1. Introducción
A diferencia de las ondas electromagnéticas, cuya penetración en el agua de mar es mínima, el sonido puede propagarse a kilómetros de distancia, pero con degradaciones importantes.
La comunicación acústica submarina enfrenta serios retos derivados del entorno: el ruido ambiental, la absorción por el agua y la dispersión geométrica limitan el alcance y la eficiencia de transmisión.
2. Fuentes de ruido
El ruido afecta la relación señal/ruido (SNR) y condiciona el consumo energético.
Las principales fuentes son:
Ruido antrópico: embarcaciones, hélices, maquinaria submarina.
Ruido biológico: peces, crustáceos y mamíferos marinos.
Ruido meteorológico: viento, lluvia y oleaje (1–20 kHz).
Ruido térmico: relevante por encima de 50 kHz.
Estos fenómenos obligan a dimensionar correctamente la potencia de transmisión y aplicar técnicas de mitigación, como se discute en las siguientes secciones.
3. Dispersión y atenuación
La propagación del sonido en el agua está afectada por:
Absorción: depende de la frecuencia, típica de 0.05–0.2 dB/km/kHz.
Dispersión geométrica: en lagos poco profundos el frente de onda puede aproximarse como cilíndrico, con menor pérdida que en mar abierto, donde se propaga de forma esférica.
Multipath: reflexiones en superficie y fondo que distorsionan la señal.
Las comunicaciones de largo alcance suelen emplear frecuencias de 1–10 kHz, mientras que frecuencias superiores a 50 kHz son más apropiadas para enlaces cortos y de alta capacidad, debido a su fuerte absorción.
4. Ejemplo numérico
Se consideran los parámetros:
Tamaño del mensaje: M = 10 kB = 80 000 bits
Distancia: d = 3 km
Frecuencia de operación: f = 10 kHz
Ancho de banda: B = 2 kHz
Tasa de bits: R = 10 kbps
Tiempo de transmisión:
Atenuación por absorción:
Pérdidas adicionales por dispersión y geometría: ~30 dB. Atenuación total: L ≈ 33 dB
Si se requiere SNRmín = 10 dB, la energía mínima crece rápidamente en presencia de ruido. Una transmisión de 10 kB puede consumir ≈ 32 J en condiciones normales, pero hasta ≈ 3200 J en entornos ruidosos.
5. Estrategias de mitigación
Para mejorar la eficiencia y autonomía se aplican:
Selección adaptativa de frecuencia: cambio dinámico de portadora o frequency hopping para evitar bandas ruidosas.
Modulación robusta: esquemas resistentes a multi-trayecto.
Codificación y corrección de errores: aumento de confiabilidad.
Ecualización adaptativa: compensación de dispersión y retardos.
6. Desarrollos actuales
Existen numerosos métodos para la generación de ondas acústicas en distintos rangos de frecuencia. Sin embargo, aún quedan áreas poco exploradas sobre cómo transformar de manera más eficiente la energía eléctrica en energía acústica.
En UTelemetry se están desarrollando prototipos de generadores altamente eficientes para la transmisión de información en ambientes de difícil acceso, tales como:
Tuberías submarinas en lechos marinos.
Pozos de perforación.
Estructuras sólidas como puentes y edificios.
El objetivo es permitir el sensado continuo de infraestructuras críticas y el envío de información hacia la superficie o a lo largo de la propia tubería hasta un punto de mayor accesibilidad. Gracias a la alta eficiencia, es posible concebir transmisores sumergidos con autonomía de varios años sin necesidad de reemplazo o recarga de baterías.
En mar abierto o en lagos, estos desarrollos también son aplicables, aunque el alcance efectivo se ve limitado por la dispersión de la energía acústica en el volumen total del medio.
Estos avances abren la puerta a redes de sensores subacuáticos de bajo consumo, clave para la monitorización ambiental, industrial y de seguridad en las próximas décadas.
Autor PhD Luis Bilbao.
Trabajo científico liderado por
- PhD Luis Bernal,
- PhD Luis Bilbao,
- Ing. Ricardo Scheffer
- Lic. Rodrigo Bilbao.
