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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40928| Título: | Aplicação do problema inverso em tubos de impedância para determinação de propriedades acústica de materiais via modelagem para frentes não planas |
| Título(s) alternativo(s): | Application of the inverse problem in impedance tubes for the determination of acoustic properties of materials via modeling for non-planar wave fronts |
| Autor(es): | Garron, Lorenzo Fabricio Rodrigues |
| Orientador(es): | Luersen, Marco Antônio |
| Palavras-chave: | Engenharia acústica Ondas sonoras Problemas inversos (Equações diferenciais) Processamento de sinais Impedância acústica Modelos matemáticos Acoustical engineering Sound-waves Inverse problems (Differential equations) Signal processing Acoustic impedance Mathematical models |
| Data do documento: | 10-Mar-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | GARRON, Lorenzo Fabricio Rodrigues. Aplicação do problema inverso em tubos de impedância para determinação de propriedades acústica de materiais via modelagem para frentes não planas. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026. |
| Resumo: | A caracterização acústica de materiais por meio de tubos de impedância acústica constitui uma área com elevada relevância na engenharia, desempenhando papel fundamental em aplicações que incluem o controle de ruído, tomografia médica e detecção de falhas estruturais. Tradicionalmente, os métodos de medição em tubos de impedância baseiam-se na suposição de propagação de ondas planas, uma aproxima ção que se torna limitante em determinadas condições experimentais e faixas de frequência específicas. Este trabalho apresenta uma modelagem para a expansão do campo sonoro em tubos de impedância acústica, considerando especificamente frentes de onda não planas, visando superar as limitações dos métodos convencionais e verificar a possibilidade de aumentar a frequência máxima de utilidade do tubo. A fundamentação abrange conceitos de acústica ondulatória, incluindo fenômenos de reflexão, transmissão e ondas estacionárias em ambientes confinados. Os conhecimentos incluem modelos matemáticos para impedância acústica, técnicas de deconvolução, pressão sonora, espectro do número de onda e representação matemática de campos sonoros. A construção do tubo de impedância foi baseada nos critérios estabelecidos pela norma ISO 10534. Utiliza-se o ITA-Toolbox como ferramenta para a aquisição de pressões sonoras experimentais, além da técnica de deconvolução com sinais de excitação do tipo varredura senoidal, permitindo uma caracterização do campo sonoro, expandindo-os para contemplar situações onde frentes de onda planas e não planas coexistem, especialmente em frequências elevadas ou em configurações geométricas específicas dos tubos de impedância acústica. A metodologia desenvolvida incorpora a técnica de Thikonov para a regularização do problema inverso de decomposição em ondas planas, utilizando-se da Curva L e Ponto Fixo para encontrar os parâmetros de regularização. Os resultados revelaram limitações significativas na caracterização acústica em altas frequências, associadas ao mau condicionamento do problema inverso. As estimativas mostraram forte dependência das estratégias de regularização e do processamento temporal, influenciando a estabilidade dos coeficientes de absorção obtidos. |
| Abstract: | Acoustic characterization of materials using impedance tubes represents a highly relevant area in engineering, playing a fundamental role in applications such as noise control, medical tomography, and structural flaw detection. Traditionally, measurement methods in impedance tubes rely on the assumption of plane wave propagation, an approximation that becomes limiting under certain experimental conditions and specific frequency ranges. This work presents a modeling approach for the expansion of the sound field in acoustic impedance tubes, specifically considering non-planar wavefronts, aiming to overcome the limitations of conventional methods and significantly enhance the accuracy of acoustic measurements in various experimental setups. The theoretical framework includes wave acoustics concepts, such as reflection, transmission, and standing waves in confined environments. The knowledge base includes mathematical models for acoustic impedance, deconvolution techniques, sound pressure, wave number spectrum, and mathematical representation of sound fields. The impedance tube construction followed the criteria established by ISO 10534 standards. The ITA-Toolbox is employed as a tool for acquiring experimental sound pressures, in conjunction with the swips technique, windowing, and signal deconvolution, enabling sound field characterization and expanding it to account for situations where planar and non-planar wavefronts coexist, especially at high frequencies or in specific geometric configurations of the impedance tubes. The developed methodology incorporates Tikhonov regularization for the inverse problem of plane wave decomposition, using L-Curve and Fixed-Point methods to determine regularization parameters. The results revealed significant limitations in acoustic characterization at high frequencies, associated with the ill-conditioning of the inverse problem. The estimates showed strong dependence on regularization strategies and temporal processing, influencing the stability of the obtained absorption coefficients. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40928 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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