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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-02072021-142954
Documento
Autor
Nome completo
Manlius Caesar Torquato dos Santos Rocha
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Buiochi, Flávio (Presidente)
Arnold, Francisco José
Higuti, Ricardo Tokio
Título em português
Desenvolvimento de um transdutor ultrassônico capacitivo aplicado na geração de som audível.
Palavras-chave em português
Acústica
Método dos Elementos Finitos (Modelagem)
Transdutores
Ultrassom
Resumo em português
Este trabalho trata do desenvolvimento de transdutores capacitivos ultrassônicos e do uso de uma combinação de sinais gerados por esses transdutores para produzir frequências audíveis. A geração desses campos audíveis e diretivos possibilitará novas aplicações não viáveis hoje com a utilização dos alto-falantes convencionais que necessitam utilizar sinais de alta frequência ou grandes superfícies emissoras para alcançar os mesmos efeitos. Utilizando-se o software ANSYS, é feita uma modelagem por elementos finitos de transdutores capacitivos com cavidades triangulares, sendo simuladas seis medidas para as larguras dessas cavidades, entre 0,75 e 2 mm, combinadas com duas medidas de espessura de membrana (12 e 20 µm). É usado o software MATLAB para simular o campo acústico gerado por um transdutor, ou pela combinação de transdutores, com posterior verificação da possibilidade de gerar frequências audíveis combinando frequências ultrassônicas próximas. Foram construídos protótipos desses transdutores e do circuito elétrico necessário para o funcionamento dos mesmos, com base nos valores obtidos nas simulações no ANSYS e no MATLAB (da frequência de ressonância, dos deslocamentos normais à superfície de radiação, dos valores de pressão acústica, das tensões e correntes elétricas necessárias e da possibilidade de gerar sinais audíveis através da combinação de sinais ultrassônicos). Em seguida, esses transdutores são excitados de maneira contínua ou por uma salva de senóides, permitindo verificar que os modelos usados neste trabalho são adequados para o projeto dos protótipos e que é possível obter uma frequência audível a partir da combinação de sinais de frequências ultrassônicas próximas.
Título em inglês
Development of a capacitive ultrasonic transducer applied in the generation of audible sound.
Palavras-chave em inglês
Capacitive transducer
Finite Element modeling
Sound generation
Ultrasound
Resumo em inglês
This paper deals with the development of ultrasonic capacitive transducers and the use of a combination of signals generated by these transducers to produce audible frequencies. The generation of these audible and directive fields enables new applications, which are infeasible today with the use of conventional speakers, today with the use of conventional speakers are need to use high frequency signals or large emitting surfaces to achieve the same effects. The finite element software ANSYS is used to model capacitive transducers with six measurements for the widths of the triangular cavities, measuring between 0.75 and 2 mm, combined with two membrane thicknesses (12 and 20 ?m). The MATLAB software is used for simulating the acoustic field generated by a transducer or by a combination of transducers, with further verification of the possibility of generating audible frequencies, by combining close ultrasonic frequencies. The transducer prototypes constructed and the electrical circuit needed for their operation are based on the values obtained from ANSYS and MATLAB (such as resonance frequency, normal displacements to the emission surface, acoustic pressure values, voltages and electrical currents and the possibility of generating audible signals from the combination of ultrasonic signals). These transducers are then excited continuously or by a burst, showing that the models used in this work are adequate for the prototype design and that it is possible to generate audible frequency signals from the combination of ultrasonic frequency signals.
 
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Data de Publicação
2021-07-02
 
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