On the control of propagating acoustic waves in sonic crystals: analytical, numerical and optimization techniques

Abstract

El control de las propiedades acústicas de los cristales de sonido (CS) necesita del estudio de la distribución de dispersores en la propia estructura y de las propiedades acústicas intrínsecas de dichos dispersores. En este trabajo se presenta un estudio exhaustivo de diferentes distribuciones, así como el estudio de la mejora de las propiedades acústicas de CS constituidos por dispersores con propiedades absorbentes y/o resonantes. Estos dos procedimientos, tanto independientemente como conjuntamente, introducen posibilidades reales para el control de la propagación de ondas acústicas a través de los CS.

Desde el punto de vista teórico, la propagación de ondas a través de estructuras periódicas y quasiperiódicas se ha analizado mediante los métodos de la dispersión múltiple, de la expansión en ondas planas y de los elementos finitos. En este trabajo se presenta una novedosa extensión del método de la expansión en ondas planas que permite obtener las relaciones complejas de dispersión para los CS. Esta técnica complementa la información obtenida por los métodos clásicos y permite conocer el comportamiento evanescente de los modos en el interior de las bandas de propagación prohibida del CS, así como de los modos localizados alrededor de posibles defectos puntuales en CS.

La necesidad de medidas precisas de las propiedades acústicas de los CS ha provocado el desarrollo de un novedoso sistema tridimensional que sincroniza el movimiento del receptor y la adquisición de señales temporales. Los resultados experimentales obtenidos en este trabajo muestran una gran similitud con los resultados teóricos.

La actuación conjunta de distribuciones de dispersores optimizadas y de las propiedades intrínsecas de éstos, se aplica para la generación de dispositivos que presentan un rango amplio de frecuencias atenuadas. Se presenta una alternativa a las barreras acústicas tradicionales basada en CS donde se puede controlar el paso de ondas a su través.

Los resultados ayudan a entender correctamente el funcionamiento de los CS para la localización de sonido, y para el guiado y filtrado de ondas acústicas.