Tubo Kundt
O tubo de Kundt ou onda estacionária do dispositivo , com o nome do seu inventor agosto Kundt , é um dispositivo experimental para a demonstração de som ondas estacionárias em um tubo cheio com ar.
Medição do coeficiente de absorção de energia sonora de um material
Além de seu valor educacional, o tubo de Kundt permite por exemplo a posição de medição de incidência normal de coeficiente de absorção de energia. Materiais acústicos porosos ( espumas ) ou fibrosos ( lã de vidro , feltro , enchimento, etc.) são bons absorvedores de som.
Princípio
O princípio do tubo de Kundt ou princípio da onda estacionária é o seguinte. O tubo é fechado em uma das extremidades por um suporte para tubos de ensaio. O corpo de prova (homogêneo, isotrópico) de material absorvente é cilíndrico e de espessura finita e. Na outra extremidade, um alto - falante alimentado por um gerador de baixa frequência emite uma onda sonora de frequência pura (onda incidente) que é refletida pelo porta-espécime. Ao passar pelo corpo de prova, a onda perde amplitude (transformação de energia por absorção). A onda refletida também está fora de fase (devido ao atraso) com a onda incidente. As ondas refletidas e incidentes se combinam para formar uma onda estacionária.
Observação: a amostra pode ser movida para longe da parte inferior do suporte da amostra.
Frequência mínima e máxima de uso do tubo
As dimensões do tubo (comprimento L e diâmetro interno D) determinam uma faixa de frequência de ondas planas. Exemplos: (para uma velocidade do som no ar igual a 340 m / s)
- L = 1 m; D = 0,1 m (tubo grande) ⇒ 85 <f <1700 Hz;
- L = 0,34 m; D = 0,034 m (tubo pequeno) ⇒ 250 <f <5.000 Hz.
A frequência máxima (por exemplo, 1700 Hz para o tubo grande) é chamada de frequência de corte da propagação da onda plana.
Medida de
Uma sonda de microfone , conectada a um carrinho móvel, é posicionada no tubo. O microfone capta a onda sonora (supostamente plana) e suas vibrações são visualizadas em um osciloscópio (ou espectrômetro) na saída. Localiza-se medindo os máximos (sonda em uma barriga de pressão) e os mínimos de pressão (sonda em um nó de pressão) da onda estacionária. O coeficiente de absorção do corpo de prova é deduzido da relação entre essas duas pressões.
A medição é lenta porque é necessário proceder freqüência por freqüência (leva mais de uma dúzia de freqüências para cada amostra).
Em regime sinusoidal :
com: coeficiente de reflexão ( número complexo ); amplitude da onda refletida; amplitude da onda incidente.
Ordens de magnitude em função da frequência
está entre ~ 0 (reflexão total, meio não absorvente) e ~ 1.
| Material | 125 Hz | 250 Hz | 500 Hz | 1000 Hz | 2000 Hz |
| Vidro (e = 3 mm) | 0,25 | 0,15 | 0,08 | 0,06 | 0,04 |
| Cortinas pesadas | 0,2 | 0,3 | 0,5 | 0,55 | 0,6 |
| Lã mineral (e = 25 mm) | 0,2 | 0,7 | 0,8 | 0.9 | 0.9 |
De acordo com uma lei geral, as ondas sonoras de alta freqüência são facilmente absorvidas .
Os materiais mais utilizados para reduzir os níveis de ruído por absorção de passivos não seletivos são a lã de vidro , a lã de rocha ou a lã de aço (emprego no silencioso , por exemplo).
Formulários
O ensaio de tubo de Kundt em incidência normal permite determinar a velocidade de propagação do som no ar, em meio gasoso ou em amostra de material, bem como as características desse material como o coeficiente de absorção de energia . Acústica , a característica ( ou específica) impedância (correspondendo a uma espessura infinita de material) ou o número de onda em função da frequência f.
Tubo de impedância
Ele representa a nova geração do tubo Kundt. Um tubo de medição de impedância está equipado com dois microfones fixos . Ele é conectado a um analisador de espectro multicanal FFT , ele próprio conectado a um computador.
Princípio
Em uma extremidade do tubo, um alto-falante gera um sinal do tipo ruído branco . A onda sonora incidente é refletida pelo tubo de ensaio na outra extremidade, formando uma onda estacionária. Este sinal estacionário é dividido em sua parte incidente e sua parte refletida pelo método de dois microfones.
O coeficiente de reflexão (portanto absorção) é calculado a partir das funções de transferência do sinal, sua parte incidente e sua parte refletida.
O campo de aplicação é idêntico ao método do tubo de Kundt.
Calibração e medição
Antes de realizar uma medição, é realizada uma calibração que permite eliminar as diferenças de fase e sensibilidade entre os dois microfones.
Notas
- A medição de não requer proceder às frequências naturais do tubo (frequência das ondas estacionárias), mas sim anotar as grandezas relevantes para várias frequências.
- espaço nos parece mais silencioso em solo nevado porque a neve, um material de alta porosidade (contém grande quantidade de ar), absorve parte da onda sonora. A reflexão do solo é muito fraco, percebe-se praticamente única a onda direta emitida pela fonte.