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Hola y bienvenidos a la conferencia 32 en la semana 7 de este curso sobre Materiales Acústicos y Metamateriales. En el curso de hoy vamos a discutir sobre algunas ventajas y aplicaciones de los metadatos acústicos tipo membrana. Así que, hasta ahora discutimos más sobre el principio fundamental de trabajar de estos metamateriales acústicos tipo membrana.
(Consulte la hora de la diapositiva: 00:49)

Así, estudiamos cómo cuando tenemos una célula de unidad con una membrana estirada cómo se comporta y responde, y cómo lo hace, cómo es capaz de bloquear el sonido. Del mismo modo, estudiamos cómo la célula de la unidad, donde usted tiene una membrana estirada con alguna masa unida a ella. En ese caso, ¿cómo se comporta y en qué regiones esta célula unitaria se convirtió en tener una densidad de masa efectiva negativa.
Y en esa región de repente estas membranas aparentemente delgadas son capaces de no permitir que ninguna onda de sonido pase a través. Por lo tanto, no obtenemos una onda de propagación, porque ρ se vuelve negativa; por lo que significa que, el vector de propagación es negativo. Por lo tanto, hemos estudiado los principios básicos aquí y en esta clase vamos a ser más acerca de las aplicaciones y las ventajas generales y desventajas de estos materiales.

Así, comenzaremos con cómo las células de la unidad están dispuestas para formar una capa de material. Así que, si usted va aquí, vamos a comenzar con cómo estas células de la unidad se disponen para formar los metamateriales, y luego cuáles son las ventajas y luego las aplicaciones potenciales de estos metamateriales acústicos tipo membrana. Entonces, aquí el primer arreglo fue propuesto por Lee et al. La fuente se proporciona aquí, Lee et al 2009.
(Consulte la hora de la diapositiva: 02:03)

Así que, aquí lo que tienes es que, estábamos discutiendo sobre la membrana siendo una parte de una pesada de una guía de onda larga. Por lo tanto, tiene tubos huecos, tubos densos huecos con membrana estirada en el medio. Por lo tanto, la forma en que propuso este arreglo es que, usted tiene estos son los dos conjuntos de la guía de onda.
Por lo tanto, esta es la forma. Por lo tanto, si usted toma la vista lateral, esto se convierte en una forma de una sección particular de la guía de ondas y esto se convierte en una sección de la otra. Así, estas son las dos secciones cuando se combinan juntas y esta parte una contiene una membrana que se une encima de ella. Por lo tanto, esto es sólo una visión de corte de esto. Por lo tanto, la membrana se une en la parte superior de la misma y luego se une a la parte inferior y se hace en un arreglo fijo apretado.
Por lo tanto, obtiene una célula de unidad. Por lo tanto, si haces el mismo proceso una y otra vez. Por lo tanto, digamos, usted ha adjuntado este elemento en particular encima de él; pero en el fondo también la forma es curvada de tal manera que esta forma la encajará en la parte inferior también. Por lo tanto, este es el tipo de arreglo y esta forma es complementaria a la forma anterior.

Por lo tanto, cuando arregla esto. Por lo tanto, aquí el elemento 1, elemento; así que digamos que este es el elemento 1, y este es el elemento 2. Por lo tanto, el elemento 1 en la parte superior de él tenemos el elemento 2; luego en la parte superior de nuevo el elemento 1 se repite, entonces el elemento 2 se repite. Por lo tanto, es una repetición periódica alternativa de los elementos 1 y 2.
(Consulte la hora de la diapositiva: 03:47)

