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¿En qué se diferencia un audífono barato de uno caro?

A muchos seguro que os viene a la memoria el anuncio que se repitió hasta la saciedad en espacios de teletienda de Whisper XL, el cual era un audífono cuyo spot decía "¡Podrá oír caer un alfiler en un cenicero al otro lado de la habitación!" "¡No suba el volumen de su televisor, suba el de su Whisper XL!". El anuncio se emitió a mitad de los 90 y no he encontrado ningún vídeo en la Red sobre él. Si algún lector adquirió uno, le invito a que se ponga en contacto conmigo para ver qué tal le salió. Lo que sí que he encontrado ha sido webs donde todavía lo ofertan, como éste.


Al igual que con otros fantásticos productos de la teletienda, como los cuchillos que ríase usted de las catanas japonesas, que si la baba de caracol, o algún aparato imprescindible en casa para bajar los michelines desde el sofá... con el Whisper XL tendríamos que desconfiar. Pero como esto es un aparato tecnológico, ¿qué tiene de malo frente a otros modelos que nos pueden vender en clínicas auditivas? El NYTimes ya se ha preguntado por qué los audífonos industriales son tan caros, si hay ordenadores, móviles y electrónica compleja mucho más barata. Lo mismo se preguntan en Bloomberg.

En el caso del NYTimes, citan a un ingeniero que conoce este tipo de tecnologías y lo que dice es:

The hearing aid industry uses every new thing, like digital or a new algorithm, to raise prices,” said Mr. Apfel, whose company, Audiotoniq, aims to sell sophisticated but affordable devices. “The semiconductor industry traditionally reduces the cost of products by 10 to 15 percent a year,” he said, but “hearing aids go up 8 percent a year annually” and have for the last 20 years.

Estimaba que el coste de fabricación de estos aparatos es de unos 100$. Y un responsable de una marca, cita lo siguiente:

For someone with mild to moderate hearing loss, the average hearing aid today is completely overengineered

Al final, este invento se basa en un micrófono y un amplificador de la señal (el ruido). Aparte de eso, según la página recomendable Hackaday, se puede construir un amplificador casero, pero conviene que tenga más que el micrófono y el amplificador, como un tratamiento de la señal. Es una especulación, pero mi teoría es que hablando claro, los audífonos de la clínica tienen un tratamiento de señal bastante adecuado, y los de la teletienda no. ¿En qué consiste todo esto? La respuesta nos la da en esta web de la ASHA, asociación americana. Hay que diferenciar entre audífonos analógicos y digitales, aunque la diferencia entre ellos consiste en que una onda pasa a unas señales digitales. A esto se le llama DSP (Digital Signal Processing) y se convierte una señal analógica continua en unos valores digitales discretos. Los altavoces y auriculares también diferencian su calidad en base a estas ideas, y en el caso de los audífonos, gracias al DSP se consigue controlar los siguientes parámetros:

Ganancia: La ganancia consiste en la amplificación de señal, pero gracias a ser una señal digital, no se aplica la ganancia a toda la señal, sino a partes concretas de la onda.

Reducción digital del ruido: consiste en que los mecanismos se pongan en marcha cuando se detecta un sonido estable, y no antes.

Refuerzo digital de la conversación: se refuerza en algunos momentos al interlocutor, en determinados partes de su "monólogo".

Micrófonos direccionales: lograr una mejor calidad de sonido apuntando al foco.

Hay más, y para eso no hay más que ver distintos artículos de investigación que se publican sobre el procesado de señal para aplicaciones de audífonos. 

En esta otra página hay unas cuantas FAQ sobre dudas en la adquisición de estos aparatos, como en qué hay que fijarse a la hora de comprarlo. Y claro, todas las personas no tienen la misma pérdida de sonido: unas escuchan peor los sonidos de baja intensidad, o no escuchan bien los sonidos agudos, o no escuchan a cierta distancia... cada una tiene su propio cuadro diagnóstico.

Además, el tratamiento legal de estos aparatos es curioso, ya que en el caso de EEUU, se considera un medicamento si la persona tiene pérdida de audición, pero se considera un aparato electrónico si no la tiene, y usa el audífono para ocio (fuente). En España no he encontrado nada de esto al respecto.

El DSP tiene mucha más tela que cortar y se merecen varios artículos para ellos solos, pero espero que con lo puesto aquí, por lo menos se entienda la diferencia de lo que ofrece la teletienda respecto a las clínicas especializadas.


Quien quiera ayudar en la difusión del artículo, el correspondiente link en Menéame.

