Caracterización experimental de la focalización en un cristal de sonido 3D

Abstract

En un medio continuo e isótropo, una onda acústica se propaga de manera omnidireccional. Sin embargo, para algunas aplicaciones, puede ser útil restringir la difusión de una señal sonora dentro de un espacio finito. Los cristales de sonido son estructuras periódicas, qué, con ciertos materiales y geometría, presentan propiedades interesantes como las bandas prohibidas (rango de frecuencias no transmitidas a través el cristal) o la focalización del sonido (como las lentes convergentes en óptica). El objeto de este proyecto es hacer un estudio experimental cualitativo completo de la focalización de un nuevo cristal de sonido tridimensional en el rango ultrasónico. Este estudio se basa en las simulaciones efectuadas por los miembros del laboratorio, las cuales nos permiten concentrarnos en una banda de frecuencia estrecha, de 150 a 230 kHz, que corresponde al final de la primera banda del cristal. Después de haber verificado la focalización en esta banda del cristal, determinamos experimentalmente las frecuencias correspondientes al band gap, para poder a continuación, estudiar la influencia de la separación entre el cristal y la fuente de emisión. A fin de obtener resultados los mas fieles posibles y con menos incertidumbres, optimizamos el sistema de medida, haciendo unos experimentos previos (estudio de la alineación, de las reflexiones, etc.). Al final, los resultados del experimento concuerdan con la teoría, la focalización esta demostrada y permiten tener una buena base para posibles trabajos futuros.

In an isotropic and continuous medium, an acoustic wave propagates in an omnidirectional way. However, it should be useful to restrict the diffusion of the sound signal in a finite space, for particular applications. Sound crystals are periodic structures that have interesting properties, depending on their geometry and material, like band-gap (frequency range does not transmit by the crystal), or sound focalisation (as convergent lens in optic). The aim of this project is making a full qualitative experimental study of focalisation for a brand new three-dimensional sound crystal, in the ultrasonic range. This work is based on previous simulations made by the laboratory staff that permit to be concentrated in a limited frequency range, from 150 until 230 kHz, which tally with the end of the first band gap. Once focalisation in this crystal gap checked, we determine experimentally frequencies corresponding to the band gap, and then, we study the influence of the distance between crystal and emission source. In order to get accurate results and reduce uncertainty of measurement, we optimize system of measurement, making previous experiments (crystal alignment, reflexions, etc.). Finally, results of experiment tally with theory, focalisation has been proved and it makes it possible having a great base to possible future work