Sound absorption coefficient in situ: An alternative for estimating soil loss factors

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Comparative analysis of measurement techniques of the sound absorption coefficient of a material

Las tendencias actuales apuntan al desarrollo de nuevos materiales económicos y ecológicos con óptimas propiedades mecánicas, acústicas y térmicas. En la caracterización acústica del material es habitual medir su coeficiente de absorción sonora. Las dos técnicas usuales de medida de este parámetro son en cámara reverberante y en tubo de Kundt. No obstante, existen técnicas de medida “in situ” del coeficiente de absorción que permiten una comprobación del comportamiento real en la forma definitiva de colocación del material. En este trabajo se presenta un estudio comparativo del coeficiente de absorción sonora medido en un material usando distintas técnicas de medida.

DEVELOPMENT OF A LOW COST IMPEDANCE TUBE TO MEASURE THE ACOUSTIC ABSORPTION AND TRANSMISSION LOSS OF MATERIALS

Traditional methods of measuring sound absorption coefficient and sound transmission loss of a material are time consuming. To overcome this limitation, normal incidence sound absorption and transmission loss measurement technique was developed. Unfortunately the equipment required for this task is equally expensive. Hence efforts are taken to develop a cost-effective equipment for measuring normal incidence sound absorption coefficient and transmission loss. An impedance tube capable of measure absorption coefficient and transmission loss is designed and built under a budget of $1500 for educational institutes. A background study is performed to gain knowledge and understanding of the normal incidence measurements technique. Based on the literature review, parameters involved such as tube material, source and microphone properties, sample holders, etc. are discussed in depth. Based on these parameters, design options are generated to meet the cost and functionality targets pre-assigned. After selection of materials and components, an impedance tube is built and tested using three fibrous absorption materials for absorption and a barrier for transmission loss performance. These measured results then compared with those obtained with the help of industry recognized Brüel & Kjær impedance tube. The results show performances are comparable, hence validation the new built tube.

An inverse method to obtain porosity, fibre diameter and density of fibrous sound absorbing materials

Characterization of sound absorbing materials is essential to predict its acoustic behaviour. The most commonly used models to do so consider the flow resistivity, porosity, and average fibre diameter as parameters to determine the acoustic impedance and sound absorbing coefficient. Besides direct experimental techniques, numerical approaches appear to be an alternative to estimate the material’s parameters. In this work an inverse numerical method to obtain some parameters of a fibrous material is presented. Using measurements of the normal incidence sound absorption coefficient and then using the model proposed by Voronina, subsequent application of basic minimization techniques allows one to obtain the porosity, average fibre diameter and density of a sound absorbing material. The numerical results agree fairly well with the experimental data.

Evaluation of Two Alternative Procedures for Measuring Airflow Resistance of Sound Absorbing Materials

It is well known that sound absorption and sound transmission properties of open porous materials are highly dependent on their airflow resistance values. Low values of airflow resistance indicate little resistance for air streaming through the porous material and high values are a sign that most of the pores inside the material are closed. The laboratory procedures for measuring airflow resistance have been stan- dardized by several organizations, including ISO and ASTM for both alternate flow and continuous flow. However, practical implementation of these standardized methods could be both complex and expensive. In this work, two indirect alternative measurement procedures were compared against the alternate flow standardized technique. The techniques were tested using three families of eco-friendly sound absorbent materials: recycled polyurethane foams, coconut natural fibres, and recycled polyester fibres. It is found that the values of airflow resistance measured using both alternative methods are very similar. There is also a good correlation between the values obtained through alternative and standardized methods.