En Naukas: El problema de la palanca a lo largo de la historia

El artículo original lo podéis encontrar aquí.



En la tradición científica occidental, ha habido un largo debate sobre la aplicabilidad de las matemáticas a la naturaleza. La cuestión es si el mundo es fundamentalmente matemático, en cuyo caso el análisis matemático es el camino más seguro para una comprensión más profunda, o si las matemáticas son aplicables sólo a los aspectos superficiales cuantificables de las cosas, sin alcanzar realidades últimas). Desde el Renacimiento hasta nuestros días, este debate parece haberse decantado hacia la primera opción.

Ya en la Antigüedad, podemos tomar a Pitágoras y Platón como los que tomaban el mundo de manera eminentemente matemática, y por otro lado a Aristóteles, el que tenía en cuenta las cualidades físicas de la realidad además de las matemáticas.

En el siglo 4 a.C, las conquistas de Alejandro Magno pusieron en contacto a los griegos con las matemáticas de los pueblos orientales, y esto desembocó en la fundación de la Biblioteca de Alejandría, donde los sabios de la época se ocupaban del estudio de unas ciencias mixtas, mezcla de física y matemáticas. Entre estas ciencias, se encontraba la estática. Esta rama de la mecánica se puede plantear como la búsqueda del equilibrio de los cuerpos en un sistema. Desde el principio, uno de los problemas principales que se estudió fue el de la balanza romana, cuya generalización es el problema de la palanca. Este sistema se vio que era común en la mayoría de máquinas y mecanismos principales de la época.


Hoy en día, cualquier estudiante de física de secundaria debería saber que el equilibrio en ese sistema se consigue por igualdad de momentos a ambos lados del centro de giro de la palanca. Es decir,

Peso1·distancia1 = Peso2·distancia2.

Momento se define habitualmente como fuerza por distancia, y normalmente se calcula el momento en un eje, o en su caso, en un punto sobre un plano.

Sin embargo, no existía todavía el concepto de momento en aquella época y tardó bastantes siglos más en llegar, por la que los primeros eruditos se las tuvieron que apañar para resolver este problema. Como ya se ha dicho, había división en el planteamiento de problemas, y los matemáticos tendían a estudiar la mecánica eliminando las consideraciones dinámicas (las fuerzas o causas) para concentrarse en el equilibrio (sin fuerzas netas), mientras que los físicos tendían a tomar en cuenta los movimientos y sus motores, con lo que sus esfuerzos eran difíciles de geometrizar, ya que el estudio matemático del movimiento estaba por hacer.

La pregunta que se hizo Arquímedes (siglo III a.C) era “¿por qué pequeñas fuerzas pueden levantar grandes pesos en una palanca?” y desarrolló su física a través de los pesos: los círculos de Arquímedes.


Si hay un número par de magnitudes con sus centros de gravedad situados a iguales distancias sobre una línea recta y si las dos del medio son iguales, mientras que aquellas que equidistan entre sí (a cada lado) son iguales respectivamente, el centro de gravedad del sistema es el punto medio de la línea que une los centros de gravedad de los dos del medio.

Y la idea clave a la que dio lugar fue la siguiente:

- Consideremos una barra sin peso dividida en 6 tramos equidistantes que se aguanta sobre su punto medio. Además, pensemos en dos pesos: uno compuesto por cuatro unidades y otro compuesto por 2 unidades de peso (cada bloque rojo y azul pesa lo mismo).

- Colocamos las 6 unidades en el punto medio de cada tramo. El sistema está en equilibrio.


Ahora consideremos que sigue habiendo equilibrio si hacemos lo siguiente:



De manera que tendríamos algo así:



Esto ocurrió en el siglo III a.C. y nos tenemos que ir hasta el XIX para conocer al que se considera uno de los grandes filósofos de la ciencia: Ernst Mach. Probablemente, este hombre sea más conocido por el número que lleva su nombre o sus estudios de ondas de choque, entre otras ideas. Pero Mach fue sobre todo un crítico de la mecánica de Newton. Su obra más importante es Science of Mechanics, que representa un ensayo de sus ideas y razones para dudar. Mach, como filósofo, tuvo influencia del positivismo, lo cual significa que solo creía en conceptos que se pudieran percibir por lo sentidos como única fuente del conocimiento y único medio para descubrir la verdad en la ciencia. Es conocida la crítica que hizo a la demostración de Arquímedes sobre la palanca  Concretamente el extracto es:

De la mera suposición del equilibrio de iguales pesos a iguales distancias, se deduce la proporcionalidad inversa entre los pesos y los brazos de palanca! ¿Cómo es esto posible?