Así que, verá aquí, este es el elemento 2 seguido por el elemento 1 seguido por el elemento 2 de nuevo. Así que, como puedes ver aquí este es el elemento 2; comienza en algún lugar aquí. Por lo tanto, este es el elemento 2, entonces tenemos el elemento 1, 2, y luego 1 y así sucesivamente. Por lo tanto, estos dos elementos están dispuestos en serie. Por lo tanto, uno encima del otro y cuando se mantiene conectándolos y arreglarlos juntos, al final se obtendrá es una guía de onda larga y en la guía de onda habrá membranas estiradas que ocurren a intervalos regulares.
Por lo tanto, las membranas estiradas estarán ocurriendo a intervalos regulares. Por lo tanto, usted obtiene tales células de la unidad. Entonces, todo esto, así que aquí desde aquí hasta aquí se convierte en una célula de unidad y de manera similar de aquí hasta aquí se convierte en otra célula de unidad, y de aquí hasta aquí se convierte en otra célula de unidad.
Por lo tanto, se trata de la célula de unidad 1, la célula de unidad 2, la célula de unidad 3, y así sucesivamente.
Por lo tanto, usted tiene tales guías de onda largas unidas y la célula de unidad se repite una y otra vez repitiendo alternando entre dos elementos principales; y donde aquí el elemento 2 contiene una membrana estirada y se fija dentro del elemento 1 y así sucesivamente.
(Consulte la hora de la diapositiva: 05:27)

Así que, cómo lo hace, cómo hace estas ayudas. Por lo tanto, se trata de una conexión en serie de estas celdas de unidad.
Y fue propuesto como lo dije por Lee et al. 2009 y este es el recurso aquí. Por lo tanto, si usted tiene una serie tan larga de elementos, esto puede ser como una línea de transmisión acústica o una tubería.
Así que, si tienes alguna fuente de ruido aquí.
Por lo tanto, digamos que tenemos una fuente de ruido pesado en un extremo, y está emitiendo sonidos fuertes en casi todas las frecuencias. Por lo tanto, usted tiene una fuente de ruido general. Entonces usted puede unir esta línea de transmisión y en el otro extremo ha unido un material poroso, un absorbente poroso; así que este particular sabemos que, esta es una célula de unidad que está conteniendo una membrana estirada.
Y sabemos que este tipo particular de célula de unidad se comporta de tal manera que, desde 0 hasta su frecuencia natural tiene densidad negativa y por lo tanto, desde 0 hasta un límite de frecuencia particular, no permite que la onda se propague a través de. Y esta frecuencia natural depende de la rigidez de la membrana y de la masa de la membrana. Por lo tanto, si podemos manipular la rigidez y la masa.
Por lo tanto, digamos que podemos manipular la rigidez y la masa, de modo que la frecuencia natural f0 = 1000 Hz; porque hasta 1000 Hertz es la región donde el control de ruido es muy difícil. Así que, si podemos manipular estas membranas de tal manera que, su rigidez y sus masas, de modo que; porque

f0 = 1 2π
√ km m

Por lo tanto, podemos aumentar el valor de la rigidez, disminuir el valor de masa y así en que se trata de alrededor de 1000 Hertz o así sucesivamente.
Por lo tanto, podemos hacerlo de esta manera. Por lo tanto, cuando la fuente de ruido es incidente, corta la primera parte corta todas las frecuencias, no permite ningún contenido entre 0 a 1000 Hertz y entonces sólo el contenido de alta frecuencia es a través de. Y luego en el otro extremo tenemos un absorbente poroso y ya estudiamos cuál es la característica de un absorbente poroso. Un absorbente poroso tipicamente. Por lo tanto, esto es para un absorbente poroso, que típicamente permite; este es el tipo típico de una alfa versus frecuencia.
Por lo tanto, por lo general a bajas frecuencias de hasta 1000 Hertz o así; el rendimiento es bajo, no son capaces de bloquear los sonidos, no son capaces de disipar los sonidos. Pero de repente más allá de esto tienen un rendimiento de 0.82 a alrededor de 0.95 o así sucesivamente, un buen absorbente. Por lo tanto, a altas frecuencias son capaces de absorber bien.
Por lo tanto, lo que conseguimos efectivamente es que, esta parte en particular es responsable de controlar el ruido hasta una cierta frecuencia, por lo que todo el ruido de baja frecuencia. Y este f0 se puede manipular para que sea cualquier valor de digamos 500, 1000, y así sucesivamente. Por lo tanto, el control de ruido de baja frecuencia ocurre usando la primera parte y luego el control de ruido de alta frecuencia ocurre más allá de este rango usando el absorbente poroso.
Así que, al final lo que conseguimos. Por lo tanto, si lo elimino sólo para dejarlo claro. Así que, al final lo que obtenemos es, obtendremos un control de ruido completo. Por lo tanto, el ruido a lo largo de toda la frecuencia, toda la gama de frecuencia audible está siendo cortada y obtenemos un completo silencio. Por lo tanto, esto es como una especie de propuesta donde obtenemos un material de reducción de ruido perfecto tanto para baja como de alta frecuencia, ok.

