Desarrollo de aplicaciones para el estudio de sistemas acústicos con la herramienta MATLAB©

Con el objetivo de facilitar el aprendizaje del alumnado en el área de ingeniería acústica, se vienen desarrollando diferentes aplicaciones para el estudio de sistemas acústicos con la herramienta MATLAB© que se utilizan con relativo éxito. Dichos sistemas se pueden agrupar en diferentes ámbitos presentes en los planes de estudio de diferentes titulaciones: diseño de sistemas radiantes en baja frecuencia, materiales acústicos, transductores ultrasónicos…. En este trabajo se muestra el proceso llevado a cabo para implementar alguna de estas herramientas. Además, se describe el procedimiento que se sigue a la hora de presentarlas al alumnado con el objetivo de que el proceso de aprendizaje sea eficaz y se proponen algunas actividades basadas en la utilización de las citadas herramientas. Aunque las aplicaciones objeto de este trabajo se han concebido especialmente para su utilización en las clases de prácticas pueden ser utilizadas con provecho en actividades no presenciales propuestas por el profesorado

Una plataforma para facilitar el aprendizaje en ingeniería acústica

En este trabajo se presenta una plataforma que facilita la realización de diversas actividades y prácticas asociadas a contenidos en el ámbito de lo que se viene denominando “ingeniería acústica”. El sistema central de esta plataforma es una tarjeta de adquisición de datos para la que se han programado diversas aplicaciones en Labview. Se pueden distinguir distintas áreas entre las que destacamos: el estudio de los transductores (con emisión audible y ultrasónicos) y la acústica de salas. También se han implementado aplicaciones concretas para la realización de medidas con técnicas ultrasónicas (emisor-receptor y eco-impulso). A lo largo del documento se explican, en primer lugar los fundamentos teóricos de las aplicaciones. A continuación se indica la estrategia a seguir por el profesor tanto en una sesión de prácticas presencial como en una lección magistral demostrativa. La utilización de plataformas como las que se presentan en este documento es un elemento de motivación para el alumnado, ya que puede comprobar que es capaz de desarrollar herramientas que compiten (y a veces aventajan) con las comerciales

Use of Higher-Harmonic and Intermodulation Generation of Ultrasonic Waves to Detecting Cracks due to Steel Corrosion in Reinforced Cement Mortar

The aim of this work was to provide further confirmation of the possible use of non-linear ultrasonic techniques for detecting the cracking due to corrosion of steel reinforcements in concrete. To this end accelerated steel corrosion tests have been conducted on model reinforced cement mortar specimens, while monitoring the appearance and width evolution of visible surface cracks, and performing non-linear ultrasonic measurements based on the phenomena of harmonic distortion and intermodulation. A new parameter, based on the difference between the amplitude of the fundamental frequency and the sum of the amplitudes of all the first-order and second-order intermodulation products, has been proposed in this work. The results confirm that the appearance of visible surface micro-cracks are preceded and accompanied by the observation of strong non-linear features in the received signal. Furthermore, the new parameter proposed in this work is as efficient as the relative non-linearity parameters, classically used in harmonic distortion non-linear ultrasonic studies, for detecting the non-linear features associated with the critical events of the cracking of cement mortar due to embedded steel corrosion. A hypothesis has been developed considering the possible effect of the filling of the void space by liquid containing rust products after the formation of new cracks or the enlargement of its width. This filling process, which might be particularly enhanced by net convective transport of liquid, would explain the evolution of the values of all the parameters used for putting in evidence the non-linear elastic features after the critical events of the cracking process.This research was funded by the Spanish Agencia Estatal de Investigación (Grant code BIA2016-80982-R) and by the European Regional Development Fund (Grant code BIA2016-80982-R)

