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Nodo de medida de distancia por ultrasonidos para la red de sensores de un robot humanoide

Orientadora: Profª Drª Paula Rogeria Lima Couto Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Matemática em Rede Nacional. Defesa : Curitiba, 26/02/2016 Inclui referências: p. 72-77 Resumo: O presente trabalho tem como objetivo modelar matematicamente e computacionalmente alguns efeitos sonoros a partir de um som gravado digitalmente, quantificando-o em valores numéricos e transformando esses valores através de funções matemáticas que alterarão o som original. Dentre os efeitos que serão modelados têm-se: a variação de volume sonoro; o envelopamento dinâmico; delays, reverberações e ecos; variação da frequência de um som harmônico associado a uma nota musical; reconstrução sintetizada de um sinal e composição de sons harmônicos. Utiliza-se para tanto implementações computacionais de modelos temporais a partir do processamento digital do sinal sonoro. Este trabalho tem também como objetivo compreender o fenômeno sonoro, relacionando esse fenômeno com a percepção que temos do mesmo, como ele é gerado, como se propaga e como é captado. Estuda-se para isso os diversos parâmetros que permeiam esse fenômeno e como ocorre o processamento digital do sinal sonoro. Como resultado são apresentados vários algoritmos desenvolvidos no Scilab, que exploram uma matemática básica e que representam na prática um sintetizador de áudio. Palavras-chave: Modelagem matemática, ondas sonoras, sintetizador de áudio. . Palavras-chave: Modelagem matemática, ondas sonoras, sintetizador de áudio. Abstract: The following work aims to model mathematically and computationally some effects sounds from a digital recorded sound, quantifying it in numerical values and transforming these through mathematical functions that will change the original sound. Among the effects that will be modeled, there is: a sound volume variation; dynamic envelopment; delays, reverberations and echoes; frequency variation an harmonic sound associated with a musical note; synthesized reconstruction of a signal and composition of harmonic sounds. It is used for this computational implementations of temporal models from processing signal sound. This work also aims to understand the phenomenon of sound, relating this phenomenon to the perception that we have for it, how it is generated, how it propagates and how it is captured. For this study, there is a parameter that permeates this phenomenon, and how the digital processing signal occurs. As results, several algorithms developed are showed in the Scilab, which explore a basic math and which represent audio synthesis. Keywords: Mathematical modeling, sound waves, audio synthesizer.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2015. Recentes avanços no cenário marítimo brasileiro - como a descoberta e exploração do pré-sal e a construção do primeiro submarino nuclear nacional - criaram uma demanda para novas tecnologias nacionais para o mapeamento e monitoramento de ambientes subaquáticos. Esta, no entanto, é uma tarefa custosa, devido principalmente à dificuldade de acesso a esse meio e à grande atenuação de ondas eletromagnéticas (como a luz) na água. As ondas sonoras, por outro lado, mostram-se uma ferramenta apropriada para cumprir esse objetivo. Este trabalho tem como objetivo o estudo de técnicas de processamento de sinais para sonares ativos de mapeamento do substrato. Estão inclusos no escopo deste trabalho: desenvolvimento de um modelo de simulação da propagação sonora em ambiente marinho; desenvolvimento de ferramentas para auxiliar o projeto de dispositivos de sonar; geração de perfis de fundo utilizando sonares de feixe único; geração de mosaicos utilizando sonares de múltiplos feixes; filtragem dedados; e processamento de imagens. Os algoritmos desenvolvidos foram validados através de dados simulados e se mostraram robustos ao recuperar informações de entrada dos modelos. Além disso, uma cuidadosa revisão e definição dos principais conceitos utilizados nessa área de estudos foram feitas, com objetivo de servir de base de dados para trabalhos futuros. Ao final, são ressaltados os principais resultados obtidos e são discutidas formas de utilização dos algoritmos em outros trabalhos, citando algumas ideias para trabalhos futuros. Abstract : The recent progress in the brazilian naval scene - like the discovery and exploitation of the subsalt oil and the building of the first national nuclear submarine - created a demand for new national technologies for monitoring and mapping the underwater environment. However, this is an arduous task due mainly to the difficulty of access to this medium and to the great attenuation of the electromagnetic waves (like the light) in the water. Sound waves, on the other hand, show themselvesa suitable tool to accomplish this goal. The objective of this dissertation is the study of signal processing techniques for active sonars designed for seafloor mapping. The topics of study are: development of an acoustic propagation simulation model for underwater environment; development of tools to assist the designof sonar devices; obtainment of sea floor profiles using single beam sonar; obtainment of sea floor mosaics using multibeam sonar; data filtering; and image processing. Developed algorithms were validated using simulated data and proved to be robustin recovering the incoming information of models. Moreover, acareful review and definition of the main concepts used in this fieldof research was made in order to serve as background information for future works. In the conclusions the main results obtained are highlighted and the means of use the developed algorithms in other works are discussed, mentioning some ideas for future work.

El objetivo de este TFG es la comprobación de la funcionalidad de la fonomiografia en tejido muscular, analizando las señales que estos generar al propinar pequeños impactos en la zona de estudio. El trabajo empezará con la búsqueda de la información necesaria sobre la imagen médica, en concreto la propagación de ondas acústicas por el cuerpo humano y el funcionamiento de la técnica conocida como Motor Imagery. Una vez entendido el concepto, se procederá a la realización de pruebas necesarias, comparando los resultados obtenidos, sacando las conclusiones de esta técnica de imagen médica., The aim of this TFG is the functionality checking of the phonomyography in muscular tissue, the analysis of the signals that will generate when we give small impacts in the study area. The project will begin with the search of the necessary information about the medical image, specifically the propagation of sound by the human body and the functioning of the technology known as Motor Imagery. Once understood the concept, it will proceed to make the necessary testing, comparing the obtained results, extracting the conclusions of this technology of medical image., Grado en Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicación

Tesis de maestría en ciencias especialidad física En la presente tesis se utiliza el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (mejor conocido por FDTD), acrónimo de Finite-Diferences in Time Domain) para analizar los modos normales de cavidades ópticas [1] formadas por fronteras periódicas. Tales fronteras presentan una banda prohibida (BANDGAP) para la transmisión de la luz, lo que utilizamos como espejo para confinarla. Universidad de Sonora. División de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Investigación en Física. 2014.

