Análise dinâmica de modos de propagação sonora e projeto de instrumentação expandida para tubo de impedância

• Autor(a) principal: Nascimento, Luiz Arthur Piedade
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18149/tde-27082020-164747/
• topic: acoustical instrumentation; acoustics; acústica; differential equations; equações diferenciais; impedance tube; instrumentação acústica; propagação sonora; sound propagation; tubo de impedância

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.