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matriz paramétrica

Una matriz paramétrica , en el campo de la acústica , es un mecanismo de transducción no lineal que genera haces estrechos, casi libres de lóbulos laterales , de sonido de baja frecuencia, a través de la mezcla e interacción de ondas sonoras de alta frecuencia , superando efectivamente el límite de difracción (una especie de "principio de incertidumbre espacial") asociado con la acústica lineal. [1] El haz de sonido de baja frecuencia sin lóbulos laterales principales se crea como resultado de la mezcla no lineal de dos haces de sonido de alta frecuencia en su frecuencia diferente. Los conjuntos paramétricos se pueden formar en agua, [2] aire, [3] y materiales/rocas terrestres. [4] [5]

Historia

La prioridad para el descubrimiento y explicación de la matriz paramétrica se debe a Peter J. Westervelt , [6] ganador de la Medalla Lord Rayleigh [7] (actualmente profesor emérito de la Universidad de Brown ), aunque al mismo tiempo se estaba llevando a cabo un importante trabajo experimental en la antigua Unión Soviética. [2]

Según Muir [8] y Albers, [9] el concepto de matriz paramétrica se le ocurrió al Dr. Westervelt mientras estaba destinado en la sucursal de Londres, Inglaterra, de la Oficina de Investigación Naval en 1951.

Según Albers, [9] él (Westervelt) observó por primera vez una generación accidental de sonido de baja frecuencia en el aire por parte del Capitán HJ Round (pionero británico del receptor superheterodino) a través del mecanismo de matriz paramétrica.

El fenómeno de la matriz paramétrica, visto por primera vez experimentalmente por Westervelt en la década de 1950, fue explicado teóricamente más tarde en 1960, en una reunión de la Sociedad de Acústica de América . Unos años después de esto, se publicó un artículo completo [10] como una extensión del trabajo clásico de Westervelt sobre la dispersión no lineal de sonido por sonido. [11] [12] [13]

Cimientos

La base de la teoría de Westervelt sobre la generación y dispersión del sonido en medios acústicos no lineales [14] se debe a una aplicación de la ecuación de Lighthill para el movimiento de partículas fluidas.

La aplicación de la teoría de Lighthill al ámbito acústico no lineal produce la ecuación de Westervelt-Lighthill (WLE). [15] Las soluciones a esta ecuación se han desarrollado utilizando las funciones de Green [16] [17] y los métodos de ecuaciones parabólicas (PE), sobre todo mediante la ecuación de Kokhlov-Zablotskaya-Kuznetzov (KZK). [18]

Westervelt también desarrolló y generalizó un formalismo matemático alternativo que utiliza métodos del operador de Fourier en el espacio de números de onda . [19] El método de solución se formula en el espacio de Fourier (número de onda) en una representación relacionada con los patrones de haz de los campos primarios generados por fuentes lineales en el medio. Este formalismo se ha aplicado no sólo a matrices paramétricas, [20] sino también a otros efectos acústicos no lineales, como la absorción de sonido por sonido y a la distribución de equilibrio de los espectros de intensidad del sonido en cavidades. [21]

Aplicaciones

Las aplicaciones prácticas son numerosas e incluyen:

También se pueden formar conjuntos receptores paramétricos para recepción direccional. [29] En 2005, Elwood Norris ganó el premio MIT-Lemelson de 500.000 dólares por su aplicación de la matriz paramétrica a altavoces comerciales de alta fidelidad.