(Consulte la hora de la diapositiva: 09:11)

Se han propuesto otros arreglos de este tipo; por lo que aquí teníamos dos diferentes elementos de forma irregular que estaban agarrados, que se arreglaron juntos para convertirse en waveguide en serie. También podemos tener unas estructuras simétricas, por lo que esto vuelve a mostrar una vista de corte de otra línea de transmisión acústica que fue propuesta por. Así, esto fue propuesto por Bongard et al. 2010, una versión más reciente.
Así que, aquí también tenemos una línea de transmisión y estos individuos, estos son los elementos individuales donde usted tiene la membrana conectada en medio y así sucesivamente. Y estos elementos están conectados juntos y una larga línea de transmisión se puede formar en serie, ok.

(Consulte la hora de la diapositiva: 09:53)

Otra disposición es cuando se pueden adjuntar en paralelo; así que no necesariamente en serie, pero se pueden adjuntar en paralelo. Y lo que se obtiene es que aquí el arreglo es propuesto por Huang et al. 2016, es una nueva forma de arreglo. Por lo tanto, aquí tienes todos estos corresponden a las diferentes celdas de la unidad. Por lo tanto, tiene la celda de unidad 1, 2, 3, 4, 5, 6, así sucesivamente y se disponen en una estructura paralela. Y lo que tienes es que, aquí tienes membranas tanto en la dirección x como en la dirección y. Así que, esta es la membrana, esto es lo que nos deja decir la dirección x. Entonces, esto se convierte en la x y esto se convierte en la y.
Así que, normal a x tenemos el plano x, y normal a y tenemos el plano y. Por lo tanto, aquí las membranas a lo largo del plano y, por lo que esta membrana, esta membrana, esta membrana y así sucesivamente; las membranas que están en colores más oscuros. Por lo tanto, aquí el espesor va a ser diferente donde tienen un valor más alto; y las membranas que son perpendiculares al plano x, tienen un valor de espesor más bajo.
Por lo tanto, los parámetros de membrana son diferentes para diferentes direcciones, de modo que obtenemos un control de ruido diferente en diferentes direcciones. Por lo tanto, este es el tipo de arreglo innovador que se propuso.

(Hora de la diapositiva: 11:19)

Por lo tanto, un breve resumen antes de entrar en las ventajas y aplicaciones es que; tal tipo de membrana de metamateriales acústicos que pueden manipular los sonidos utilizando el principio de la densidad negativa. Y entonces por eso se les denomina como densidad negativa.

metamateriales. Y la célula de unidad es ya sea una membrana estirada sujeta dentro de una guía de onda de sub-longitud de onda, ya sea con o sin alguna masa unida a ella.

(Hora de la diapositiva: 11:39)

Entonces, ¿cuáles son algunas de sus ventajas? La primera ventaja que ya estudiamos fue que, usted está obteniendo una densidad efectiva negativa en una región amplia. Por lo tanto, usted no obtiene una densidad efectiva negativa en la pequeña región como sólo en ciertas frecuencias; usted obtiene un rango de banda ancha de frecuencias. Por lo tanto, para el primer tipo de célula de unidad, se obtiene una densidad negativa entre 0 a su frecuencia natural; para el segundo tipo se obtiene densidad negativa es:

f0 ≤ f ≤ f0 √ m M + m

Por lo tanto, estamos obteniendo una amplia gama de regiones donde la densidad se está volviendo negativa.
Por lo tanto, la resultante es que, estas membranas aparentemente delgadas y elásticas que son casi acústicamente transparentes. Así que, si ves una membrana estirada, verás que es muy delgada y de estructura ligera; parece que es casi acústicamente transparente.
Pero la belleza de la física es que, tal clase de estructuras transparentes se convierten en bloqueadores de olas perfectos o bloqueadores de ondas de sonido perfectos en una amplia banda de su densidad efectiva negativa. Por lo tanto, ahora obtienes un control de ruido de banda ancha en la región de baja frecuencia.
(Hora de la diapositiva: 12:53)

