Desarrollo y validación de modelos teóricos de estimación de pérdidas de ondas sonoras para la caracterización y mejora de entornos acústicos

Abstract

Resumen de la tesis: Actualmente, existen numerosas herramientas software de uso profesional capaces de estimar las pérdidas de propagación acústica de escenarios complejos si se dispone de ordenadores de cierta potencia computacional. No obstante, los métodos y herramientas existentes, o bien son incapaces de abordar, de manera eficiente, la estimación de las pérdidas de propagación acústica en entornos heterogéneos (con múltiples obstáculos de diferente forma, altura y localización), o bien el tiempo de cálculo para dicha predicción crece exponencialmente con el número de obstáculos o la frecuencia. El núcleo fundamental de esta tesis lo constituye el desarrollo de un método general, basado en la Teoría Uniforme de la Difracción (UTD), para el análisis de la difracción múltiple de ondas acústicas sobre series de obstáculos con formas, alturas y separaciones entre los mismos arbitrarios, desde un enfoque completamente diferente, haciendo uso de la teoría de grafos, definición de polígonos funiculares y elipsoides de Fresnel. Todo ello con el fin último de considerar sólo los obstáculos y caminos relevantes de un escenario complejo. El método desarrollado proporciona una predicción de la atenuación del sonido rápida y eficiente desde el punto de vista computacional, al mismo tiempo que precisa. Sobre esta base, es posible analizar, en un tiempo aceptable, un gran número de obstáculos (incluidos aquellos vecinos de igual altura) modelados como aristas, cuñas, barreras rectangulares o cilindros, así como otras estructuras poligonales, como por ejemplo en forma de “T” ó “Y”. El desarrollo de esta metodología se ha integrado en una aplicación software (PARDOS, Pérdidas Acústicas por Reflexión y Difracción de la Onda Sonora) que proporciona una interfaz gráfica al usuario sencilla y amigable que pueda ser útil tanto a estudiantes que se inicien en los fenómenos de propagación acústica como a profesionales de este sector, ya que permitirá analizar, diseñar y optimizar, acústicamente, la respuesta de escenarios complejos ante fuentes sonoras. De esta manera, con la aplicación desarrollada, se analizará, por ejemplo, el rendimiento de barreras acústicas para mitigación del ruido del tráfico en un rango de frecuencia extendido. Finalmente, con el fin de ampliar el análisis de la propagación de ondas sonoras en otro tipo de entornos acústicos, esta tesis también comprende el desarrollo de un software (SAILOR, Software for the Acoustic Insertion Loss Rate) para la estimación de las pérdidas de inserción en paneles monocapa o multicapa submarinos, así como una campaña de medidas experimentales encaminadas a validar dicho software. La presente tesis doctoral se encuadra bajo la modalidad de “Compendio de Publicaciones”. A continuación, se refieren los artículos publicados: - D. Pardo-Quiles, J.-V. Rodríguez, R. Lozano-Giménez, L. Juan-Llácer and J. Pascual-García, “On the Influence of Obstacle Modeling in Multiple Diffraction of Acoustic Waves”, Acta Acustica united with Acustica, Vol. 105 (2019) 261 – 264; doi: 10.3813/AAA.919308. - D. Pardo-Quiles and J.-V. Rodríguez, “A Fast UTD-based Method for the Analysis of Multiple Acoustic Diffractions over a Series of Obstacles with Arbitrary Modeling, Height and Spacing”, Symmetry, 12 (654), 1-24 (2020); doi:10.3390/sym12040654. - D. Pardo-Quiles J.-V. Rodríguez, J.-.M. Molina García-Pardo and L. Juan-Llácer, “Traffic Noise Mitigation Using Single and Double Barrier Caps of Different Shapes for an Extended Frequency Range”, Applied Sciences, 2020, 10, 5746; doi:10.3390/app10175746. - D. Pardo-Quiles, J.-V. Rodríguez, G. Romero-Valiente, R. Lozano-Giménez and L. Juan-Llácer, “Theoretical and experimental calculation of underwater acoustic insertion loss of monolithic panels”, Applied Acoustics, 172 (2021) 107608. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2020.107608. - D. Pardo-Quiles, J.-V. Rodríguez, and I. Rodríguez-Rodríguez, “PARDOS: An Educational Software Tool for the Analysis of Sound Propagation”. IEEE Access, Vol. 8, (2020), doi: 10.1109/ACCESS.2020.3033894. Las metodologías desarrolladas e integradas en las aplicaciones mencionadas permiten múltiples líneas de investigación futura para asistir en el diseño, estudio y optimización de escenarios, en el caso de PARDOS, o de materiales, mediante SAILOR, en términos de los requisitos acústicos que sea preciso satisfacer. Todo ello de forma rápida y precisa, sin costosos procesos de fabricación de muestras, o sin tener que disponer de entornos reales en los que medir extensamente con dispositivos calibrados. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/