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:
- sonido submarino
- sonar
- sondeo de profundidad
- perfilado del subfondo
- pruebas no destructivas
- y sensación de "ver a través de las paredes" [22]
- teledetección oceánica [23]
- ultrasonido médico [24]
- y tomografía [25]
- prospección sísmica subterránea [26]
- control activo de ruido [27]
- y sistemas de audio comerciales direccionales de alta fidelidad ( Sonido de ultrasonido ) [28]
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
- ^ Beyer, Robert T. "Prefacio a la edición original". Acústica no lineal .
- ^ 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.
- ^ 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.
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- ^ Formación de vigas paramétricas en roca
- ^ El profesor Peter Westervelt y la matriz paramétrica
- ^ Instituto de Acústica - Programa de premios y medallas Archivado el 28 de junio de 2009 en la Wayback Machine.
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Otras lecturas
- HC Woodsum y PJ Westervelt, "Una teoría general para la dispersión del sonido por el sonido", Journal of Sound and Vibration (1981), 76(2), 179-186.
- Peter J. Westervelt, "Parametric Acoustic Array", Revista de la Sociedad Acústica de América, vol. 35, núm. 4 (535-537), 1963
- Mark B. Moffett y Robert H. Mellen, "Modelo de fuentes paramétricas", J. Acoust. Soc. Soy. vol. 61, núm. 2, febrero de 1977
- Mark B. Moffett y Robert H. Mellen, "Sobre los factores de apertura de la fuente paramétrica", J. Acoust. Soc. Soy. vol. 60, núm. 3, septiembre de 1976
- Ronald A. Roy y Junru Wu, "An Experimental Investigation of the Interaction of Two Non-Colineal Beams of Sound", Actas del 13º Simposio Internacional sobre Acústica No Lineal, H. Hobaek, Editor, Elsevier Science Ltd., Londres (1993)
- Harvey C. Woodsum, "Soluciones analíticas y numéricas a la 'Teoría general para la dispersión del sonido por sonido'", J. Acoust. Soc. Am. Vol. 95, No. 5, Parte 2 (2PA14), junio de 1994 ( Programa de la 134ª Reunión de la Acoustical Society of America, Cambridge Massachusetts)
- Robert T. Beyer, Acústica no lineal, primera edición (1974). Publicado por el Comando de Sistemas Marítimos Navales.
- HO Berktay y DJ Leahy, Revista de la Sociedad Acústica de América, 55, p. 539 (1974)
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- JS Bellin y RT Beyer, “Dispersión de sonido por sonido”, J. Acoust. Soc. Soy. 32, 339-341 (1960)
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- TG Muir, Informe especial de la Oficina de Investigación Naval - "Ciencia, tecnología y la Marina moderna, trigésimo aniversario (1946-1976), documento ONR-37, "Acústica no lineal: una nueva dimensión en el sonido submarino", publicado por el Departamento de Marina (1976)
- VM Albers, "Underwater Sound, Benchmark Papers in Acoustics, p.415; Dowden, Hutchinson y Ross, Inc., Stroudsburg, PA (1972)
- M. Cabot y Seth Putterman, "Hidrodinámica no lineal clásica renormalizada, acoplamiento de modos cuánticos y teoría cuántica de fonones en interacción", Physics Letters vol. 83A, núm. 3, 18 de mayo de 1981, págs. 91 a 94 (North Holland Publishing Company-Amsterdam)
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- Detección acústica activa no lineal de un objeto con campos de frecuencia de suma o diferencia. Zhang, W.; Liu, Y.; Ratilal, P.; Cho, B.; Makris, Carolina del Norte; Sensores remotos 2017, 9, 954. https://doi.org/10.3390/rs9090954