Por lo tanto, la región de densidad efectiva negativa depende ahora de. Así, encontramos que, en la amplia gama de densidad negativa podrán bloquear perfectamente el sonido. Y de qué depende esta región o el rango de frecuencia; depende de la densidad de superficie de la membrana y del grosor de la membrana, por lo que esto le da la masa de la membrana.
De la misma manera, por lo que depende de la densidad de la superficie y el espesor de la membrana; de la misma manera también depende de cuál es la tensión que se aplica a la membrana.

Por lo tanto, en general depende de la rigidez de la membrana y de la masa de la membrana, y la rigidez a su vez depende de la tensión aplicada a la membrana, el módulo de Young, y la relación de Poisson del material utilizado para la membrana.
Y de manera similar también dependerá de la densidad de la masa adjunta. Así que, lo que ves aquí. Por lo tanto, esta es la tercera cantidad que es el valor de masa que se está adjuntando a la membrana. Por lo tanto, estos son los diversos parámetros que se utilizan para gobernar la respuesta de tales estructuras.
(Consulte la hora de la diapositiva: 13:57)

Y como se puede ver este es uno de los parámetros externos, que no es intrínseco a la construcción de la membrana.

(Consulte la hora de la diapositiva: 14:07)

.

Por lo tanto, es por eso que ofrecen algo llamado de sintonizabilidad. Por lo tanto, lo que significa que, en tales casos lo que sucede es que la frecuencia de resonancia. Por lo tanto, la sintonizabilidad es la característica donde se puede ajustar la respuesta de una estructura en tiempo real en función de lo que es el ruido entrante. Así que, si tenemos este tipo de material y tienes algún control de retroalimentación; así puedes hacerlo, puedes usarlo para un control de ruido activo donde suponga, el incidente de sonido que varía y la respuesta de frecuencia del sonido que está siendo incidente varía.
Entonces usted tiene algún mecanismo de medición a través del cual usted puede saber cuál es el contenido de la frecuencia y entonces podría haber un mecanismo unido a la membrana que puede estirar y de estirar la membrana. Por lo tanto, esto aumentará y disminuirá la tensión en la membrana. Así, una vez que tengas, una vez que puedas sintonizar la tienes algún mecanismo externo a o algún actuador externo para sintonizar estas membranas, para que su tensión pueda ser variada en tiempo real.
La respuesta de la membrana cambiará en consecuencia y por lo tanto usted será capaz de obtener los bloqueadores de sonido perfectos, que son a cuya respuesta son sintonizables en tiempo real, se pueden cambiar usando algún mecanismo externo. Por lo tanto, esa es otra ventaja que es la sintonizabilidad o el control de ruido adaptativo.

(Hora de la diapositiva: 15:25)

Ahora algunas otras ventajas son. Así que, si ven aquí, después de esta conferencia, cuando comenzaremos y comenzaremos nuestra discusión sobre otro tipo de metamaterial acústico que es llamado como los cristales sónicos. Y están conformadas por bolas de plomo duro que se agrupan en una estructura periódica cuboidal. Y de manera similar se propusieron algunos otros metamateriales que tienen algún tipo complejo de coiling de espacio de configuración; entonces también tenemos un material avanzado como panel micro-perforado.
(Hora de la diapositiva: 16:11)

Así que, si lo comparas con algunos otros materiales avanzados, lo que ves es que; en primer lugar de todas las membranas que son ligeras, mucho más sencillas en la construcción, no es necesario utilizar algún micromecanizado de alta gama o algunas máquinas de alta gama para hacer este micro agujeros o poros y algún tipo de configuración de alta gama para conseguir este tipo de estructura de enrollado de espacio más bien se puede hacer una construcción muy sencilla, ligera.
Y ya estudiamos al respecto que, se puede sintonizar activamente teniendo algún mecanismo externo que puede estirar y desestirar la membrana. Por lo tanto, podemos sintonizarlo activamente para variar es la respuesta en tiempo real. Y la más importante es que ofrece una amplia gama o un rango de banda ancha, donde la densidad se vuelve negativa y por lo tanto, una región de banda ancha de bloqueo de ruido de baja frecuencia.
Así que, aquí es donde es mucho mejor que los materiales tradicionales, porque los materiales tradicionales son incapaces de realizar a bajas frecuencias. Y aquí tenemos un material que puede realizar en un rango de banda ancha y que se comporta como un material de barrera perfecto, que no permite ninguna propagación de onda en este rango de baja frecuencia.
(Consulte la hora de la diapositiva: 17:19)