Si el mero hecho de que el equilibrio depende del peso y de la distancia, lejos de poder deducirlo lógicamente, tuvimos que buscarlo en la experiencia, muchos menos podrá encontrarse, con recursos puramente especulativos, la forma de esa dependencia, vale decir la proporcionalidad inversa.

En verdad, Arquímedes y todos sus sucesores, tácitamente o en forma más o menos oculta, introdujeron la hipótesis de que el efecto perturbador del equilibriode un peso P a una distancia D está medido por el producto P×D – el llamado momento estático.



Lo que nos quiere decir Mach es que si la dependencia del momento con D no fuera lineal, no serían válidas las transformaciones que hemos visto en los gráficos de la sección anterior. Es decir, la dependencia lineal P×D ya está supuesta desde el inicio en la demostración. Para entender la afirmación del austríaco, hay que tratar de imaginarse los escasos fundamentos mecánicos con los que contó Arquímedes para establecer su ley. Sin embargo, Mach fue rebatido por otros historiadores de la ciencia (como Valiati y Hölder) y hoy en día se publican aún artículos científicos argumentando las distintas ideas de los eruditos (Palmieri, 2007) o éste, de 2008.

Sin embargo, no deja de ser sorprendente que entre tantos siglos de diferencia, haya habido científicos que se han ocupado del problema de la palanca, como Galileo, Stevinus o Da Vinci. Cada uno de ellos introdujo distintos conceptos para la resolución del problema según la manera en la que veía la física, y también incorporaron la visión dinámica y cinemática, la cual no podemos atribuírsela a Arquímedes. Sin embargo, lo que sí que podemos atribuirle es el comienzo del estudio de la Mecánica, historia que tiene más de dos milenios de duración. En el debate entre quién tenía razón entre Mach y Arquímedes, hay una tendencia favorable al griego, sobre todo basándose en otro estudio clásico de la Antigüedad, realizado por Euclides.

En la historia de la Mecánica se distinguen 6 periodos:

1-    Es la época en la que la Mecánica consistía solo en observaciones, sin ningún tipo de documentación ni plasmar su pensamiento. A pesar de que se puede trazar el origen de ciencias como la astronomía gracias a textos babilonios y egiptos, no existen esas referencias para Mecánica.

2-    Problema de la palanca y la aparición de los primeros tratados. Los que más peso tuvieron en esta época fueron Arquímedes, Aristóteles, Herón y Euclides.

3-    Es la visión de la mecánica como un conjunto de equilibrios y pesos, en el que la palanca siguió teniendo un papel influyente.

4-    El cuarto período es la antesala de la Mecánica Clásica, en el que aparecen los trabajos de Galileo y Leonardo Da Vinci. Se centran en problemas del plano inclinado, muelle, palanca y péndulo sobre todo.

5-    Abarca la visión mecánica del mundo y movimiento de los planetas, sobre todo a partir de trabajos de Descartes y Newton.

6-    Esta época se caracteriza por la aparición de nuevos conceptos de la física moderna, como la relatividad y la Mecánica cuántica.

De hecho, Einstein dijo de Mach que era el precursor de su teoría de la relatividad. Sin embargo, Mach nunca aceptó estas ideas y se desvinculó de la física moderna, ya que muchas ideas eran muy abstractas para ser válidas según su pensamiento.


Fuentes

Agradecer la participación de @carlcasan en el artículo


Renn, J., Damerow, P., and McLaughlin, P. Aristotle, Archimedes, Euclid, and the Origin of Mechanics: The Perspective of Historical Epistemology. Berlin: Max Planck Institute for the History of Science, 2010, pg 1-2

Science of Mechanics. Ernst Mach

Los materiales y un tipo de lesión

Hace unas semanas en este blog apareció el siguiente vídeo, y su versión original en YouTube es ésta:



A primera vista, es posible que lo primero que nos venga a la cabeza sea la imagen de una cadena de ADN. Sin embargo, esto nada tiene que ver. Se trata de dislocaciones según la ciencia de materiales, y son propios de las estructuras cristalinas

Su definición más simple (y parcialmente errónea) es que son defectos del material. Pero también son responsables del comportamiento durante el endurecimiento y deformación de los materiales. La disposición perfecta de una estructura cristalina es la siguiente:


Sin embargo, debido a las impurezas de los materiales o un incorrecto llenado de esa red, esa estructura puede tener distintos tipos de fallos puntuales:


Ninguno de estos casos se refiere a una dislocación, el cual es un fallo lineal. Éstas ocurren en la deformación plástica o solidificación de materiales con estructuras cristalinas. Durante esos procesos, el material cambia y su estructura interna tiene que adaptarse a esos cambios. Los planos de los átomos se tienen que reorientar hasta conseguir la siguiente situación estable, y las dislocaciones consisten en planos extra que se introducen entre los ordinarios. Estos planos no son de átomos procedentes de las impurezas, sino del mismo material.