Tesis Univ. Granada. Programa Oficial de Doctorado en: Ciencias de la Tierra, This study was supported by the following research projects: Spanish National project: CGL2008-01830, CGL2012-31472; Andalusian project: P09-RNM-5100; FPI Spanish National Fellowship: BES-2009-025033; Project grant: #195-2979, #195-2256

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013 Em voo o nível de pressão sonora poder ser tão intenso a ponto de causar fadiga aos tripulantes, falhas de comunicação e desconforto aos passageiros. Os fabricantes de aviões estão cada vez mais preocupados com o nível de ruído gerado por seus equipamentos. Geralmente, as principais fontes de ruído em aviões são: ruído e vibração dos motores, camada limite turbulenta (TBL) e sistemas internos dos aviões (ar condicionado, pressurização...). Considerando essas excitações, alguns estudos foram realizados para caracterizar a resposta vibroacústica da fuselagem. Quando se reduz o nível de ruído gerado pelos principais mecanismos outras fontes, até então menos importantes podem ser ouvidas, como por exemplo, o sistema hidráulico. Os níveis de ruído e vibração gerados por sistemas hidráulicos tem recebido pouca atenção da comunidade acadêmica. Na verdade, as pesquisas mais interessantes estudaram a resposta vibroacústica desses sistemas do ponto de vista de aplicação industrial. Além disso, quando estudado, o sistema hidráulico foi investigado isoladamente de outras estruturas. Medições em voo mostraram níveis de pressão sonora acima do ruído de fundo para algumas frequências específicas. Os picos correspondem à frequência de bombeamento e a primeira harmônica. Resultantes do mecanismo de bombeamento da bomba hidráulica produzem uma pertubação periódica no escoamento do fluido. Nessa tese, um mecanismo de geração e propagação de ruído em sistemas hidráulicos é proposto. Assume-se que flutuações de pressão no fluido produzem ondas de flexão na tubulação que transmite energia vibratória para a estrutura. Esse comportamento é modelado considerando uma tubulação com fluido fixada em uma estrutura através de um isolador de vibrações. A propagação da onda na tubulação é baseada na teoria de Euller-Bernoulli. O isolador de vibrações é primeiro modelado como um sistema mola/amortecedor e depois como uma viga. Diferentes configurações de placas são analisadas, representadas por uma impedância mecânica. Resultados de força transmitida, energia refletida e transferida são analisados.

In digital mobile communication systems, in which signals are transmitted via radio, multipath distortions manifest themselves as a linear intersymbol interference, ISI, because of multiple copies of the same signal arriving at the receiver with different time delays. To combat the effects of ISI, one of the tools used is Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM. OFDM is a modulation technique that employs simultaneously several subcarriers which have been successfully used in both wired communication systems and in radio transmission systems. It has been especially used in the transmission of signals in digital mobile systems with high data rates through a communication channel with multipath, noisy, with severe frequency selective fading, because as one of the most important characteristics of this technique is to have great resistance to ISI and ICI, even in adverse conditions. The objective of this work is to present a comparative study of the behavior of digital communication systems operating with single carrier and multicarrier OFDM in Rayleigh channel, particularly considering the achievements of Doppler shift and multipath. The study is based on simulation, from the perspective of performance, through analysis of bit error rate curves, BER versus Eb=N0. Em sistemas de comunicação digitais móveis, nos quais sinais são transmitidos via rádio, multipercursos provocam distorções lineares que se manifestam como interferência intersimbólica, ISI (do inglês intersymbol interference), em razão de múltiplas cópias de um mesmo sinal chegarem ao receptor com diferentes atrasos temporais. Para combater os efeitos da ISI, uma das ferramentas utilizadas é a multiplexação por divisão em frequências ortogonais, OFDM (do inglês orthogonal frequency division multiplexing). OFDM é uma técnica de modulação de sinais digitais que emprega simultaneamente diversas subportadoras, atualmente usada com grande sucesso tanto em sistemas de comunicação com fio, quanto em sistemas de transmissão via rádio. Ela tem sido especialmente utilizada na transmissão de sinais em sistemas digitais móveis, com altas taxas de dados, através de canal de comunicação com multipercursos, ruidoso, com severo desvanecimento seletivo em frequências, pois uma das mais importantes características desta técnica é ter grande robustez à ISI e a interferências interportadoras, ICI (do inglês Intercarrier Interference), mesmo em condições adversas. Objetiva-se com este trabalho apresentar um estudo comparativo, baseado em simulação, sob a ótica de desempenho, entre sistemas de comunicação digital operando com monoportadora e com multiportadoras/OFDM, mediante análise de curvas de taxa de erro de bits, BER (do inglês bit error ratio) versus Eb/N0. Nesse estudo serão considerados especialmente efeitos de deslocamento Doppler e de multipercursos empregando modelo de Rayleigh para o canal.

