Ondas sonoras y electromagnéticas: propiedades, modulación y muestreo de Nyquist

Ondas Sonoras y Electromagnéticas: Fundamentos

Similitudes y Diferencias

(1) Similitudes entre ondas sonoras y electromagnéticas: Ambas comparten la misma relación entre longitud de onda (λ), frecuencia (f) y velocidad de propagación (v): v = λ · f

Diferencias: Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse, mientras que las ondas sonoras sí. El sonido se propaga de manera longitudinal, mientras que las ondas electromagnéticas se propagan de manera transversal.

Propiedades Básicas de una Onda Acústica

(2) Propiedades básicas de una onda acústica:

1. El sonido es una Onda longitudinal: La vibración de las moléculas de un gas, líquido o sólido se transfieren de una a otra. El desplazamiento de las moléculas se produce en la dirección de propagación de la onda.
2. Onda armónica: Cuando el movimiento de las partículas es armónico simple, obtenemos una onda longitudinal con una variación de densidad periódica. La longitud de onda corresponde a la separación espacial de regiones con el mismo estado de vibración.
3. Velocidad de propagación: La velocidad de propagación del sonido depende del medio donde se propaga. En el aire, la velocidad depende de la temperatura. A una temperatura de T = 25°C, la velocidad de propagación es aproximadamente 340 m/s.
4. Intensidad de la onda sonora: La intensidad de la onda corresponde a la potencia (energía por unidad de tiempo) propagada a través de una superficie dada. La intensidad del sonido es proporcional al cuadrado de las variaciones de presión que crean la onda.
5. Reflexión y Transmisión: Cuando una onda de sonido llega a una superficie de separación entre dos medios con impedancias distintas, parte de la onda se refleja y parte se transmite al nuevo medio.

Longitud de Onda

(3) ¿Qué longitud de onda tiene una señal con f = 1000 Hz? (Este punto requiere información adicional para ser calculado).

Sistemas de Comunicación Electromagnética

Descripción del Sistema

(4) Descripción de un sistema de comunicación electromagnética: Para propagar ondas de radio y TV, la señal es convertida a una señal eléctrica que es enviada a través de una onda electromagnética.

Un dispositivo de comunicaciones consta básicamente de tres partes:

1. Módulo emisor: Incorpora la señal a la portadora.
2. Medio de transmisión (canal): Puede ser alámbrico o inalámbrico.
3. Módulo de detección y procesado de la señal.

Métodos Básicos de Modulación

(5) ¿Qué métodos básicos usamos para modular señales? Modulación de Amplitud (AM) y Modulación de Frecuencia (FM).

Digitalización de Señales Analógicas

Frecuencia de Muestreo

(6) Digitalización de una señal analógica con una frecuencia de muestreo de Fs = 300 KHz: Aplicando el criterio de Nyquist, obtenemos: Fmax = Fs / 2 = 300 / 2 = 150 KHz.

Criterio de Muestreo de Nyquist

(7) Enunciado del criterio de muestreo de Nyquist: Una señal con ancho de banda limitado Δf puede reconstruirse a partir de su forma digitalizada si la frecuencia de muestreo Fs es mayor o igual a dos veces la anchura de banda de la señal: Fs > 2 · Δf. La frecuencia de muestreo debe ser dos veces mayor que la frecuencia máxima que se desee reconstruir.