Tonos de campanas en la distancia

Question

El sonido del campanario de la Universidad de Indiana, en Bloomington, suena a una frecuencia más alta cuando se escucha a 1,4 km de distancia, en comparación con el que se escucha justo al lado. ¿Es probable que este efecto se deba a que los sobretonos de mayor frecuencia no se amortiguan con la distancia? Si es así, ¿hay algún argumento físico que lo justifique? Esta percepción es contraria a la expectativa de sentido común de que los sonidos de menor frecuencia deberían transmitirse a mayor distancia.

No es un efecto doppler, porque en ambos casos no me estaba moviendo con respecto a la torre del reloj.

Answer 1

Esto se debe a que las ondas sonoras de la campana se difractan ("doblan") al pasar por un obstáculo o por un hueco en la pared. La cantidad de difracción depende del tamaño del obstáculo o de la brecha en comparación con la longitud de onda. Sin embargo, por lo general, las longitudes de onda más largas (las frecuencias más bajas) experimentarán una mayor difracción que las longitudes de onda más cortas (frecuencias más altas). En efecto, las frecuencias más largas y bajas se filtran del sonido general que se escucha a distancia por la cantidad de flexión que experimentan. A medida que se acerque a la torre, empezará a oír los sonidos de menor frecuencia.

Un sonido con una frecuencia de 130 Hz - una octava por debajo del "Do central" de un piano que es de 260 Hz (fuente https://en.wikipedia.org/wiki/Piano_key_frequencies ) tendrá una longitud de onda en el aire de unos 2,54 m (suponiendo que la velocidad del sonido es de 345 m/s, lo cual es una aproximación razonable para una temperatura del aire de unos 22 grados C - fuente http://www2.siba.fi/akustiikka/?id=38&la=en ). La siguiente octava de frecuencia inferior tendrá una longitud de onda de unos 5,08 m. A juzgar por la imagen del campanario de https://www.flickr.com/photos/29445095@N05/14407371324 estas longitudes de onda son comparables a las dimensiones de la torre, por lo que se producirá la difracción de las ondas sonoras en este rango de frecuencias.

Un ejemplo sencillo de difracción del sonido es poder escuchar las voces de la gente a la vuelta de un edificio. Las frecuencias de la voz humana oscilan entre unos 85 Hz (hombre) y 255 Hz (mujer), es decir, una longitud de onda de unos 4 m a 1,4 m (fuente https://en.wikipedia.org/wiki/Voice_frequency ) que, como muestra el análisis anterior, será difractado por un obstáculo de tamaño comparable como una pared o una esquina.