O presente trabalho pretende, através de uma abordagem didática, resgatar a íntima ligação entre processos de propagação de ondas no plasma estelar e aquecimento coronal. Using a pedagogical approach, this work aims at rescuing the intimate connection between the processes of wave propagation in plasma and the stellar coronal heating.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2013. Os recentes algoritmos de Separação Cega de Fontes, do inglês Blind Source Separation (BSS), têm mostrado ser efetivos ao gerar em suas saídas Relações Sinal Interferência, do inglês Signal to Interference Ratio (SIR), consideravelmente altas. Porém, este tipo de algoritmo possui alguns desafios. A SIR decai claramente para ângulos de chegada oblíquos a um arranjo de microfones ou quando as fontes estão próximas umas das outras. Este trabalho tenta descobrir o que acontece nestes casos críticos, bem como busca por soluções. As tentativas para a melhoria da qualidade da separação é feita por meio da utilização de informações sobre o posicionamento das fontes do ambiente acústico, mais especificamente, a direção de chegada dos sinais sonoros, e por uma etapa inicial de decorrelação dos sinais de entrada. Além dos problema do decaimento da qualidade da separação em posições não favoráveis para sinais de voz, também a separação de sons silvestres é uma área ainda pouco estudada. Este trabalho também se utiliza de uma ferramenta avançada de separação de sinais sonoros, o TRINICON, para efetuar a separação de cantos de aves. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT The earliest Blind Source Separation (BSS) algorithms have shown to be effective by generating at their outputs considerably high Signal to Interference Ratio (SIR). Though, this type of algorithm has some challenges. The SIR clearly decreases for too low or too high angles of arrival of the impinging waves on a sensor array or when the sources are too close together. This work tries to figure out what occurs in these critical cases and to find solutions as well. The attempts to increase the quality of the separation is made by the insertion of information about the position of the sources, more specifically, the direction of arrival of the source signals, and by a initial step of decorrelation of the input signals. Moreover, besides the problem of the decrease of separation quality at non favorable positions of the sources, separation of wild sounds was also not yet given much attention. This work also uses an advanced technique of sound separation, the TRINICON, in order to perform the separation of bird songs.

Tesis (Ingeniero Constructor) El siguiente proyecto consiste en el estudio de las características acústicas de algunas aulas del edificio R-3 de la universidad Andrés Bello, Campus República. Este análisis se realizará utilizando el software de simulación acústico llamado EASE, programa que permite evaluar los factores más importantes que influyen en la inteligibilidad del habla dentro de las salas educacionales. Así mismo, se estudiará la relación de los índices de inteligibilidad obtenidos con respecto a lo que menciona lo propuesto internacionalmente, y además, se evaluarán monetariamente las soluciones acústicas que permitan llegar a los niveles estándares. Los resultados de esta investigación demuestran el estado acústico de algunas salas del edificio R-3 de a Universidad Andrés Bello, campus República. El resultado es medido en terreno y expresado en Índice de Inteligibilidad, donde actualmente alcanzó niveles “Pobre” o “Malo”, debido principalmente por la gran cantidad de ruido registrado tanto al interior como al exterior y al diseño de las salas. Evaluando el estado acústico de las salas, se simularon, mediante software especializado, situaciones con distintas soluciones pasivas que permiten aumentar los niveles de inteligibilidad, alcanzando niveles “Aceptables” y “Pobres”, los cuales son estimados económicamente y propuestos como una solución al problema acústico específico.

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Comunicações, Esta dissertação tem como objetivo descrever todo o trabalho de pesquisa realizado para a implementação de um modem acústico subaquático de alto débito e baixo consumo. O ambiente subaquático é considerado um meio instável para as comunicações, devido a inúmeros fatores que afetam a propagação das ondas acústicas. Assim, inicialmente, foi necessário realizar um levantamento, a fim de entender como estes fatores podem afetar a comunicação em ambientes subaquáticos, e posteriormente, efetuar um estudo sobre técnicas de modulações digitais usadas neste tipo de sistemas. De seguida, elaborou-se uma pesquisa dos modems acústicos subaquáticos existentes tendo em atenção as suas características e finalidades. Depois de realizar uma pesquisa aprofundada sobre este assunto, foi desenvolvido um modem acústico subaquático recorrendo a vários componentes de Hardware e Software de forma a atingir os objetivos propostos. Inicialmente foi desenvolvido um modem acústico subaquático usando a ferramenta MatLab/Simulink com blocos específicos do Xilinx, para simular e permitir uma análise teórica sobre o seu comportamento. De modo a verificar o funcionamento do modem acústico subaquático foram realizados testes práticos numa piscina com 11 m (metros) de comprimento, 3 m de largura dianteira, 6 m de largura traseira e 1,5 m de profundidade. Com os transdutores, emissor e recetor colocados a 6 m de distância um do outro, foi possível verificar uma taxa de transmissão de 1 Mbps, usando apenas 1.4 W de consumo de energia, atingindo uma taxa de erro de bit (BER) de 3×10-3., This dissertation aims to describe all the study conducted to the implementation of an underwater acoustic modem of high data rate and low consumption. The underwater environment is highly unstable for the communication systems due to numerous factors affecting the acoustic wave’s propagation such as: high attenuation for long distances, low velocity of sound, existence of big diversity of noise, multipath phenomenon and the Doppler Effect. These characteristics imply an extreme difficulty to establish any kind of underwater communication. Therefore, initially, it was necessary to make an exhaustive survey of all researches in this area, in order to understand how these features can affect communication in underwater environment, and posteriorly, elaborate a study about digital modulations technics used in this kind of systems. Then, a research about all the existent acoustic modems was accomplished, taking attention to theirs features and purposes. After an intense research about this matter, it was developed an underwater acoustic modem appealing to several Hardware and Software components, so that it can achieve all the purpose objectives. The first modem created was made using the MatLab/Simulink tool, with specific Xilinx blocks to simulate and allow a theoretical analysis about its behavior. In order to verify the underwater acoustic modem operation, tests were performed in a pool with 11 m length, 3 m wide front, 6 m wide back and 1,5 to 1,8 m depth. With transducers emitter and receiver, placed in a distance 6 m far from one another, it was possible to verify a Data Rate of 1 Mbps, only using 1.4 W of power consumption, reaching a Bit Error Rate (BER) of 3×10-3.

