Desenvolvimento de um sistema automatizado para medições de funções de transferência entre microfone e fonte sonora

• Autor(a) principal: Carvalho, Augusto Cesar Fantinelli de
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/28012
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS; Engenharia acústica; Microfone; Sistemas lineares invariantes no tempo; Ondas sonoras; Acoustical engineering; Microphone; Linear time invariant systems; Sound-waves

Com os avanços na tecnologia de processamento de sinais e na capacidade computacional de equipamentos, pode-se implementar novas tecnologias na análise da acústica de recintos. Utilizando-se de um braço robótico para posicionar um microfone, pode-se formar um arranjo virtual de microfones automatizado de maneira mais flexível do que um arranjo fixo. A utilização desse arranjo para realizar medições da resposta ao impulso da sala possibilita a medição e análise de caraterísticas do recinto, que por sua vez fornecem um maior entendimento sobre seu comportamento e sobre os fatores que o influenciam. Dadas as características de linearidade e invariância no tempo de sistemas acústicos e lançando mão de métodos e ferramentas já conhecidos e estabelecidos, objetivou-se o desenvolvimento de um sistema capaz de reproduzir um arranjo automatizado de medição. O posicionamento do microfone é feito utilizando o braço robótico e a medição de resposta ao impulso se dá pelo método da deconvolução. Inicialmente, a principal aplicação do sistema seria no cálculo e análise do espectro do número de onda do campo acústico da sala. Devido às características construtivas do robô, o sistema também deve informar a possibilidade da reprodução completa do arranjo, por meio da verificação da cinemática inversa do robô. A arquitetura proposta é a de um sistema controlado via MATLAB que comanda o robô por meio de comunicação serial e realiza as medições de funções de transferência por meio de uma interface de som. As medições utilizam um microfone apropriado para medição que é fixado ao robô por um suporte fabricado por impressão 3-D. Desenvolveu-se uma biblioteca de suporte a comunicação entre o MATLAB e o robô e verificação da possibilidade da formação de arranjos esféricos unidirecionais e direcionados a fonte, e arranjos aleatórios unidirecionais. Testes foram conduzidos em um recinto comum (um laboratório da UTFPR Câmpus Ecoville), nos quais se verificou o funcionamento das peças mecânicas e a integração entre computador e máquina. Dessa maneira, o sistema foi capaz de extrair dados para análise de tempo de reverberação, frequência de Schroeder e distância crítica do campo sonoro assumindo a sala como levemente amortecida. As análises revelaram concordância com a teoria de acústica estatística. O sistema foi utilizado para a coleta de respostas ao impulso da sala em seu estado normal de amortecimento e para a sala com uma amostra de 10,8 m2 de lã de vidro. O espectro do número de onda e a absorção da superfície do caso com amostra de lã de vidro foram calculados. Verifica-se entre 500 Hz e 2 kHz que existem reflexões de origens espúrias em decorrência da natureza irregular das superfícies da sala. A absorção da lã de vidro calculada pelo espectro do número de onda apresentou um comportamento errático mas, de modo geral, se comporta como um absorvedor de material poroso. A comparação entre uma função de transferência da sala reconstruída pelo arranjo em um ponto e a função de transferência diretamente medida nesse mesmo ponto revela que a decomposição em ondas planas foi bem sucedida.