningún medio para propagarse como ocurre con las ondas mecánicas, por lo que viajan perfectamente a través del vacío absoluto. Además, al no estar sometidas a roces de ningún tipo, conservan su energía durante largos recorridos de cientos, miles e incluso millones de kilómetros. Así se explica que la luz y el calor del sol, dos tipos de energías ondulatorias electromagnéticas (ondas luminosas y ondas calóricas), lleguen hasta nosotros desde casi 150 millones de kilómetros con intensidades bastante elevadas. Incluso podemos ver como lucen las estrellas que están a años luz de la Tierra.

Por este motivo no debe extrañarnos que puedan llegar hasta nosotros las ondas de radio emitidas por antenas situadas a miles de kilómetros de nuestros receptores y, una vez procesadas, podamos oir la información que se ha plasmado en ellas. Las ondas de radio también son ondas electromagnéticas y por lo tanto tienen las mismas o muy parecidas propiedades que las anteriormente tratadas. Su velocidad también es de 300.000 kilómetros/seg. y su frecuencia puede oscilar entre algunas decenas de miles de hercios y miles de millones de ellos. A este tipo de ondas se les llama señales de alta frecuencia.

Me gustaría que retuvieras este concepto, por favor: generalizando y expresándonos en términos electrónicos, hablamos de ondas de alta frecuencia cuando nos referimos a las ondas electromagnéticas de radio y de ondas de baja frecuencia cuando nos referimos al sonido u ondas sonoras. No obstante, decir que también existe una clasificación dentro de las propias señales o tipos de ondas concretas. Por ejemplo, dentro de las señales de radio distinguimos las de alta frecuencia (HF), las de muy alta frecuencia (VHF), las de frecuencias ultra altas (UHF), etc... y también dentro de las de baja frecuencia distinguimos los infrasonidos (por debajo de los 20 hercios y utilizados por los elefantes), los sonidos audibles por el hombre (entre 20 y unos 20.000 hercios) y los ultrasonidos (por encima de los 20.000 hercios y utilizados por murciélagos y delfines).

Para conseguir transmitir sonidos utilizando las ondas de radio se ideó en principio un sistema mediante el cual la información de la onda sonora "viajara" de alguna manera, implícitamente, en la onda electromagnética de alta frecuencia, llamada PORTADORA, sin que esta última perdiera sus cualidades, algo así como "adjuntando" el sonido a la onda electromagnética o portadora. Pero... ¿Como colocar un sonido, que es como hemos visto una onda de tipo mecánico, en una onda electromagnética? Es como querer esculpir un rostro con gas... ¡¡del todo imposible!!. Por eso, lo que deberemos hacer primero es convertir los sonidos, formados por ondas mecánicas, en ondas o señales electricas para que así tengan la misma naturaleza que la onda electromagnética de radio de alta frecuencia, podamos adjuntarla a ella y pueda viajar con ella hasta donde llegue ésta última. Esto lo podemos conseguir sencillamente con un micrófono.

Llegados aquí ya disponemos de las dos señales necesarias: la llamada portadora de alta frecuencia (o portadora de radiofrecuencia), y la señal de baja frecuencia que hemos recogido del micrófono (el sonido una vez "convertido" en señal eléctrica). Ahora solo nos queda incorporar de alguna manera la señal de baja frecuencia a la portadora de radiofrecuencia. Existen varias maneras de hacerlo, pero la primera vez que se logró se hizo modulando la amplitud de la portadora con la señal de baja frecuencia. Fíjate bién en la portadora sin modular. Se trata de una onda de alta frecuencia y de amplitud constante. Aún no existe en ella ninguna información sonora.

Ahora fíjate en la señal de baja frecuencia que hemos obtenido del micrófono. Observa que se trata de una onda de una frecuencia bastante menor que la anterior. Es una señal eléctrica que oiríamos perfectamente si la aplicáramos a unos altavoces o a unos auriculares. Esa es la señal que debemos incorporar a la portadora de radiofrecuencia modulando su amplitud.

Si ahora, cual escultor y a través de los medios adecuados que ya explicaremos, modificamos la amplitud de la portadora de radiofrecuencia siguiendo los niveles de la señal de baja frecuencia que hemos obtenido del micrófono, obtendremos la señal que representamos a continuación. Se trata de la misma portadora anterior pero modulada en amplitud (AM) con los sonidos que hemos producido delante de nuestro micrófono. Observa que tenemos "repetida" la modulación producida por la señal de baja frecuencia: una en los semiciclos positivos de la portadora y otra en los negativos.

Lo verás mas claro si resaltamos la forma de la onda de baja frecuencia en la parte superior (semiciclos positivos) de la portadora de radiofrecuencia. De hecho, cuando queramos recuperar en el receptor de radio el sonido que de forma primitiva producimos delante del micro, solo aprovecharemos una mitad de la portadora, bien la superior (semiciclos positivos) o la inferior (semiciclos negativos). En el presente ejemplo cogeríamos la parte superior de la portadora para "extraerle" la información que "cabalga" sobre ella y desecharíamos la parte inferior, aunque cualquiera de las dos serviría para nuestro propósito.

Ya solo nos queda eliminar la radiofrecuencia restante y usar la baja frecuencia obtenida de la demodulación de acuerdo a nuestros propósitos. Mas adelante explicaremos el proceso completo de la recepción de señales de radio y por supuesto incluiremos la demodulación con todos sus detalles. Por ahora lo dejamos aquí. Esperamos verte pronto de nuevo en www.radioelectronica.es, tu punto de encuentro.

 
C O M E N T A R I O S   
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RE: Las ondas (IV)

#1 Apolonio Arturo Zule » 03-10-2016 01:24

Es muy interesante y enriquece nuestra vida mental el conocimiento que ustedes entregan en forma totalmente desinteresada, se les agradece infinitamente.

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Muchas gracias de antemano por tu colaboración.

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