The work presented in this thesis is concerned with the dynamical behavior of a CBandola's acoustical box at low resonances -- Two models consisting of two and three coupled oscillators are proposed in order to analyse the response at the first two and three resonances, respectively -- These models describe the first resonances in a bandola as a combination of the lowest modes of vibration of enclosed air, top and back plates -- Physically, the coupling between these elements is caused by the fluid-structure interaction that gives rise to coupled modes of vibration for the assembled resonance box -- In this sense, the coupling in the models is expressed in terms of the ratio of effective areas and masses of the elements which is an useful parameter to control the coupling -- Numerical models are developed for the analysis of modal coupling which is performed using the Finite Element Method -- First, it is analysed the modal behavior of separate elements: enclosed air, top plate and back plate -- This step is important to identify participating modes in the coupling -- Then, a numerical model of the resonance box is used to compute the coupled modes -- The computation of normal modes of vibration was executed in the frequency range of 0-800Hz -- Although the introduced models of coupled oscillators only predict maximum the first three resonances, they also allow to study qualitatively the coupling between the rest of the computed modes in the range -- Considering that dynamic response of a structure can be described in terms of the modal parameters, this work represents, in a good approach, the basic behavior of a CBandola, although experimental measurements are suggested as further work to verify the obtained results and get more information about some characteristics of the coupled modes, for instance, the phase of vibration of the air mode and the radiation e ciency

Orientadores: Hugo Enrique Hernandez Figueroa, Adriano Mesquita Alencar Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Resumo: No tratamento da Lesão Pulmonar Aguda (LPA) o uso da ventilação mecânica é indispensável, nela ocorre o aumento da elastância pulmonar levando assim ao uso de pressões mais elevadas para que ocorra a ventilação. Nas últimas três décadas tornou-se evidente que a utilização de altas pressões na ventilação mecânica pode aumentar ou iniciar uma lesão pulmonar, denominada Lesão Pulmonar Associada à Ventilação Mecânica, mais conhecida pela sigla VILI do inglês Ventilation Induced Lung Injury. O objetivo deste estudo é utilizar ondas sonoras para a reabertura de vias aéreas colapsadas, evitando-se assim o uso de altas pressões. Para isso foram desenvolvidos três modelos experimentais inéditos utilizando uma configuração (setup), projetada para insuflar animais de pequeno porte (roedores), no intuito de obter medidas de mecânica pulmonar que demonstrem por meio de curvas pressão volume os momentos do recrutamento alveolar. O primeiro avaliou a influência da parede torácica sobre o sistema respiratório por meio de medidas da mecânica ventilatória. No segundo modelo desenvolveu-se uma LPA induzida pelo herbicida Paraquat, no qual se evidenciou o colapso das vias aéreas, e o comportamento das curvas pressão-volume (P-V) obtidas foi corroborado com o descrito na literatura. E o terceiro modelo analisou o comportamento de curvas P-V após a aplicação de ondas sonoras em vias aéreas previamente colapsadas, a fim de verificar a ocorrência de recrutamento alveolar pela presença do som. Os resultados mostraram-se promissores para a continuidade de novos testes Abstract: In the treatment of Acute Lung Injury (ALI) the use of the mechanical ventilation is mandatory; here the increase of pulmonary elastance occurs forcing the use of higher pressures to favor ventilation. In the last three decades it became evident that the use of high pressures in the mechanical ventilation may increase or start a pulmonary injury, so-called Ventilation Induced Lung Injury (VILI). The objective of this study is to use sound waves to promote the aperture of the collapsed airways, avoiding this way the use of high pressures. Three experimental models to be used with a setup designed to insufflate small animals (rodents), have been developed to obtain pulmonary mechanical measurements able to demonstrate through pressure volume (P-V) curves the alveolar recruitment moments. The first one evaluated the influence of the thoracic wall over the respiratory system by means of ventilatory mechanical measurements. In the second model an induced ALI using the herbicide Paraquat was developed, here the airway collapse was demonstrated and the behavior of the obtained pressure-volume curves were corroborated with the one described in the literature. The third model analyzed the behavior of P-V curves following the application of sound waves to previously collapsed airways, with the purpose to verify the occurrence or alveolar recruitment due to the presence of sound. The three models proved to be promising to the continuity of new tests Doutorado Telecomunicações e Telemática Doutora em Engenharia Elétrica

CAPES Este trabalho descreve a caracterização de ondas acústicas flexurais que se propagam em fibras de cristal fotônico, nas quais estão gravadas Redes de Bragg, e que são excitadas com auxílio de um modulador acusto-óptico. Para sua medida foi desenvolvido um sistema óptico interferométrico, que permitiu a detecção das deflexões mecânicas do transdutor piezoelétrico e da fibra. Medidas da frequência e do período permitiram estimar a velocidade de fase das ondas acústicas flexurais. As ressonâncias do transdutor são verificadas até uma frequência de excitação de 1 MHz. Resultados de medidas realizadas em fibras monomodo convencionais também são apresentados, e as velocidades de fase estimadas são comparadas entre os dois tipos de fibra. This work describes the characterization of flexural acoustic waves propagating in Photonic Crystal Fibers with inscribed Bragg gratings, which are excited by means of an acoustic-optic modulator. An interferometric optical system was developed in order to measure the flexural deformations of the piezoelectric transducer and of the fiber. Measurements of the excitation frequency and period allowed the phase velocity estimation of the flexural acoustic waves. The transducer resonances are checked up to an excitation frequency of 1 MHz. Measured values obtained in standard single mode fibers are also presented and the estimated phase velocities between both types of fibers are compared.

