Análise teórica e experimental do processo de medição in situ da impedância acústica

Abstract

A medição in situ da impedância acústica possui uma série de vantagens em relação à medição da impedância em tubo de impedância e à medição do coeficiente de absorção em câmara reverberante. Entre essas vantagens, destacam-se o fato de a medição in situ ser um método não destrutivo e que leva em conta condições realistas de montagem da amostra, os efeitos de acúmulo de sujeira e a não necessidade de um ambiente especial para a medição. Entre os métodos de medição in situ mais comumente usados, destaca-se a técnica baseada na medição da função de transferência entre dois microfones (PP), posicionados próximos à amostra. As principais desvantagens desse método são suas limitações em baixas e altas frequências, devido à distância finita entre os microfones. A sonda PU, que integra um sensor de pressão (microfone) e um de velocidade de partícula não sofre essa limitação já que os dois sensores ocupam aproximadamente a mesma posição no espaço. A medição in situ requer, no entanto, devido à complexidade física do problema, a modelagem precisa do campo acústico em frente à amostra que se deseja caracterizar, especialmente porque em aplicações típicas a fonte sonora e a sonda PU estão próximas uma da outra e não se pode considerar que o campo acústico seja composto por ondas planas. A influência do algoritmo de dedução da impedância de superfície é a primeira fronteira explorada neste trabalho. A partir da escolha do melhor método de dedução da impedância de superfície, uma estimativa da incerteza de medição foi feita através do método de Monte Carlo. E já que as aplicações da técnica PU se destinam à medição de amostras de dimensões tipicamente limitadas, a influência do tamanho da amostra é investigada com um modelo em elemento de contorno (BEM) da medição. Após a verificação de que os resultados experimentais corroboram o modelo numérico, a influência de vários parâmetros em relação ao tamanho finito da amostra foi investigada e estratégias propostas para minimizar o erro encontrado. Como a principal estratégia de dedução da impedância de superfície se destina à medição de amostras localmente reativas, a medição de amostras não-localmente reativas também foi avaliada. Neste caso, um modelo analítico foi utilizado para simular a medição in situ com boa concordância em relação aos dados experimentais. Para amostras que não podem ser consideradas como localmente reativas, dois novos algoritmos de dedução foram propostos. O primeiro baseia-se na minimização do erro da resposta em frequência, usado com sucesso em diversos casos, e o segundo em mínimos quadrados, que se mostrou menos robusto. Finalmente a técnica PU foi contrastada com a técnica PP em algumas condições de medição in situ realistas, o que permitiu estabelecer algumas das vantagens e desvantagens de ambas.