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Título: Aplicação de decomposição em ondas planas na medição da absorção in situ e isotropia
Título(s) alternativo(s): Application of plane-wave decomposition on the in situ absorption and isotropy measurement
Autor(es): Carvalho, Augusto Cesar Fantinelli de
Orientador(es): Deus, Hilbeth Parente Azikri de
Palavras-chave: Absorção de som
Som - Reverberação
Ondas sonoras
Harmônicos esféricos
Simulação (Computadores)
Engenharia acústica
Absorption of sound
Sound - Reverberation
Sound-waves
Spherical harmonics
Computer simulation
Acoustical engineering
Data do documento: 31-Ago-2023
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: CARVALHO, Augusto Cesar Fantinelli de. Aplicação de decomposição em ondas planas na medição da absorção in situ e isotropia. 2024. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023.
Resumo: A medição do coeficiente de absorção sonora é um processo importante na acústica de salas, na medida que seus resultados são utilizados por engenheiros e arquitetos em projetos, simulações, especificações etc. Nesse contexto, é vital que os valores medidos sejam coerentes com o comportamento apresentado pelo material em condições reais de aplicação. O padrão da norma ISO 354 atual que rege medições do coeficiente de absorção sonora com incidência difusa se embasa na equação de Sabine, que possui como premissa a existência de um campo acústico difuso na câmara de reverberação. A condição de difusividade de um campo sonoro é influenciada por fatores como a forma e tamanho do ambiente, e a presença de elementos difusores, e pode ser um fator difícil de se estimar exatamente. Algumas técnicas foram desenvolvidas para atingir uma medição mais confiável da absorção sonora. Este trabalho visou utilizar o processamento conhecido como decomposição em ondas planas para medir a absorção sonora de uma superfície in situ e quantificar a isotropia de uma câmara reverberante sob diferentes condições de absorção. Ambas as aplicações foram testadas em dois experimentos diferentes. A medição da absorção in situ apresentou bons resultados, comparáveis aos valores obtidos por meio da resisitividade ao fluxo medida em laboratório, com um erro que aparenta ser predominantemente sistemático. Ademais, a reconstrução do campo sonoro foi abordada para amostragens com diferentes quantidades nos arranjos. De modo geral, amostragens com mais pontos de medição apresentam reconstruções com erros menores. A difusividade da câmara reverberante foi quantificada em quatro configurações de absorção diferentes, incluindo o ambiente vazio. O indicador de difusividade apresenta valores maiores para a câmara vazia do que para os casos com absorção, mas não mostra nenhuma variação significante entre os casos com diferentes distribuições de absorvedores. Porém, o efeito da distribuição dos absorvedores é notado nas curvas de decaimento de energia e nos valores de absorção calculados pela fórmula de Sabine. Aparte disso, as reconstruções do campo sonoro foram analisadas. As reconstruções para posições dentro do volume inicial de amostragem aleatória exibiram erros menores que para os pontos fora do volume. Ademais, as diferenças entre a utilização da norma-1 ou norma-2 no cálculo da isotropia também foram observadas, com a norma-2 exibindo valores maiores devido a sua invariância rotacional.
Abstract: The measurement of the sound absorption coefficient is an important process for room acoustics, as the results they provide are used by engineers and architects for projects, simulations, specifications and such. In this context, the measured values must be coherent with the behaviour displayed by the material in real application conditions. The current ISO 354 standard that reigns over diffuse incidence absorption coefficient measurement relies on the Sabine equation, which has as a premise the existence of a diffuse sound field in the reverberation chamber. The diffuseness condition of the sound field is influenced by factors such as the enclosure’s shape and size and the presence of diffusing elements and can be challenging to determine exactly. A number of techniques were developed to achieve a more trustworthy quantification of sound absorption. This work aimed to employ the process known as plane wave decomposition to measure sound absorption of an absorbing surface in situ and quantify the diffuseness inside a reverberation room under different absorption conditions. The in situ absorption measurement presented good results, comparable to values calculated from the flow resistivity measured in a laboratory, with an error that appears to be predominantly systematic. Moreover, the sound field reconstruction quality was assessed for different amounts of sampling in the array. In general, samplings with more points present reconstructions with more minor errors. The diffuseness of the reverberation chamber was quantified for four different absorption configurations, including the empty enclosure. The diffuseness indicator presents higher values for the empty chamber than for the cases with absorption but does not display any significant variation between the cases with different absorber distributions. However, the effect of the distribution of the absorber is noted in the energy decay curves and on the absorption values calculated by the Sabine formula. Aside from that, the reconstruction of the sound field was analysed. The reconstructions for positions inside the initial random sampling volume displayed smaller errors than those outside the volume. Moreover, the differences in using the 1-norm or the 2-norm in the isotropy calculation were also observed, with the 2-norm values displaying bigger values due to the rotational invariance of this norm.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/33593
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