Submitted by Joana Lopes Dias (jdias@ubi.pt) on 2014-10-27T15:33:16Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Actividades elementares sobre som e luz.pdf: 6342217 bytes, checksum: 8970fd9ec6bcb7e681a0e42f911a3e2a (MD5) Made available in DSpace on 2014-10-27T15:33:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Actividades elementares sobre som e luz.pdf: 6342217 bytes, checksum: 8970fd9ec6bcb7e681a0e42f911a3e2a (MD5) Previous issue date: 2011

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Instituto de Física, Instituto de Química, 2010. A observação de que a Física Ondulatória, principalmente a que envolve os instrumentos musicais, é pouco trabalhada no ensino médio público e ainda menos na Educação de Jovens e Adultos nos levou a procurar estratégias a fim de auxiliar na mudança deste quadro. Nesta pesquisa, essencialmente qualitativa, utilizamos o auxílio de aparatos tecnológicos como vídeos interativos, a Internet, softwares, gravadores e produtores de sons, e, sobretudo, instrumentos musicais em sala de aula, na implementação de uma estratégia de ensino, embasada na Teoria dos Campos Conceituais de Gerard Vergnaud e na Teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel. A partir da intervenção estruturada sobre estes fundamentos e respeitando as características dos alunos Jovens e Adultos e da estrutura escolar que os atende, obtivemos avanço em termos de aprendizagem, ainda que discreto. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT The observation that the Physics of Waves, especially the one involving musical instruments, is not much worked in the public high school and even less in the Education of Young and Adult led us to seek strategies to help change this situation. In this research, mainly qualitative, we used the aid of technological devices such as interactive video, Internet, software, writers and producers of sound and, above all, musical instruments in the classroom to implement the education strategy, based on the Theory of Conceptual Fields of Gerard Vergnaud and Meaningful Learning Theory of David Ausubel. From the structured intervention on these grounds and respecting the characteristics of youth and adult students and the school structure that meets the obtained improvement in terms of learning, yet discreet.

Dissertação (mestrado)-Universidadede Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Egenharia Elétrica, 2010. O presente trabalho trata do estudo de métodos para a estimação da direção de chegada – DOA (Direction of Arrival) – de uma frente de ondas continuamente. São apresentadas diferentes técnicas para a estimação DOA como: DS, CAPON, MUSIC e SRP-PHAT. Para avaliar o desempenho dos métodos de estimação, são realizadas simulações em diferentes cenários. A fim de validar os resultados através de medições, foi construído um hardware específico composto por um arranjo de microfones para captação de ondas sonoras. Desta forma, além de se avaliar as técnicas em termos de acuracidade, também obtém-se uma estimativa preliminar do tempo de processamento. Como principais contribuições pode-se citar a extensão do SRP-PHAT para o acompanhamento em tempo real de fonte sonora em movimento (DOA tracking). Para validar o algoritmo proposto, utiliza-se o hardware construído neste trabalho. São realizados testes com o hardware e software projetados e apresentados os resultados. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT The present work deals with the study of DOA (Direction of Arrival) continuous estimation methods for a sound wavefront. Different techniques for DOA estimation like DS, CAPON, MUSIC, ESPRIT and SRP-PHAT are presented. In order to evaluate the performance of DOA techniques in a real environment, simulations are performed to study the different methods. For validating results trough real measures, a hardware prototype was developed to capture sound waves through a uniform linear array (ULA) of microphones. In a preliminary way, processing time is also taken in account for real-time implementation. As contributions are the implementation of SRP-PHAT algorithm for real-time DOA tracking in a real environment and the development of hardware and software for it. Different scenarios are tested with the hardware/software developed and results are shown.

Orientador: José Roberto de França Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Duas abordagens para a simulação do campo sonoro produzido por um arranjo esférico de alto-falantes são apresentadas e comparadas a resultados experimentais. Na primeira, modos estruturais obtidos da analise modal experimental da membrana são usados em simulações vibroacusticas por elementos de contorno no software LMS Virtual.Lab®. Na segunda, adota-se uma solução analítica baseada na expansão dos harmônicos esféricos de um padrão de velocidades sobre uma calota esférica. Os resultados são apresentados em termos de potencia sonora e de padrões de diretividade para o arranjo. No primeiro caso, são observadas as mesmas tendências na faixa de baixa freqüência em todas as curvas analisadas, havendo distorções consideráveis na faixa de alta freqüência para a solução analítica devido ao fato desta não incluir os efeitos dos modos estruturais da membrana. Por outro lado, os padrões de diretividade demonstram um alto grau de similaridade em todos os casos analisados e não são fortemente afetados pelos modos estruturais da membrana. As diferenças observadas nos resultados e as amplificações não realistas nas curvas de potencia sonora das simulações são causadas por três fatores principais: modos de cavidade acústica do arranjo esférico, desconsideração do acoplamento acústico entre os alto-falantes durante seus funcionamentos e utilização de um mesmo conjunto de FRFs para todos os alto-falantes. De uma forma geral, pode-se dizer que a simulação usando o modelo de membrana flexível melhora consideravelmente a previsão da potencia sonora na alta freqüência, o que não pode ser obtido com o modelo analítico comumente usado na analise de arranjos esféricos de alto-falantes Abstract: Two approaches for sound field prediction of a spherical loudspeaker array operation are presented and compared to experimental measurements. In the first, real membrane modes from experimental modal analysis are used as input for BEM vibroacoustic simulations using LMS Virtual.Lab® software. In the second, an analytical solution based on the spherical harmonic expansion of an idealized velocity pattern over the spherical array is used. Results are presented in terms of sound power and directivity patterns, showing that the former has the same trend in all comparisons for the low frequency range, and that the analytical solution cannot be used for the high frequency range since it does not include the effect of the flexible membrane modes. Directivity patterns, however, show a good degree of similarity in all cases, and are not strongly affected by the flexible membrane modes. The differences found in the results and the unrealistic amplifications in the sound power curves from the simulations are caused mainly by three factors: acoustic cavity modes of the array, neglecting the acoustic coupling among loudspeakers for the operating condition and utilization of the same set of FRFs for all loudspeakers in the array. In a general way, it can be said that the flexible membrane modeling improves considerably the prediction of radiated sound power in the high frequency range, which cannot be obtained by the analytical model commonly used in the analysis of spherical loudspeaker arrays Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

