¿Qué es la aeroacústica?

La aeroacústica es la disciplina científica que estudia el sonido generado aerodinámicamente y como tal se puede considerar como una parte de la mecánica de fluidos. En ella se desarrolla una teoría general de la generación aerodinámica de ondas sonoras a partir de diferentes formulaciones. Algunas consideran una resolución directa de las ecuaciones de gobierno de la mecánica de fluidos, mientras que otras optan por un enfoque más teórico que deduce un sistema general de ecuaciones y aplica una serie de analogías acústicas para combinar un enfoque teórico a la vez que computacional.

La disciplina fue inaugurada oficialmente con los trabajos del gran matemático aplicado James Lighthill, allá por los años cincuenta del pasado siglo. Un personaje muy interesante, sucesor de Paul Dirac y antecesor de Stephen Hawking en la Cátedra Lucasiana de Matemáticas de la Universidad de Cambridge, y que murió en una travesía a nado de la costa de la isla de Sark cuando ya era septuagenario. Además de sus contribuciones a la aeroacústica Lighthill realizó otras aportaciones en el ámbito de la mecánica de fluidos y el estudio matemático de la propagación de ondas. Su teoría del ruido generado aerodinámicamente se basa en un desarrollo matemático y la introducción de una hipótesis física. El primero consiste en una formulación de las ecuaciones de gobierno de la mecánica de fluidos como una ecuación de onda en donde los procesos no lineales del flujo se identifican en el miembro derecho con las fuentes acústicas, aunque para ello hay que establecer desde un punto de vista físico cuál es la variable acústica. Lamentablemente, tal ecuación no puede resolverse analíticamente pues para ello habríamos de conocer soluciones analíticas generales de las ecuación de Navier-Stokes para resolverla.

La segunda es la que se conoce como analogía acústica y establece una analogía entre el problema general de generación de ondas sonoras y uno simplificado en el que resuelven los procesos de generación de generación de las ondas sonoras con respecto a los de propagación de éstas. Para ello se supone que todos los procesos asociados con la generación del sonido están confinados en un dominio del espacio acotado (en esa región no se impone ninguna restricción a las fluctuaciones de presión y densidad). En el exterior de dicho dominio de generación se recupera la propagación de ondas sonoras en las condiciones que establece la acústica física en el régimen lineal. Esto permite realizar la hipótesis dese supone que las fuentes en la zona de generación pueden modelarse con fuentes clásicas. De modo que en esencia la analogía acústica consiste en una modelización, en un modelo teórico que simplifica el esquema general y complejo de la generación de ruido. Es la analogía acústica la que facilita la resolución de la ecuación de onda simplificando el tratamiento de los términos fuentes en dicha ecuación.

Este proceder puede realizarse considerando ecuaciones de onda alternativas, bien suponiendo otras variables acústicas, o seleccionando de otro qué términos retener o no como asociados con las fuentes de las ondas sonoras. También diferentes analogías, estableciendo hipótesis diferentes sobre el flujo base en que se propagan las ondas y las propiedades del flujo en el dominio de generación de las ondas sonoras. Esto implica que no todas las formulaciones tienen por qué, a priori, describir la misma física, de modo que hay que ser muy cuidadoso en su elección. El grado de modelización en cada caso no es el mismo (aunque algunas de las formulaciones más utilizadas en aeroacústica son equivalentes a la de Lighthill). Es este un asunto muy importante desde una perspectiva filosófica, ya que en este campo se trabaja con modelos que no establecen necesariamente una correspondencia directa con lo que realmente sucede en la naturaleza.

La aeroacústica tiene un rango amplio de aplicaciones en ámbitos muy diversos que van del estudio del ruido aerodinámico generado por aerogeneradores o ventiladores de uso industrial al estudio de la fonación humana o el ruido generado por volcanes. En mayor medida el desarrollo de la disciplina se produce en torno al ámbito de la ingeniería de fluidos, pero existen interesantes cuestiones no resueltas desde el punto de vista de la física básica, en lo que podríamos denominar mecánica de fluidos teórica. E incluso en la conexión de la aeroacústica con ámbitos de la física teórica lo cual podría suponer en el futuro nuevos descubrimientos sobre los secretos ocultos de los flujos de la naturaleza.

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