Modelado de paneles acústicos ranurados

El comportamiento acústico de un medio poroso común depende en gran medida de su porosidad abierta, consistiendo ésta en una red interconectada de poros que incluye porosidades cinemáticas y «sin salida». Una porosidad «sin salida» adecuadamente seleccionada puede ayudar a mejorar las propiedades de absorción acústica de dichos materiales gracias a los intercambios térmicos entre los fluidos en cada uno de estos poros. Este trabajo presenta un modelo que trata situaciones como las anteriores para el caso específico de paneles rígidos con orificios circulares dispuestos periódicamente y que contienen poros sin salida en forma de ranura. Para ello, se utilizan las soluciones analíticas que describen la propagación de ondas acústicas en poros de sección circular y en ranuras. Los resultados preliminares muestran la capacidad absorbente de estos sistemas, haciendo de ellos una interesante alternativa a las soluciones de panel perforado tradicionales. Además, el modelo demuestra ser una herramienta útil para estimar sus propiedades acústicas de una manera sencilla que también puede extenderse a otras geometrías.The acoustic behaviour of common porous media is highly dependent on their open porosity, this consisting of an interconnected network of pores including kinematic and dead-end porosities. A properly chosen dead-end porosity can help enhance the sound absorption properties of such materials because of the thermal exchanges between the fluids filling each of these pores. This work presents a model to deal with previous situations for the specific case of rigid panels with periodically arranged circular holes containing slit-like dead-end pores. Analytical solutions describing acoustic wave propagation in pores of circular cross-section and slits are used together to this end. Preliminary results show the absorption capability of these systems, making them an interesting alternative to traditional perforated panel solutions. Additionally, the model is proven to be a useful tool to estimate their acoustic properties in a simple manner that can also be extended to other geometry cases

Underwater Anthropogenic Noise Pollution Assessment in Shallow Waters on the South-Eastern Coast of Spain

Anthropogenic noise is a growing threat to marine life due to the incrementation of human activity in the marine environment. In Europe, the Directive 2008/56/EC of the European Parliament and of the Council was published with the aim of establishing a framework for community action in the field of marine environmental policy. The directive introduces underwater acoustic energy, as detailed in Descriptor 11, and stipulates that the member states should set the threshold levels at which a good environmental status can be achieved by means of long-term monitoring campaigns. This research presents the results of a long-term underwater noise monitoring campaign with a duration of three years in the port of Cartagena located on the south-eastern coast of Spain, focusing on the monthly and annual variation patterns of low-frequency continuous noise. The acquired data are classified according to the source of the acoustic noise into shipping, other anthropogenic, and natural noise measurements. These three groups of measurements are processed in order to obtain one-third octave band levels centered at 63 and 125 Hz, as well as the overall bandwidth of unweighted Sound Pressure Level (SPL). The analysis of the measurements shows an increase in the annual average overall band of 4 and 3 dB of the natural and shipping noise, respectively, from 2013 to 2015. This monitoring campaign provides accurate acoustic values to establish threshold levels to achieve good environmental status and recommendations to conduct monitoring programs and regulations to control underwater noise pollution

Evaluation of two alternative procedures for measuring airflow resistance of sound absorbing materials

[EN] 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.This project has been made possible thanks to the FONDECYT Project 1110605 and the grant GV/2012/066 Projects I+D for emerging research groups. The authors would like to thank Dr. Luis Godinho from the Department of Civil Engineering of University of Coimbra (Portugal) for his help with the experimental work and the ISO data reported in Table 1 of this paper.Rey Tormos, RMD.; Alba Fernández, J.; Arenas, JP.; Ramis Soriano, J. (2013). Evaluation of two alternative procedures for measuring airflow resistance of sound absorbing materials. Archives of Acoustics. 38(4):547-554. https://doi.org/10.2478/aoa:2013-0064S54755438

Caracterización de la impedancia de transferencia de materiales porosos-fibrosos usando holografía acústica de campo cercano (NAH)