La Clasificación de Fondos es un método geofísico que permite discriminar los tipos de lechos (sedimentarios o rocosos) de los fondos de cuerpos de agua con base en información obtenida con un emisor-receptor de ondas mecánicas (ecosonda) -- A partir de las características físicas (Frecuencia de emisión, Longitud del pulso, Ganancia, Potencia de emisión) y del tiempo entre emisión-recepción de pulsos individuales, las ecosondas permiten calcular, entre otros parámetros, las profundidades de los fondos y el Eco-Strenght, intensidad de los ecos reflejados -- Los valores de este último parámetro son función de la naturaleza física de los fondos, particularmente de sus rugosidades y durezas -- En este trabajo se ilustra un sistema de clasificación de fondos realizado con base en la información de 105 perfiles batimétricos del Golfo de Urabá, obtenidos con una ecosonda Knudsen 320 B/P emitiendo a una frecuencia de 200 kHz -- A partir de sus valores E1 y E2 (Rugosidad del fondo vs. Dureza del fondo, respectivamente) se diferenciaron en los fondos del Golfo los siguientes cinco tipos de lechos marinos, denominados según la nomenclatura del sistema de clasificación RoxAnn: 1) fondos con cobertura sedimentaria de lodos; 2) fondos con cobertura sedimentaria de limos; 3) fondos con cobertura sedimentaria de arenas finas; 4) fondos con cobertura sedimentaria de arenas gruesas y, 5) fondos rocosos y/o con cobertura sedimentaria de gravas -- Para determinar en el laboratorio si la ecosonda discrimina la naturaleza de los materiales del fondo en función de los índices de dureza y rugosidad, se experimentó con cuatro tipos de materiales, correspondientes a dos tipos de gravas, concreto y platina de acero al carbono -- Los resultados muestran que los materiales menos rugosos y duros (como las gravas) inducen mayor dispersión de las ondas acústicas ultrasónicas

A pesquisa desenvolvida teve por objetivo propor e testar uma metodologia de ensino baseada na utilização de atividades experimentais demonstrativas como forma de contextualizar o ensino de ondas sonoras e contribuir significativamente para o aprendizado. Considerando que a dificuldade para a utilização de atividades experimentais demonstrativas está relacionada à falta de materiais de apoio e orientações que permitam ao professor de ciências, em especial o de Física, utilizar esse tipo de metodologia em suas aulas, elaboramos e construímos dois dispositivos experimentais, com materiais de baixo custo desenvolvendo orientações para sua utilização em atividades demonstrativas dentro da sala de aula, adotando como referencial a teoria de Davi P. Ausubel. Trata-se de um estudo quantitativo – qualitativo. O estudo quantitativo utilizou como instrumento de coleta de dados com pré-teste e pós-teste, aplicados em grupos de controle e experimental, no qual se realizou um estudo estatístico das distribuições amostrais com T de Student. A parte qualitativa buscou analisar as respostas elaboradas pelos estudantes do grupo experimental nos roteiros utilizados e categorias de análise. Os resultados obtidos indicam um ganho significativo a favor do grupo no qual se desenvolveu a atividade experimental demonstrativa. The developed research intended to propose and test a methodology of teaching based on the use of demonstrative experimental activities as a way to contextualize the teaching of sound waves and contribute significantly to the learning of the concepts related to this subject. It has been observed that the main difficulty of using demonstrative experimental activities in school environment is related to the lack of support materials and orientations that allow science teachers, specially Physics teachers, use this kind of methodology in class. Taken into account this remark, we elaborated and constructed, based on the Significative Learning Theory by David P. Ausubel, two experimental dispositives, with cheap materials associated with orientations for their utilization in demonstrative activities in class. Our work made use of a quantitative-qualitative approach. The quantitative part of our study made use of pretests and posttests, applied to control and experimental groups, as instruments of gathering data which were later submitted to a statistical study. The qualitative part intended to analyze the answers elaborated by the experimental group of students and is based in the categorical analysis technique. The obtained results indicate a significative knowledge acquisition in favor of the group which developed demonstrative experimental activity as compared with the control group.

Esta dissertação apresenta os resultados de um projeto de mestrado que teve como objetivo propor e testar uma metodologia de ensino contextualizada para o ensino de ondas sonoras. Trata-se de uma atividade de manipulação de alguns objetos e de observação do próprio corpo no momento em que estão produzindo som. Os alunos foram solicitados a explicar o processo de emissão do som em cada situação proposta. A atividade possibilita a utilização e aplicação dos conceitos físicos sobre ondas e acústica na compreensão do processo de produção do som da voz pelo sistema fonatório. Em nossa pesquisa, analisamos os resultados obtidos fazendo uso de uma metodologia qualitativa. Investigamos nas respostas dadas pelos alunos durante a atividade a ocorrência de modelos explicativos, modelos mentais no sentido de Johnson-Laird, que descrevam a produção do som pelo corpo humano e a evolução destes modelos, em decorrência da realização da atividade. Essa atividade foi elaborada para auxiliar o aluno a construir um modelo explicativo coerente com o modelo consensual (conceitual) para produção do som e da voz. A análise das respostas dos alunos sugere que houve uma evolução no modelo explicativo externado pelos alunos e que a atividade elaborada e contextualizada no corpo humano contribuiu para que a maioria dos alunos investigados reelaborasse um modelo explicativo coerente com o modelo consensual para produção da voz. This dissertation aims to propose and test a methodology for teaching sound waves theory. The methodology is based on objects manipulation and observation of the own body in the moment sound has been produced. Students were asked to explain sound emission process in each given situation. The activity uses the voice production process in order to explore and apply physical concepts of waves and sounds. Hence it can help students better understand physical theory. In this study, the method used to analyze the data was qualitative. We investigated the occurrence of mental models in student’s answers, according to Johnson-Laird, describing sound production by the human body and the evolution of these models. The activities were elaborated in order to help students building an explanatory model consistent with the consensus (conceptual) model for the voice and sound production. The analyses of student’s answers suggest an evolution in the explanatory model declared by them. Furthermore, using the human body in activities contributed to most of the students reelaborate a voice production explanatory model coherent with the voice production consensus model.