Debido a ello, las dislocaciones perjudican a sus planos adyacentes mediante el distanciamiento o acercamiento de sus átomos. Debido a principios de la energía, se sabe que esos planos extra se moverán por planos de mínima energía.

¿Cómo vemos esto reflejado en las deformaciones plásticas de los metales? Un metal podrá deformarse plásticamente en función de la energía que tenga para absorber la movilidad de las dislocaciones. Es decir, llega un momento en que para el material requiere menos energía romperse que seguir deformando, ya que las dislocaciones requieren mucha energía. Para una cerámica, la ruptura normalmente le requiere menos energía que deformarse. Curiosamente, las dislocaciones también tienen relación con la concentración de tensiones. Si tenemos un material de geometría con muchas esquinas, al deformarse el material las dislocaciones tenderán a acumularse en dicha esquina, y como cada una de ellas es un fallo, llega un momento en el que el material no puede aguantar más fallos y rompe por ahí. ¿No os habéis fijado en las ventanas de los aviones?



¿Y qué tiene que ver con el endurecimiento? Para explicarlo, pensemos en el proceso de fabricación de una espada, que más bien es proceso de tratamiento térmico. El herrero calienta mucho el material para después golpearlo. Al calentarlo, el material se vuelve muy maleable y deformable, y es ahí donde las dislocaciones desaparecen. Según va el herrero golpeando y dando forma aparecen algunas, pero el momento clave es del enfriamiento:

Mientras el material está caliente, tiene una microestructura denominada austenita. Al enfriarse rápidamente en agua, el material tiende a encogerse (deformarse) y se crean un montón de dislocaciones. Sin embargo, el trozo de acero se enfría tan rápido, que no da tiempo a las deformaciones a llegar a una posición estable. Esa estructura final, se denomina martensita, y se caracteriza por ser muy dura, pero quebradiza. Si la austenita se enfriase a temperatura ambiente, la microestructura que adquiriría sería otra: la cementita, con otras propiedades distintas. Durante la época medieval, los herreros no tenían ni idea de microscopios, pero a base de tradición y acierto-error consiguieron mejorar la técnica de fabricación de espadas.




Este artículo participa en el II Festival de la Cristalografía que organiza @edocet en su recomendable blog www.edocet.naukas.com. Los pasos para participar en su blog hasta el 31 de enero los podéis encontrar aquí.


Fuente del artículo y algunas imágenes: http://www.uca.edu.sv/facultad/clases/ing/m210031/Tema%2003.pdf


Cómo navegar de manera segura en las WiFi-s públicas

Este artículo se me ocurrió escribirlo tras el paso de las vacaciones, donde quien más quien menos lo primero que hace al llegar al hotel o le toca esperar en el aeropuerto es buscar si hay WiFi, sobre todo en el extranjero, donde todavía no se ha eliminado la roaming (previsto para verano 2014). 



En este artículo intentaré explicar cómo podemos hacerlo de manera segura y me centraré en el sistema operativo Android. Aunque las generalidades serán aplicables a cualquier otro OS, tanto móvil como de ordenador.

Las WiFi-s públicas que nos encontremos pueden ser gratis o de pago. En ambos casos, la seguridad que suelen tener brilla por su ausencia, y probablemente nos estemos conectando a una conexión abierta (es decir, sin cifrado) en el que cualquier espabilado nos puede snifar los datos, hacer el ataque Man-in-the-middle o intentar meter cualquier tipo de malware.

En primer lugar, cada vez que alguien se conecte a una WiFi pública yo me preocuparía de saber si huele o no, ya que puede ser alguien que sin mucho problema haya creado una red WiFi abierta en el aeropuerto con SSID WiFiAirport, y creedme, se crea un efecto de moscas a la miel. ¿Por qué no ver esta charla para comprobarlo?

¿Qué podemos hacer para investigar un poco? Algunas sugerencias:

- Fijarnos en si hay una web de inicio del sitio (puede que si nos conectamos en el Starbucks, al abrir el navegador la primera web sea la de esa cadena).
- Con un escáner de red del estilo Fing en Android, podemos echar un vistazo para ver las IPs que hay conectadas, o con Network Info II podemos ver información de la red. 
- En cualquiera de los de las dos aplicaciones, podemos ver la dirección IP del router al que nos hemos conectado, y os recomiendo meterla en el navegador a ver qué nos encontramos (normalmente http://192.168.0.1 o del estilo).

