Numerical simulation of an acoustic tube
Resumen
En este trabajo se presenta un método de diferencias finitas escalonado para analizar y simular la generación y el comportamiento de ondas sonoras en el interior de un tubo. Luego, se describe un tratamiento numérico especial de las condiciones de frontera que modelan fenómenos de reflexión y transmisión a partir del concepto de impedancia acústica. Mediante un muestreo exhaustivo de frecuencias y la transformada rápida de Fourier (FFT), se realiza un análisis modal cuando el aire en el interior del tubo es sometido a perturbaciones armónicas y aleatorias. Por último, se analiza el comportamiento del factor de calidad del sistema acústico y se confirma su carácter exponencial, así como su dependencia de la impedancia acústica. Los resultados muestran la utilidad del método en la simulación de fenómenos acústicos como reflexión, transmisión, disipación de ondas sonoras y resonancia en dominios acotados. El método propuesto permite analizar casos generales como la dispersión de ondas sonoras no armónicas.
Descargas
Disciplinas:
Computer scienceLenguajes:
esAgencias de apoyo:
Universidad Nacional de ColombiaDerechos:
autorTipo:
textoReferencias bibliográficas
D. R Bergman, Computational acoustics: theory and implementation. New Jersey, USA: John Wiley & Sons, 2018, 296 p.
M. Kaltenbacher (Ed), Computational Acoustics, Zurich, Switzerland: Springer International Publishing, 2018, 255 p.
I. Riečanová I y A. Handlovičová, “Acoustic Simulations based on FVM Solution of the Helmholtz Equation”, Acta Polytechnica Hungarica Vol 14, no. 5, pp 139 – 150. 2017. https://doi.org/10.12700/APH.14.5.2017.5.9
A. Handlovičová, I. Riečanová y N. B. Roozen, “Rigid piston simulations of acoustic space based on Finite volume method”. En: Proceedings of Aplimat, 15-th Conference on Applied Mathematics, Institute of Mathematics and Physics, Faculty of Mechanical Engineering STU, Bratislava, Republica de Eslovaquia, Febrero, 2016, pp. 433-439.
P. Cook, Real Sound Synthesis for Interactive Applications. New York, USA: A K Peters/CRC Press, 2003, 263 p.
A. Kapur, P. Cook, S. Salazar y G. Wang, Programming for Musicians and Digital Artists. New York, USA: Manning Publications Co, 2015, 344 p.
L. D Bartolo, C. Dors y W. J Mansur, “Theory of equivalent staggered grid schemes: application to rotated and standard grids in anisotropic media”, Geophysical Prospecting, Vol 63, no. 5, pp. 1097-1125, Septiembre, 2015.https://doi.org/ 10.1111/1365-2478.12210
Danggo M. Y., Mungkasi S. A., (2017). A staggered grid finite difference method for solving the elastic wave equations. En: Journal of Physics: Conference Series, Vol 909 (1), pp 1-5
L. Yang, K. S. Mrinal, “Scalar wave Equation Modeling with Time- Space Domain Dispersion-Relation-Based Sttaggered-grid Finite- Difference schemes”, Bulletin of the Seismological Society of America; Vol 101, No 1, pp 141-159, Febrero, 2011. https://doi.org/10.1785/0120100041
D.G. Stork y R. E. Berg, The physics of sound. San Francisco, USA: Pearson Education, 2005, 398 p.
K. Morton y D. Mayers, Numerical Solution of Partial Differential Equations. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2005, 278 p.
E. J. Sanchis, “Modelación, simulación y caracterización de materiales acústica de materiales para uso en acústica arquitectónica”, Tesis de Maestría, Universidad Politecnica de Valencia. Valencia, España 2008
A. P. French, Vibraciones y Ondas. Madrid, España: Reverté S.A, 1974,340 p.
L. E. Kinsler, A. B. Coppens, J. V. Sanders y A. R. Frey, Fundamentos de acústica. México, México: Grupo Noriega Editores Limusa, 1992, 592 p.
E. Chu E, Discrete and Continuous Fourier Transforms: Analysis, Applications and Fast Algorithms. London, UK: Chapman and Hall/CRC, 2008, 424 p.