En este trabajo se aplica la técnica de holografía acústica de campo cercano (NAH-Near field Acoustic Holography) para determinar la velocidad de vibración de la superficie de una capa de material absorbente que a su vez está adherido a una placa metálica circular que emula un pistón rígido. Este dato de la velocidad es necesario para predecir su impedancia de transferencia. En la experiencia propuesta, la placa metálica vibra por la acción de un actuador ubicado en su centro transmitiendo su vibración a la lámina porosa. El experimento y la técnica implementada se apoyan en la hipótesis del desacoplamiento de la parte vibratoria y la acústica de un sistema placa-poroso para determinar la eficiencia de radiación.In this paper, the technique Near-field Acoustic Holography (NAH) is applied to determine the surface vibration velocity of a layer of porous material attached to a circular metal plate that emulates a rigid piston. The velocity data is necessary to calculate the transfer impedance of the absorber material. In the proposed experience, the metallic plate vibrates by the action of an actuator located in its center transmitting the vibration of the plate to the porous layer. The experiment and the technique implemented are based on the assumption of decoupling vibrational and acoustic behavior of the plate-porous structure to determine the radiation efficiency

Percepción Sonora de Vehículos Eléctricos

Los vehículos eléctricos e híbridos (EVs y HEVs) están llamados a ser el futuro del transporte en ciudades inteligentes y la clave para la reducción total del ruido y la polución en áreas urbanas. Sin embargo, para garantizar la seguridad vial deben solucionarse diversos problemas asociados a este tipo de vehículos. Hasta el momento, el uso de HEVs ha puesto de manifiesto el incremento del riesgo en entornos urbanos debido a la presencia de un sistema de transporte completamente silencioso. Las distintas administraciones están analizando el problema, siendo la medida más significativa hasta ahora el uso de Sistemas Acústicos de Alerta de Vehículos (AVAS). El objetivo de este artículo es analizar el comportamiento acústico de los vehículos híbridos y eléctricos a partir de las principales contribuciones científicas.Electric and hybrid Electric vehicles (EVs and HEVs) seem to be the future of transport in smart cities and the key for the total reduction of noise disturbance and pollution in urban areas. However, several problems have to be solved in order to guarantee the safety of these types of vehicles. So far, the use of HEVs has shown the danger of a «quiet» transport system in urban environments. The Competent Authorities are addressing the problem and the most significant proposal up to now is the use of Acoustic Vehicles Alerting Systems (AVAS). The aim of this chapter is to collect the main contributions regarding the acoustic behaviour of hybrid electric vehicles and electric vehicles

Uso de señales pseudoaleatorias en aplicaciones para el estudio de la dinámica de vibraciones

El estudio de la propagación de una perturbación en un medio elástico es un contenido de relevancia en una carrera técnica. En los laboratorios docentes no es fácil llevar a cabo experimentos en los que el alumnado visualice fácilmente la dinámica de vibraciones. Además, la ejecución de prácticas demostrativas de análisis modal exige la utilización de configuraciones en las que son necesarios dispositivos excitadores como los Shaker o los martillos de impacto. En este trabajo se presenta una metodología experimental basada en la utilización de señales pseudoaleatorias tipo MLS (Maximum Length Sequence) y actuadores de tipo electrodinámico, de fácil acceso al profesorado, en aplicaciones para el estudio de la dinámica de vibraciones y que ha sido ensayada con éxito en diferentes titulaciones. La base experimental sobre la que se proponen las aplicaciones consiste en barras y estructuras tipo “L” construidas a partir de piedra arenisca tipo Bateig

Determination of the elastic parameters of a material from a standardized dynamic stiffness testing

Viscoelastic layers under floating floors are often used to reduce impact sound. A standardized dynamic stiffness test is routinely used to estimate the performance of a layer as an impact sound isolator. During the test, a material sample is placed between a load plate and a motionless rigid foundation. In this work, equations that provide a useful analytical description of the standardized test are derived. The new analytical approach is linked with the analysis of multilayer elastomeric bearings. The new approach leads to simpler analytical solutions as compared with those of previous studies, which makes them easy to translate into computer codes. The obtained expressions are almost independent of the shape of the boundary and are only dependent on static values such as the area and moments of inertia of the contour. Taking advantage of the new closed-form solutions, it is shown that, under certain restrictions, the analytical approach may be used to experimentally estimate the elastic parameters of a flexible material using a harmonic (frequency-dependent) analysis. It is reported that results obtained using the proposed approach are in good agreement with those obtained using a commercial finite element software.This work was supported by CONICYT–FONDECYT [grant number 1171110]