Haulikkoratamelun minimoinnin suunnittelu

Työn tavoitteena oli tutkia kilpa- ja harjoitusammuntaan käytettävällä haulikkoradalla käytettäväksi soveltuvia passiivisia meluntorjuntamenetelmiä ja suunnitella niistä toimiva kokonaisuus kohderadoille siten, että rata-alueen läheisillä asuinalueilla alitetaan 50 dB LAIMax-taso sekä muilla alueilla ampumaratamelun ohjearvot. Aluksi tarkasteltiin kohderatojen vanhoja menetelmiä ja radan meluntorjunnan kannalta olennaiset suunnat selvitettiin mittauksilla. Myös laukausmelun spektriä tutkittiin mittauksilla. Olemassa oleville menetelmille etsittiin korvaavia ja täydentäviä menetelmiä. Radan sijoittaminen maastoon on tärkeä osa meluntorjuntaa uutta rataa suunniteltaessa, mutta kohteena olleiden ratojen sijoittamista ei voitu enää muuttaa. Koska haulikkoammunnan säännöt eivät mahdollista aliääniammusten tai äänenvaimentimien käyttöä, ei varsinaista melupäästöä pystytä pienentämään. Melulle altistuvan kohteen sisätilojen suojaaminenkin on käytännössä hyödytöntä, koska ampumamelun ohjearvot ovat ulkoalueille. Ainoastaan melun absorptio, etenemisen estäminen ja ohjaaminen ovat kelvollisia menetelmiä kohderadoilla. Rata-alueelle suunniteltiin uudet ratojen väliset meluseinät, joiden ääneneristävyys ja -absorptio on vanhoja seiniä parempi. Taustavallille suunniteltiin jatkamista maavallina ja korottamista meluaitana, joka toimii myös haulienkierrätysjärjestelmän runkona. Alueen maaperä suunniteltiin muutettavaksi akustisesti pehmeämmäksi. Käytettävien menetelmien suunnittelussa tehtiin eri vaihtoehdoille laskennallisia arvioita, tietokonemallinnuksia ja laboratoriokokeita. Myös uusia menetelmiä haulikkoradan meluntorjunnassa tutkittiin. Tutkimusten perusteella näitä menetelmiä tutkitaan jatkossa käytännössä.

Composito de poliuretano de mamona e residuo industrial para isolacao termica e absorcao sonora

This work proposes the development of an innovative material made from a vegetable polyurethane matrix and load of industrial waste, from retread tires, for thermal insulation and environmental comfort. Experimental procedures are presented, as well as the results of the thermal and acoustic performance of this composite material, made from an expansive foam derived from the castor seed oil and fiber of scrap tires. The residue was treated superficially with sodium hydroxide, to eliminate contaminants, and characterized macroscopically and microscopically. Samples were produced with addition of residues at levels of 5%, 10%, 15% and 20% by weight, for determination of thermal properties: conductivity, heat capacity and thermal diffusivity, sound absortion index and density. The results were compared to commercially available thermal insulation and sound absorbing products. According to the analysis of results, it was concluded that the developed composite presents characteristics that qualify it as a thermal insulation with superior performance, compared to commercial available insulation, and sound absorption capacity greater than the castor oil polyurethane s, without addition of the residue

Desenvolvimento e caracterização acústica de painéis multicamadas unifibra, multifibras e mesclados, fabricados a partir de fibras vegetais

Em um tempo em que altos níveis de ruído fazem parte do cotidiano das pessoas, a necessidade de controlá-los não é somente evidente, mas providencial. Atualmente a poluição sonora, em nível mundial, só não é mais grave do que a poluição do ar e da água. No Brasil a situação não é diferente, pois se estima que mais de 15 milhões de pessoas apresentem algum grau de deficiência auditiva devido a este problema ambiental. Dispositivos acústicos como painéis, barreiras, etc., quando de alta eficiência, geralmente, são de custosa aquisição, tornando, em muitas das vezes, inviável sua utilização, principalmente, por empresas de pequeno porte e orçamento limitado. Assim, soluções alternativas, a começar por novos materiais, que sejam menos custosos e possuam desempenho satisfatório surgem como uma ótima opção caso propostas tradicionais sejam inviabilizadas devido ao custo. Algumas fibras vegetais, na forma de painéis, possuem características acústicas satisfatórias quando utilizadas para reduzir a reverberação em determinados ambientes fechados. Dessa forma, considerando as tendências ambientais globais, o uso de fibras vegetais é uma boa oportunidade para agregar valor às referidas fibras e assim contribuir com o desenvolvimento tecnológico do país, já que estes materiais são de fácil obtenção, existem em abundância, não são tóxicos e provêm de fontes renováveis. Este trabalho apresenta a metodologia de desenvolvimento de painéis fabricados a partir de fibras vegetais (açaí, coco, sisal e dendê), assim como a metodologia utilizada para sua caracterização acústica em câmara reverberante em escala reduzida, baseando-se na norma ISO 354/1999. Os dados de coeficiente de absorção dos painéis são obtidos através de um analisador de frequências utilizando-se o Método da Interrupção do Ruído. A comparação entre os resultados obtidos para os painéis artesanais e os materiais convencionais ensaiados permite concluir que o desempenho acústico demonstrado por alguns painéis de fibras vegetais são muito satisfatórios, uma vez que seus coeficientes de absorção sonora foram compatíveis, e em alguns casos superiores, àqueles apresentados pelos materiais convencionais em determinada faixa de freqüência. Finalmente, uma comparação numérico-experimental é realizada, a fim de avaliar a influência de painéis de fibras de sisal sobre as características acústicas de uma pequena sala.

