¿Por qué puedes escuchar la diferencia entre el agua fría y caliente?

¿Cuál crees que era agua caliente y cuál era agua fría? Desplácese hacia abajo para la respuesta..

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Sí, la primera muestra de sonido fue verter agua fría y la segunda, agua caliente.
El trabajo fue realizado por primera vez por una agencia de publicidad de Londres, Condiment Junkie, que utiliza el diseño de sonido en la marca y el marketing, en colaboración con investigadores de la Universidad de Oxford, y publicaron un artículo de investigación sobre esto. El experimento se describe por primera vez en el blog de Condiment Junkie , y fue recogido por NPR y muchos otros. Incluso hay un video de YouTube sobre este fenómeno que tiene más de 1,5 millones de visitas.

Sin embargo, no hubo realmente una buena explicación de por qué escuchamos la diferencia. El artículo académico realmente no discutió esto. El video de YouTube simplemente dice 'el cambio en las salpicaduras del agua cambia el sonido que hace debido a varias razones complejas de dinámica de fluidos', lo que realmente no explica nada. De acuerdo con uno de los fundadores de Condiment Junkie, "más burbujeo en un líquido que está caliente... tiendes a obtener sonidos de mayor frecuencia", pero una discusión posterior en NPR señaló que "el agua fría es más viscosa... Eso es lo que hace que ese timbre agudo .” ¿Tienen razón los dos? Incluso hay una buena cantidad de discusión sobre esto en los foros de física .
Pero todo es especulación. La mayoría de los argumentos están formados a medias e implican una buena cantidad de gestos manuales. En realidad, nadie analizó el audio.

Así que sometí las dos muestras anteriores a un análisis usando Sonic Visualiser . Los espectrogramas son muy buenos para este tipo de cosas porque te muestran cómo el contenido de frecuencia cambia con el tiempo. Pero debes tener cuidado porque si no eliges cómo visualizarlo con cuidado, fácilmente pasarás por alto las cosas interesantes.

Aquí están los espectrogramas de los dos archivos, agua fría arriba, agua caliente abajo. La frecuencia está en una escala logarítmica (de lo contrario, todos los detalles se acumularán en la parte inferior) y las frecuencias máximas están muy enfatizadas (hay una gran cantidad de ruido).

Hay más análisis de los que se muestran, pero la característica más llamativa es que las mismas frecuencias están presentes en ambas señales. Hay una frecuencia fuerte y dominante que aumenta linealmente desde aproximadamente 650 Hz hasta poco más de 1 kilohercio. Y hay una segunda frecuencia que aparece un poco más tarde, comenzando alrededor de 720 Hz, cayendo hasta 250 Hz y luego volviendo a subir.

Estas frecuencias son prácticamente las mismas tanto en casos calientes como fríos. La diferencia es principalmente que el agua fría tiene una segunda frecuencia mucho más fuerte (la que baja).

Así que todas aquellas personas que especularon sobre por qué y cómo el agua fría y caliente suenan diferentes parecen haberse equivocado. Si realmente hubieran analizado el audio, habrían visto que se producen las mismas frecuencias, pero con diferentes intensidades.

Mi primera suposición fue que la segunda frecuencia se debe a que el tamaño de las gotas de agua depende de la velocidad del flujo de agua. Cuando fluye más agua, en medio del vertido, las gotas son grandes y producen frecuencias más bajas. El agua caliente es menos viscosa (más líquida) y, por lo tanto, no se separa tanto en estas gotas.

Estaba menos seguro acerca de la primera frecuencia. Tal vez esto se deba a un tamaño de gota predeterminado y solo algunas gotas de agua tienen un tamaño mayor. Pero, ¿por qué esta primera frecuencia aumentaría linealmente? Tal vez después de que el agua golpea la superficie, siempre se separa en pequeñas gotas y, por lo tanto, son ellas las que salpican después del impacto inicial. Tal vez, cuanta más agua haya en el piso, más pequeñas serán las gotas que salpican hacia arriba, lo que aumenta esta frecuencia.

Pero Rod Selfridge , un investigador del equipo de ingeniería de audio aquí, dio una mejor explicación posible, que repetiré textualmente aquí.

La línea de mayor frecuencia en el espectrograma que aumenta linealmente podría estar relacionada con el volumen de aire que queda en el recipiente en el que se vierte el líquido. A medida que se vierte el fluido, el volumen de aire disminuye y la frecuencia de resonancia de la "cámara" restante aumenta.

La línea inferior de frecuencias podría estar relacionada con la fuerza del líquido que se agrega. A medida que aumenta la velocidad de vertido, aumentando la fuerza, el líquido que cae empuja más hacia el interior del depósito. Esto significa que una columna de aire más profunda queda atrapada y se convierte en una burbuja. Cuanto mayor sea la burbuja, menor será la frecuencia de resonancia. Esta es la teoría de Minneart y se describe en el documento adjunto .

Lo último que pensé fue que para el agua caliente, especialmente hirviendo, habrá vapor en el recipiente y alrededor del área de contacto del vertido. Quizás el vapor tenga un efecto de filtrado acústico y/o un efecto físico en el vertido inicial o las salpicaduras.

Por supuesto, una respuesta más definitiva implicaría algunos experimentos, vertiendo diferentes cantidades de agua en diferentes recipientes. Pero creo que esto ya demuestra la necesidad de probar la teoría de qué sonido ocurrirá contra el análisis de los sonidos reales producidos.