En este trabajo se estudia, utilizando una simple y efectiva versión del método de las impedancias, el band gap acústico de un sistema unidimensional localmente periódico constituído por un tubo de sección modulada. Se estudian los modos normales y se calculan los coeficientes de transmisión de una estructura con dos o más períodos de repetición. Se muestra que una elección adecuada de los parámetros del sistema permite obtener bandas pasantes muy selectivas en rangos de frecuencias previamente seleccionados. Se encuentra un muy buen acuerdo entre los resultados teóricos y los resultados experimentales que se obtienen a partir de un dispositivo simple In this work, the acoustic band-gap of a one-dimensional and locally periodic system is studied by using a simple version of the impedance method. The system consists of a duct with modulated section. The normal modes and the transmission coefficients are calculated for a system with two or more repeated structures. It is shown that very selective bands are obtained at specific frequencies after a convenient choice of the periods of repetition. A very good agreement is found between theoretical results and the corresponding experimental ones obtained by using a simple device Fil: Dolinko, Andrés Ezequiel. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina Fil: Gómez, B. J.. Universidad Nacional de Rosario - CONICET. Instituto de Física de Rosario (IFIR). Santa Fe. Argentina Fil: Repetto, C. E.. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina Fil: Stia, C. R.. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina Fil: Welti, R.. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura (UNR-FCEIA). Santa Fe. Argentina

This article analyzes a mathematical model for some aeroelastic oscillators in physiology, based on a previous representation for the vocal folds at phonation. The model characterizes the oscillation as superficial wave propagating through the tissues in the direction of the flow, and consists of a functional differential equation with advanced and delay arguments. The analysis shows that the oscillation occurs at a Hopf bifurcation, at which the energy absorbed from the flow overcomes the energy dissipated in the tissues. The bifurcation value of the flow pressure increases linearly with the tissue damping and the oscillation frequency. Also, it is minimum when the phase delay of the superficial wave to travel along the tissues is π, and increases indefinitely when the delay tends to 0 and to 2π.

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações Desenvolveu-se um sistema de caracterização do comportamento acústico de uma sala numa determinada área a partir de grelhas de respostas impulsionais. Estas grelhas podem provir de modelos matemáticos ou de medições efectuadas com um sistema automático de posicionamento de microfones. Na medição das respostas impulsionais é utilizado o método de Farina (baseado em chirp logarítmico), reconhecidamente o mais eficiente no que toca à supressão da distorção harmónica. É possível analisar cada grelha de respostas impulsionais nos domínios do tempo e da frequência através da aplicação gráfica FortiusVisualizer, desenvolvida em C++ utilizando a biblioteca VTK (Visualization Toolkit). Esta aplicação permite ainda visualizar de forma análoga qualquer parâmetro acústico derivado das respostas impulsionais. A correcta visualização da propagação de ondas sonoras no domínio do tempo implica a sincronização de todas as respostas impulsionais medidas. Desenvolveu-se para este efeito uma técnica original que permite a obtenção de bons resultados utilizando equipamento áudio convencional. Este sistema pode encontrar utilidade a curto prazo em várias aplicações práticas. A ambição a longo prazo é a detecção automática do posicionamento “óptimo” de microfones em sessões de gravação. ABSTRACT: A system was developed to characterise the acoustic behaviour of a room in selected areas based on impulse response grids. These data can be obtained either from mathematical models or experimental measurements carried out with an automatic microphone positioning system. The impulse response measurements use the Farina method (based on logarithmic chirps), acknowledged as the most efficient in suppressing harmonic distortion. The system allows both time and frequency domain analysis to be carried out on the measured impulse response grids, through a C++ graphical application – FortiusVisualizer – developed using the VTK (Visualization Toolkit) library. Likewise, any acoustical parameter derived from the impulse responses can be visualised with the same application. Correct time-domain visualisation of sound wave propagation requires that the measured impulse responses be synchronised. For this purpose, an original technique was developed which ensures good results with only conventional audio equipment. This system can find practical application in the short term in a number of areas. The long-term aim is automatic optimisation of microphone positioning in recording sessions.

Ilustraciones Nuestro punto de partida es el oscilador armónico, considerado como fundamento de todos los procesos ondulatorios. A partir de este elemento simple, construimos redes de osciladores que, en el límite continuo, satisfacen ecuaciones de onda. Nuestro método: el avance constructivo de lo simple a lo complejo; del oscilador armónico a las ondas en medios materiales, guías o fibras ópticas; de la abstracción y generalidad de los modelos matemáticos a la interpretación física y la aplicación concreta. (Texto tomado de la fuente). Incluye apéndices e índice analítico ISBN de la versión impresa 9587015061 Reimpreso en 2008 Primera edición

Orientador: Jose Roberto de França Arruda Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Mestrado

Se trata de un breve resumen sobre el descubrimiento y uso del efecto Doppler en ultrasonografía médica. UCR::Vicerrectoría de Docencia::Salud::Facultad de Medicina::Escuela de Medicina