Desenvolvimento de painéis confeccionados a partir de fibras de coco para controle acústico de recintos

Uma boa alternativa para o controle de ruído em ambientes fechados é a utilização de materiais de absorção sonora, onde parte da energia acústica é transformada em energia térmica através da viscosidade do ar, o que ocorre tanto em materiais porosos quanto fibrosos. A característica de absorção acústica de um material é determinada pelo coeficiente de absorção sonora que depende principalmente da freqüência, ângulo de incidência do som, densidade, espessura e estrutura interna do material. Da Amazônia, devido a sua sobrepujante biodiversidade, são retirados milhares de produtos e subprodutos naturais, alguns dos quais não são totalmente aproveitados. Dessa forma, muitos resíduos chegam a outros setores industriais, como é o caso da fibra de coco que é utilizada das mais diversas formas. Assim, o presente trabalho define e descreve um processo de fabricação de painéis acústicos, a partir da fibra de coco, com a determinação experimental dos principais parâmetros visando o controle acústico de recintos, além de desenvolver um modelo numérico para estabelecimento de parâmetros de controle de qualidade e custo, que auxiliem no desenvolvimento e na fabricação de novos painéis. Primeiramente, são coletadas as informações necessárias para iniciar o processo de desenvolvimento dos painéis de fibra de coco, seguindo uma metodologia de desenvolvimento de produto, baseada no “projeto informacional”. Em seguida, são descritas todas as etapas do processo de fabricação destes painéis, para posterior obtenção de suas principais propriedades físico-químicas, mecânicas e acústicas. Com as simulações numéricas, buscou-se analisar e predizer o comportamento de um painel de fibra de coco (além de um painel de espuma comercialmente disponível), e investigar a sua influência sobre os parâmetros acústicos de um auditório (tempo de reverberação, decaimento da pressão sonora e inteligibilidade). Com o desenvolvimento dos painéis pretende-se contribuir para a criação de novos setores na economia do estado, principalmente quando se considera o alto custo dos painéis comercializados no sul do país. Finalmente, outra vantagem significativa é a possibilidade da utilização destes painéis dentro do contexto das linhas arquitetônicas regionais, onde são realçados os materiais da própria região.

Estudo e análise do coeficiente de absorção acústico do compósito da fibra de cana

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Ocean Ultrasonic Shear and Compression Viscosities

[EN]A comprehensive description of ocean molecular flow and deformation is provided with the help of hydrodynamic and ultrasonic principles. Hydrodynamic computation of true or natural viscosities shows that ocean shear viscosity (?G), compression viscosity (?K), and extensional viscosity (?E) are interrelated. There are no experimental methods available for the in situ measurement of these viscosities. Sound absorption coefficients (? obs) allow to know the ultrasonic shear (?UG), compression (?UK), and longitudinal (?L) viscosities, which decrease with increasing frequency and increase with increasing temperature, the flow activation energies having nearly equivalent values; pressure (depth) increase/decrease them at low/high frequencies. The viscosities ?* UG, ?* UK, ?* L are approached at about 1000 KHz. They decrease with temperature and pressure, and increase with salinity. The ?*UG becomes equal to the true shear viscosity ? G at the viscosity ratio ? = ?UK / ?UG = 0.

Realización de un procedimiento para la medida del coeficiente de absorción sonora normal