Referencias

  1. ^ Beyer, Robert T. "Prefacio a la edición original". Acústica no lineal .
  2. ^ ab Novikov, BK; Rudenko, OV; Timoshenko, VI (1987). Acústica submarina no lineal. Traducido por Robert T. Beyer. Instituto Americano de Física. ISBN 9780883185223. OCLC  16240349.
  3. ^ Trenchard, Stephen E.; Coppens, Alan B. (1980). "Estudio experimental de un conjunto paramétrico saturado en aire". La Revista de la Sociedad de Acústica de América . 68 (4): 1214-1216. Código bibliográfico : 1980ASAJ...68.1214T. doi : 10.1121/1.384959.
  4. ^ Johnson, Pensilvania; Meegan, GD; McCall, K.; Bonner, BP; Shankland, TJ (1992). "Estudios de ondas de amplitud finita en materiales terrestres". La Revista de la Sociedad de Acústica de América . 91 (4): 2350. Código bibliográfico : 1992ASAJ...91.2350J. doi : 10.1121/1.403453 .
  5. ^ Formación de vigas paramétricas en roca
  6. ^ El profesor Peter Westervelt y la matriz paramétrica
  7. ^ Instituto de Acústica - Programa de premios y medallas Archivado el 28 de junio de 2009 en la Wayback Machine.
  8. ^ Muir 1976, pág. 554.
  9. ^ ab Albers 1972
  10. ^ Westervelt 1963
  11. ^ Roy y Wu 1993
  12. ^ Beyer 1974
  13. ^ Bellin y Beyer 1960
  14. ^ Westervelt, Peter J. (1975). "El estado y el futuro de la acústica no lineal". La Revista de la Sociedad de Acústica de América . 57 (6): 1352-1356. Código bibliográfico : 1975ASAJ...57.1352W. doi : 10.1121/1.380612.
  15. ^ Fuentes de sonido de diferencia de frecuencia en un sistema de imágenes de doble frecuencia con implicaciones para el monitoreo de la cirugía térmica [ enlace muerto permanente ]
  16. ^ Moffett y Mellen 1977
  17. ^ Moffett y Mellen 1976
  18. ^ "Código de dominio de tiempo KZK de Texas".
  19. ^ Woodsum y Westervelt 1981
  20. ^ Woodsum 2006
  21. ^ Cabot y Putterman 1981
  22. ^ Kaduchak, Gregorio; Sinha, Dipen N.; Lizón, David C.; Kelecher, Michael J. (2000). "Una técnica sin contacto para la evaluación de estructuras elásticas a grandes distancias de separación: aplicaciones a la clasificación de fluidos en recipientes de acero". Ultrasonidos . 37 (8): 531–536. doi : 10.1016/S0041-624X(99)00109-2 . PMID  11243456.
  23. ^ Naugolnykh, Konstantin A.; Esipov, Igor B. (1995). "Detección remota de océanos mediante matriz paramétrica". La Revista de la Sociedad de Acústica de América . 98 (5): 2915. Código bibliográfico : 1995ASAJ...98.2915N. doi : 10.1121/1.414208 .
  24. ^ Konofagou, Elisa; Thierman, Jonathan; Hynynen, Kullervo (2001). "Un método de ultrasonido enfocado para aplicaciones terapéuticas y de diagnóstico simultáneas: un estudio de simulación". Física en Medicina y Biología . 46 (11): 2967–2984. Código Bib : 2001PMB....46.2967K. doi :10.1088/0031-9155/46/11/314. PMID  11720358. S2CID  2036873.
  25. ^ Zhang, Dong; Chen, Xi; Xiufen, Gong (2001). "Tomografía acústica de parámetros no lineales para tejidos biológicos mediante matriz paramétrica de una fuente de pistón circular: análisis teórico y simulaciones por computadora". La Revista de la Sociedad de Acústica de América . 109 (3): 1219-1225. Código Bib : 2001ASAJ..109.1219Z. doi : 10.1121/1.1344160. PMID  11303935.
  26. ^ Muir, TG; Wyber, RJ (1984). "Perfiles sísmicos de alta resolución con una matriz paramétrica de baja frecuencia". La Revista de la Sociedad de Acústica de América . 76 (T1): S78. Código bibliográfico : 1984ASAJ...76...78M. doi : 10.1121/1.2022023.
  27. ^ "Control activo del sonido mediante una matriz paramétrica". Archivado desde el original el 9 de marzo de 2007 . Consultado el 5 de diciembre de 2006 .
  28. ^ n:Elwood Norris recibe el premio Lemelson-MIT de invención 2005.
  29. ^ Reeves, C.; Goldsberry, T.; Rohde, D. (1979). "Experimentos con un conjunto receptor acústico paramétrico de gran apertura". ICASSP '79. Conferencia internacional IEEE sobre acústica, voz y procesamiento de señales . vol. 4. págs. 616–619. doi :10.1109/ICASSP.1979.1170632.

Otras lecturas