Orientador: Gilberto Medeiros Kremer Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná Resumo: Ao longo deste trabalho tivemos três objetivos: (i) primeiramente determinamos as equações de Burnett em segunda ordem para um gás único relativístico com base na teoria cinética e no método dos momentos de Grad. Fizemos uma análise detalhada para todos os coeficientes da pressão dinâmica, fluxo de calor e do deviante do tensor pressão, expandindo estes coeficientes para os casos de temperaturas altas e baixas respectivamente. A seguir verificamos que os resultados obtidos para todos os coeficientes, no limite não-relativístico, concordam com os resultados obtidos por Wang Chang e Uhlenbeck; (ii) em seguida determinamos novamente as equações de Burnett relativísticas empregando agora o modelo cinético de Anderson e Witting e comparamos os resultados obtidos para os coeficientes de transporte com o método dos momentos de Grad. O modelo cinético de Anderson e Witting e uma boa aproximação para os resultados encontrados pelo método de Grad no caso ultra-relativístico; (iii) e finalmente, como uma aplicação dos resultados encontrados, fizemos uma análise para a propagação de ondas sonoras para os casos de cinco campos e quatorze campos. A seguir fizemos uma análise gráfica para a velocidade de fase e para a absorção das ondas sonoras analisando os limites não-relativístico e ultra-relativístico. Abstract: In the course of this work we have three objectives: (i) firstly we obtained the relativistic second order Burnett equations for a single-component gas on the basis of kinetic theory and Grad’s moment method. We did a detailed analysis of the coefficients of dynamic pressure, heat flux and pressure deviator, making their expansions for the non-relativistic and ultra-relativistic cases. Then we verified that our results agree with Wang Chang and Uhlenbeck’s results, on the non-relativistic limit; (ii) next, we obtained the relativistic second order Burnett equations for a single-component gas on the basis of the kinetic model of Anderson and Witting and we compared the transport coefficients with results obtained by the Grad’s moment method. The kinetic model of Anderson and Witting is a good approximation for the Grad’s moment method in the ultra-relativistic limit. (iii) finally, as an application of our results, we analysed the propagation of sound in the case of five and fourteen fields. Plots of the phase velocity and absorption of sound are given together with their non-relativistic and ultra-relativistic limits.

Orientadores: Martin Tygel, Lucio Tunes dos Santos Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica Resumo: Para descrever o campo de onda refletido de um único refletor (alvo) em um meio elástico anisotrópico não homogêneo existem duas aproximações integrais muito conhecidas. Estas são a integral de Born que integra sobre as perturbações supostamente pequenas em um volume contendo o refletor e a integral de Kirchhoff que integra o campo especularmente refletido ao longo do refletor. Nesta tese, mostramos que outras aproximações integrais podem ser obtidas a partir destas duas. A integral de Born pode ser transformada numa integral de superfície ao longo do refletor que é chamada de integral de Born-Kirchhoff por exibir características das duas integrais clássicas. Um outra aproximação integral se obtem por substituição do coeficiente de reflexão utilizado na aproximação de Kirchhoff por uma versão que deixa a expressão resultante recíproca. Esta aproximação é chamada de integral de Kirchhoff Recíproca. Todas estas aproximações em integrais de superfície tem a mesma contribuição no ponto de reflexão especular. Assim, a avaliação assintótica de todas elas usando o método de fase estacionária fornece a expressão da teoria de raios. Investigamos estas aproximações numericamente para o caso acústico. Em nossos experimentos numéricos, todas as integrais mencionadas aproximam razoavelmente bem o campo de onda refletido (calculado pelo método de Diferenças Finitas). Porém, a qualidade da aproximação depende do modelo investigado. Também não se pode determinar um método que forneça sempre o melhor resultado. Apesar disso, a aproximação pela integral de Born-Kirchhoff mostrou-se a mais estável, fornecendo em todos os exemplos estudados um resultado de boa qualidade, sendo ou o melhor ou perto do melhor. Além disso, o tempo computacional para este método é (junto com o da aproximação Kirchhoff Recíproca) o mais baixo de todos os métodos sob investigação. Abstract: To describe the reflected wavefield of a single (target) reflector in an elastic anisotropic medium, there exist two well-known integral approximations. These are the Born integral that integrates over supposedly small perturbations within a volume that contains the reflector, and the Kirchhoff integral that integrates over the specularly reflected field along the reflector. In this theses, we show that other integral approximations can be obtained starting from these two. The Born integral can be transformed into a surface integral along the reflector, which is called the Born-Kirchhoff integral since it exhibits characteristics of both the classical integral. Another integral approximation is obtained by substituting the reflection coefficient that is used in the Kirchhoff approximation by another version that turns the resulting integral expression reciprocal. This approximation is called the Reciprocal Kirchhoff integral. All these approximations in the form of surface integrals contain the same contribution at the specular reflection point. Therefore, their asymptotic evaluations using the stationary-phase method yields the ray-theory expression. We numerically investigate these approximations in the acoustic case. In all our numerical experiments, all above integrals approximate the reflected wavefield (as calculated by the Finite Differences method) quite well. However, the quality of the approximation depends on the investigated model. Also, a method that would always provide the best approximation cannot be determined. In spite of that, the Born-Kirchhoff integral proved to be the most stable approximation that yielded in all studied examples a result of good quality, either the best one or close to the best one. Moreover, the computation time for this method is (together with that for the Reciprocal Kirchhoff approximation) the smallest one of all methods under investigation. Doutorado Doutor em Matemática Aplicada

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico Análise dos conceitos que regem a propagação de potência em componentes estruturais tipo barras e vigas, essenciais na identificação de fontes de energia e dos principais caminhos de propagação. É apresentada uma formulação baseada nos conceitos de reciprocidade, que permite a determinação do fluxo de potência em componentes acoplados considerando a união como rígida e flexível. Os resultados analíticos são comparados aos obtidos experimentalmente através do método da intensidade estrutural.

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O presente trabalho pretende, através de uma abordagem didática, resgatar a íntima ligação entre processos de propagação de ondas no plasma estelar e aquecimento coronal.