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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2018.tde-27082020-164747
Document
Auteur
Nom complet
Luiz Arthur Piedade Nascimento
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2018
Directeur
Jury
Oliveira, Leopoldo Pisanelli Rodrigues de (Président)
Sanchez, Jaime Alberto Mosquera
Shiki, Sidney Bruce
Titre en portugais
Análise dinâmica de modos de propagação sonora e projeto de instrumentação expandida para tubo de impedância
Mots-clés en portugais
acústica
equações diferenciais
instrumentação acústica
propagação sonora
tubo de impedância
Resumé en portugais
Aplicações para o sistema de tubo de impedância são amplamente utilizadas na indústria da engenharia acústica para fins de instrumentação acústica e visualização de campo acústico, principalmente no que tange a estimativa de coeficiente de absorção sonora em regimes de propagação sonora plana. A condição de propagação plana é, na verdade, uma simplificação teórica dos fenômenos acústicos no interior do tubo de impedância. Este trabalho busca estudar esses fenômenos acústicos internos a estruturas tubulares projetadas em uma bancada experimental. São demonstradas as equações que descrevem a operação normal do tubo de impedância segundo as normas internacionais ASTM E1050 e ISO 10534-2, em coordenadas cilíndricas. A partir disso, são identificadas as hipóteses simplificadores para a operação do tubo e são propostos dois sistemas de instrumentação expandida para o tubo de impedância, que contemplam a operação normal do tubo e que ampliam a banda de frequência de observação do campo acústico. Um sistema é caracterizado pela instalação de nove microfones, em grupos de três por seção; outro sistema é caracterizado pela instalação de cinco microfones ao longo do comprimento do cilindro. Inicialmente são testadas hipóteses de construção do sistema, que validam a existência da propagação de modos planos ao longo de uma faixa inicial de frequência e uma frequência de ativação para modos não-normais, superiores aos primeiros. Em seguida, a instrumentação expandida dos tubos é utilizada para estimar a localização de modos não-normais, em comparação com resultados obtidos de uma análise modal acústica feita no sistema. Esse método é capaz de identificar 10 das 14 primeiras frequências modais do sistema, acima da frequência de ativação azimutal. Também são discutidas limitações e implicações da instrumentação proposta. Por fim, são apontadas técnicas teóricas de expansão da frequência útil de operação do tubo de impedância por aproximação quadrática de combinações de funções de transferência dos pontos de medida, ainda utilizando a instrumentação expandida. Esse método é avaliado pela curva de fator de reflexão para terminações planas e é capaz de atenuar significativamente instabilidades na banda azimutal.
Titre en anglais
Dynamic analysis of sound propagation modes and extended instrumentation for impedance tubes
Mots-clés en anglais
acoustical instrumentation
acoustics
differential equations
impedance tube
sound propagation
Resumé en anglais
The impedance tube system is largely used in the acoustical engineering industry in order to provide acoustical instrumentation and field acoustics visualization, mostly by means of sound absorption coefficient in the plane-wave propagation frequency band. The plane-wave propagation is a theoretical simplification of the acoustic phenomena that occur inside the impedance tube. This work aims to study these phenomena in a generically tubular structure by designing an experimental workbench. The equations that describe the impedance tube's operation are derived as the international standards ASTM E1050 and ISO 10534-2, using cylindrical coordinates in order to identify its hypothesis. Two impedance tube systems are proposed in order to reproduce the normal operation and to visualize acoustical phenomena above the plane cut-off frequency. The systems differ from each other by the number and the distribution of microphones through their structures. Initially, the plane-wave propagation band is verified and then the azimuthal mode cut-on frequency is identified. It proposes expanded instrumentation methods that estimates azimuthal modes of propagation by comparing them to a modal analysis. This method is able to identify 10 out of the 14 former modal frequencies above the plane-wave cut-off frequency. The method's limitations and implications are also discussed. It discusses mathematical approaches for the expansion of the impedance tube's operation band using mathematical and computational techniques of quadratic approximation. The methods ids evaluated by the reflection factor curves, comparing different arrangement of measurement.
 
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Date de Publication
2021-06-23
 
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