2.1. La generación de ondas planas

Si analizamos lo que queremos decir cuando hablamos de "focalizar el sonido", llegaremos a la conclusión de que esto es equivalente a decir que queremos generar una onda acústica plana y cuyo frente de onda tenga un tamaño limitado. Esto nos permite, además de dirigir el haz de sonido a nuestro antojo en una determinada dirección, obtener otras ventajas respecto a las ondas esféricas que generan los altavoces convencionales.

Sobre estas líneas podemos ver, a la izquierda, la representación de un frente de onda esférico, cuya superficie crece proporcionalmente a la distancia a la fuente al cuadrado. Sin embargo, en la onda plana, a la derecha, la superficie del frente de onda permanece constante. Es por ello que la densidad de potencia acústica no decrece con la distancia en el caso de las ondas planas, muy al contrario de las esféricas. Por ello las ondas planas pueden escucharse mucho más lejos que las convencionales esféricas con la misma potencia.

¿Por qué decimos "mucha más distancia" y no infinita, como cabría esperar si la densidad de potencia no se reduce con la distancia? La respuesta es la atenuación o absorción del aire, que por supuesto tendrá lugar tanto para ondas planas como para ondas esféricas e impedirá que ninguna onda se pueda propagar indefinidamente. A continuación se muestra una gráfica con la atenuación expresada en dB por cada metro de propagación en función de la frecuencia y para diferentes humedades relativas. Vemos que la atenuación es mayor para frecuencias altas y que disminuye ligeramente al aumentar la humedad relativa.

Se puede apreciar sin embargo, que incluso en las frecuencias más altas las pérdidas por absorción son mucho menores que las pérdidas naturales de una onda esférica por expansión del frente de onda.

Para generar una onda plana debe darse una condición que en la práctica resulta enormemente restrictiva, y es que la fuente sea mucho mayor que la longitud de onda. Para generar un sonido focalizado necesitaríamos unos altavoces de unos 20 metros de diámetro, lo cual, evidentemente no sería práctico ni económicamente asumible.

Pero lo que sí podemos hacer es generar ondas planas de longitudes menores, con un tamaño de dispositivo aceptable. Podemos así tener una focalización de ultrasonidos, en frecuencias de unos 50 KHz, ya más de una octava por encima del límite de la máxima frecuencia audible, que como sabemos se encuentra a 20 KHz. En los sucesivos apartados veremos que se puede hacer con estos ultrasonidos focalizados.