El objetivo de este trabajo es la elaboración de un procedimiento para la medida del coeficiente de absorción sonora normal en un tubo de impedancia. Para ello se han estudiado los fundamentos básicos de la ecuación de ondas y sus soluciones. Se han considerado las soluciones pertinentes que describen el comportamiento de una onda sonora dentro de un tubo rígido. Se ha considerado también la teoría básica de funciones de transferencia. Estas teorías son claves a la hora de poder desarrollar el procedimiento de medida, ya que el coeficiente de absorción acústica se obtendrá con la ayuda de un tubo de impedancias que mide las funciones de transferencia entre dos posiciones de micrófonos incorporados en una de las caras del tubo. La utilización de esta técnica tiene como principal ventaja, la necesidad de poco espacio en un laboratorio y el empleo de muestras pequeñas de material. La implementación de los visto teóricamente a su aplicación práctica se ha hecho a través de un procedimiento de medida que sigue la Norma UNE-EN ISO 10534-2 (2002) “Determinación del coeficiente de absorción sonoro y la impedancia en tubos de impedancia Parte 2: método función de transferencia”. El valor del coeficiente de absorción se puede obtener a través de una instrumentación específica y un programa computador. Para poder validar los cálculos que realiza el programa utilizado, se ha realizado una batería de medidas del coeficiente de absorción a diferentes tipos de materiales acústicos, y los cálculos se han hecho por la vía del programa y por la vía de una hoja de cálculo. Como parte del procedimiento de medida se ha calculado la incertidumbre en las medidas. En definitiva se pretende contribuir con este trabajo a establecer un procedimiento de medida del comportamiento acústico de diversos materiales. SUMMARY. The aim of this work is the development of a procedure for measuring the sound absorption coefficient normal of an impedance tube. To this end we have studied the basics of the wave equation and its solutions. We have considered the relevant solutions that describe the behavior of a sound wave in a rigid tube. It has also considered the basic theory of transfer functions. These theories are key when we want to develop the measurement method, since the absorption coefficient is obtained with the aid of an impedance tube measuring transfer functions between two positions of microphones incorporated into one side of the tube. The use of this technique has the main advantage, the need of little space on a laboratory and use of small samples of material. The implementation of theoretically seen to his practical application has been made through a measurement procedure following the UNE-EN ISO 10534-2 (2002) "Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes Part 2 : transfer function method ". The value of the absorption coefficient can be obtained through a specific instrumentation and computer software. In order to validate the calculations performed by the program used, there has been realized a series of measures of the absorption coefficient at different types of acoustical materials, and calculations were made by means of the program and by means of a spreadsheet. As part of the measurement procedure has been estimated uncertainty in the measurements. Ultimately it’s tried to contribute with this work to establish a procedure measuring the acoustic behavior of various materials.

Análisis del acoplamiento vibro-acústico en resonadores de membrana

El presente Trabajo Fin de Máster pretende llevar a cabo el análisis del comportamiento vibratorio de resonadores de membrana, consistentes en un panel delgado y ligero montado a cierta distancia de un elemento constructivo rígido y pesado. Este tipo de sistemas resonantes son empleados habitualmente como absorbentes de media-baja frecuencia en aplicaciones de acondicionamiento acústico de salas. El análisis hará especial hincapié en la influencia del acoplamiento mecánico-acústico entre la placa vibrante (estructura) y el colchón de aire (fluido) encerrado entre la misma y la pared rígida. En primer lugar, realizaremos el análisis modal experimental del resonador objeto de ensayo a partir de las mediciones de su respuesta vibratoria, con el fin de caracterizar su comportamiento en base a sus primeros modos propios acoplados de flexión. El análisis de las señales vibratorias en el dominio de la frecuencia para la identificación de dicho modos se realizará en el entorno de programación MATLAB, haciendo uso de una herramienta propia que implementa los métodos de cálculo y los algoritmos necesarios para tal fin. Asimismo, simularemos el comportamiento del resonador mediante el método de elementos finitos (FEM), utilizando las aplicaciones ANSYS y SYSNOISE, considerando diferentes condiciones frontera en el modelo generado. Los resultados aquí obtenidos serán de utilidad para complementar aquellos obtenidos de forma experimental a la hora de extraer conclusiones prácticas del análisis realizado. SUMMARY. This Master's Thesis intends to carry out the analysis of the vibratory behaviour of resonance absorbers, consisting of a thin and lightweight panel mounted at a distance from a rigid wall. Such systems are commonly used as sound absorption systems for mid-low frequency in room acoustics applications. The analysis will emphasize the influence of mechanical-acoustic coupling between the vibrating plate (structure) and the air cushion (acoustic element) enclosed behind it. First of all, we are performing the experimental modal analysis of the resonance absorber under test from the vibrational response measurements, in order to characterize its behaviour based on its first bending coupled-modes. The analysis of vibration signals in the frequency domain for the identification of such modes will be made in MATLAB programming environment, using a proprietary tool that implements the calculation methods and algorithms needed for this purpose. Furthermore, we are simulating the behaviour of the resonance absorber applying the Finite Element Method (FEM) – using ANSYS and SYSNOISE applications - considering different boundary conditions in the model created. The results from the simulation will be useful to complement those obtained experimentally when drawing practical conclusions from this analysis.