Pero otro modo seguro es el de conectarnos a través de una conexión VPN-SSL. Vamos a ver qué significa esto:

VPN por un lado, y SSL por otro, son conceptos separables. VPN hace referencia a una red virtual privada, y consiste en conectarnos desde una infraestructura pública y realizar una conexión privada, con un cifrado L2TP, por ejemplo. Es lo que podríamos hacer desde cualquier ordenador del mundo para conectarnos por ejemplo al ordenador de nuestro trabajo. De hecho, ese fue el origen de la idea. Sin embargo, puede aumentarse la seguridad estableciendo un túnel SSL, o su sucesor, TLS.

SSL es un sistema de cifrado y consiste en establecer la conexión con la VPN a través de un túnel SSL. ¿Qué significa esto? Pongamos que yo estoy en París, y me conecto a una VPN localizada en Brasil, y empiezo a navegar por la web. Cualquiera que este hurgando en esa conexión, lo que estará viendo es que mi IP pública está localizada en Brasil, y será distinta de mi IP privada situada en París, pero es que además, mis datos estarán seguros a través del túnel SSL y estarán cifrados. En una imagen, esto es más o menos lo que sería:


Y estas son algunas de las razones principales para conectarnos a un VPN:

- Para proteger tu privacidad, ya sea en una red local o un punto de acceso público.
- Para navegar anónimamente en la red
- Sortear bloqueos geográficos de ciertas sitios web.
- Conexión segura para todo el software activo, diferente a los proxies.
- Mayor velocidad de navegación en relación a los proxies.
- Protección contra las tácticas espías y limitadoras de tu ISP.
- Saltarte los bloqueos de tu ISP para el uso de aplicaciones de VOIP.

El problema es que algunos VPN cuestan dinero, o que solo son gratuitos unos cuantos megas al día/mes, y que la velocidad de navegación normalmente no va a ser tan rápida como la conexión original normalmente.

¿Pero Android no hacía todas sus conexiones en SSL? Sí, hasta que se descubre que no. Después de haber introducido el método, voy a explicar la manera de implementarlo:

Podríamos conseguir que nuestro propio ordenador de casa o del trabajo sea un servidor VPN que usemos desde cualquier parte del mundo a nuestro antojo, pero eso implicaría configurar en ese ordenador la parte servidor (configurar contraseña, protocolos, IP, etc), y en el móvil/tablet/ordenador que nos llevásemos de viaje, la parte cliente del software. ¿El problema? Tendríamos que tener ese VPN siempre encendido durante nuestra ausencia. Esto se puede conseguir fácilmente por ejemplo con LogMein Hamachi y guía.

Por eso, a mí me parece más cómodo conectarnos a un servidor VPN disponible en la web (que hay muchos) y de esa manera, configurar nosotros solo la parte cliente del software VPN. Aquí tenéis una buena selección actualizada de los programas más populares y eficaces, y yo me voy a centrar en la parte cliente de OpenVPN para Android. Para ello, lo primero que tenemos que hacer es descargarnos la app OpenVPN Connect, que no requiere privilegios root.




A continuación, en lugar de configurarnos nosotros mismos la parte cliente, OpenVPN deja a nuestra disposición la opción de importar archivos .ovpn que contienen toda la información de la conexión VPN que queremos hacer. (podemos importarlo a través de la tarjeta SD), y el programa detectará automáticamente que hay un archivo .ovpn.





En esta página están la guías para hacer estos pasos en Win, Mac y Android.

¿Pero a ver, de dónde consigo los archivos .ovpn? La mejor página que he encontrado es www.vpngate.net/en/. De ahí podéis pinchar en el servidor VPN de cualquier país, y descargaros el archivo. Mirad antes la latencia de la señal, el ancho de banda, cantidad de usuarios, si es un país que tiene por costumbre espiar al resto de países, etc.

Las conexiones con OpenVPN se realizan en TLS, con lo cual, estaremos teniendo una conexión bastante seguro frente a mirones. Esto lo podemos ver en Opciones, Show Log File, donde veréis todos los datos de vuestra conexión. 

Mención especial en esta entrada para @lawwait y @txipi por su ayuda.

Hacer esto es fácil. Lo difícil es entender, crear y programar toda la tecnología que hay tras esto.

 
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