Por lo tanto, lo que podrían ser las aplicaciones potenciales; una aplicación es que podría usarse como filtros y sensores y transductores. Por lo tanto, se va a utilizar como filtro de paso alto primero y los filtros de paso alto son los filtros que no permiten las frecuencias más allá de un cierto valor, por lo que sólo permite que las frecuencias más allá de un cierto valor para pasar a través. Por lo tanto, usted tiene alguna frecuencia de corte y frecuencias por encima de lo que pueden pasar.

Y eso se puede hacer utilizando el primer tipo de metamaterial acústico de membrana, por lo que donde solo se tiene una membrana. Por lo tanto, usted sabe que bloqueará todos los sonidos hasta una frecuencia f0, más allá de lo cual puede permitir que los sonidos pasen a través. Y esto se puede utilizar para los sintetizadores de sonido y mezcladores de audio; especialmente en la industria de la música, por lo general las señales de barra se separan de las señales de alto tono y luego se pueden volver a mezclar para obtener una mejor calidad de sonido.
De la misma manera se pueden hacer filtros de paso de banda, donde las frecuencias dentro de un cierto rango pueden ser permitidas pasar a través o no pasar a través. Y esto se puede hacer con el tipo 2 y se utilizan en la transmisión y recepción inalámbrica, ok.
(Hora de la diapositiva: 18:29)

Y las otras aplicaciones que ya he comentado es la reducción de ruido de baja frecuencia. Por lo tanto, aquí la reducción de ruido de baja frecuencia es principalmente común en la reducción de ruido de maquinaria. Por lo tanto, el ruido de la maquinaria son sonidos de baja frecuencia, son gruesos; mientras que, el habla humana, los silbidos etcétera son de alta frecuencia. Por lo tanto, por lo general se hace una reducción de ruido de baja frecuencia para disminuir todos estos sonidos y hacer que este discurso o la comunicación sea mejor, por lo que para reducir este nivel de interferencia del habla. Por lo tanto, reducción de ruido de baja frecuencia o reducción de ruido de maquinaria.
Del mismo modo, se puede hacer una mejora de la calidad Ruido de baja frecuencia también a un oído humano, que perciben un ruido de frecuencia tan baja como un sonido muy áspero o tosco. Por lo tanto, la coarseness se puede reducir reduciendo su contenido de baja frecuencia y luego se puede utilizar

para la insonorización. Por lo tanto, si usted tiene, suponga que cubre las paredes de los hogares con tal tipo de membrana AMM; entonces no permitirán la propagación de los sonidos de baja frecuencia.
Y por lo tanto pueden aislar los hogares de tal máquina fuera de la maquinaria o el ruido de la construcción. Y por último tenemos reflectores acústicos. Así que, como sabéis, estos materiales actúan como material de bloqueo perfecto. Por lo tanto, cualquier sonido que esté golpeando, no es capaz de propagarse; lo que significa que se reflejará de nuevo. Por lo tanto, pueden actuar como reflectores o espejos, y especialmente utilizados en auditorios o casa de ópera donde se tiene algún músico o cantantes actuando.
Por lo tanto, puedes tener estos parches de materiales alineados en los auditorios y cuando el sonido lo golpea, pueden ser redirigidos en base al ángulo de los puntos materiales y dulces pueden ser creados. Así que, aunque algún músico o algún cantante de ópera esté actuando en el escenario, se pueden escuchar sonidos en la parte de atrás también igual de bien igual que se escucha en los asientos delanteros.
¿Porqué? Porque ahora los sonidos se pueden redirigir a los asientos traseros, así que así es como se puede usar.
Así que, con esto me gustaría terminar esta conferencia sobre las ventajas y las aplicaciones.
Gracias.