Estudio de la precisión en la determinación del coeficiente de absorción acústica en tubo de impedancia

El objetivo del presente Trabajo Fin de Máster es estudiar la precisión de los resultados obtenidos en la medición del coeficiente de absorción acústica en tubo de impedancia, según la norma UNE-EN ISO 10534-2 “Determinación del coeficiente de absorción acústica y de la impedancia acústica en tubos de impedancia. Parte 2: Método de la función de transferencia”. En primer lugar, se han estudiado los fundamentos teóricos relacionados con el método de ensayo. A continuación, se ha detallado dicho método y se ha aplicado a un caso práctico con la instrumentación disponible en el laboratorio de Acústica de la Escuela. En relación a la precisión del método se ha analizado si la preparación e instalación de la muestra son causas de imprecisión. Para ello, se han realizado varios ensayos con dos tipos de materiales acústicos, con el fin de estudiar la dispersión entre los resultados que produce tanto el corte de la muestra, realizado en el proceso de confección, como su colocación en el tubo de impedancia. Además, se ha estudiado si desviaciones en la medida de la temperatura y de la distancia entre los micrófonos influyen en los valores del coeficiente de absorción acústica medido y de su incertidumbre asociada. Puesto que el resultado de un ensayo únicamente se halla completo cuando está acompañado de una declaración acerca de la incertidumbre de dicho resultado, en el presente trabajo se ha aplicado a este método de ensayo un procedimiento para estimar la incertidumbre empleando el método de Monte Carlo. ABSTRACT The objective of this project is studying the precision of the measurements of sound absorption coefficient in impedance tube, according to standard UNE-EN ISO 10534-2 “Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes. Part 2: Transfer-function method”. Firstly, theoretical basis related to the test method have been studied. Furthermore, this method has been defined and applied to a particular case with the instrumentation available in the Acoustics laboratory of the College. In relation to the precision of the method, the preparation and installation of the test sample have been analyzed as possible causes of imprecision. For this purpose, two types of acoustic materials have been tested in order to study the deviation between the results produced by the cutting of the test sample and the collocation in impedance tube. In addition, it has been studied if deviations in the measurement of the temperature and distance between microphones may influence the sound absorption coefficient measured and its associated uncertainty. The test result must be accompanied by a statement of the uncertainty of the result. For this reason, in this project a procedure for estimating uncertainty of the result of this test method has been applied using the Monte Carlo method.

Análisis de las causas de dispersión en los resultados de las medidas del coeficiente de absorción acústica en cámara reverberante

El objetivo del presente Trabajo Fin de Máster es llevar a cabo un estudio de las causas de la precisión de los resultados de las medidas del coeficiente de absorción acústica en cámara reverberante, siguiendo el procedimiento descrito en la norma UNE-EN ISO 354 “Medición de la absorción acústica en una cámara reverberante”. En primer lugar, se han estudiado los fundamentos teóricos relacionados con el método de ensayo. A continuación, se ha detallado dicho método y se ha aplicado a un caso práctico con la instrumentación disponible en el laboratorio de Acústica de la Escuela. Puesto que el resultado de un ensayo únicamente se halla completo cuando está acompañado de una declaración acerca de la incertidumbre de dicho resultado, en el presente trabajo se ha aplicado a este método de ensayo, tanto el enfoque clásico de la GUM, como el método de Monte Carlo, para evaluar la incertidumbre y comparar los resultados obtenidos mediante las dos metodologías. Para estudiar la influencia que produce en el campo sonoro de una cámara reverberante la introducción de un material absorbente en su interior, se realizó un estudio mediante trazado de rayos de la cámara reverberante del CEIS. ABSTRACT The objective of this Master's Thesis is to study the causes of accuracy of the measurements results of sound absorption coefficient in a reverberation room, according to the procedure of standard UNE-EN ISO 354 "Measurement of sound absorption in a reverberation room ". Firstly, theoretical basis related to the test method have been studied. Then, this method has been defined and applied to a particular case with the instrumentation available in the Acoustics laboratory of the College. The test result must be accompanied by a statement of the uncertainty of the result. For this reason, Monte Carlo method and GUM uncertainty framework have been applied in this project for estimating uncertainty and comparing the results obtained by these two methodologies. In addition, a study was made in the reverberation room of CEIS, by ray tracing, to study the influence on the sound field produced by the introduction of an absorbent material inside of the room.