Developing a method of absorbtion measurement for cylinder geometries with applications to tree bark

Abstract

Denne rapporten er et resultat at et masterprosjekt utført ved NTNU, Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet. Målet ved denne avhandlingen er å bygge en målemetode for absorbenter som kun eksisterer i sylindisk format, og de generelle målestandardene ikke gjelder. Med tenkt applikasjon på bark på trær, er det også et poeng å gjøre målingene uten labratorier, når arbeidet med å få større trær inn i et labmiljø er en påtenkt slitsom og upraktisk opgave.

Valg av metode er ved en to-mirkofons' måling, og dermed bruk av simulering av sylindriske bølger på en sylinder, for å tilnærme omgjøringsfunksjonen fra målingene med et kart av slike fra simuleringer. Dette er gjort for å bestemme impedans, og derfra, finne refleksjon- og absorbsjonsfaktor. Mikrofonkonfigurasjonen er valgt etter et studie av konformelle avbildinger, og med generelle hensyn til at trær ikke er komplette sylindre, og muligheten for at mikrofonene påvirker hverandre, ble til slutt 3 og 8 cm fra sylinderen, på samme akse som sylinder og kilde. Målingene er gjort på fem forskjellige tilfeller, en glatt betongsøyle, den samme søylen med en ekstern absorbent kledd rundt, et tre med bark, dette samme treet med samme absorbent rundt, og til slutt, et fri-felt tilfelle.

Sammenligning av omgjøringsfunksjonene i simuleringene og målingene gir desverre ikke-komatible resultater, da omgjøringsfunksjonen ikke engang tilnærmingsbart faller på samme område i simulering og måling. Dette gjør at den resulterende impedansen, og dermed den følgende refleksjon- og absobsjonsfaktoren, uforståelig.

This report is a result of a master project performed at NTNU, Norwegian University of Science and Technology. The aim of this thesis is to build a method of measurement for absorbers that only exist in cylindrical formats, and for which the common standards for measurements might not apply. With the imagined application being tree bark, there is also a point in making these measurements in situ, as working larger trees into a lab environment is imagined a tiresome and inconvenient task.

The choice of method is by two-microphone measurements and then the usage of a simulation of cylindrical waves onto a cylinder, to match transfer functions from the measurement with a map of such from the simulation. This is done to determine the impedance, and from there on, find reflection and absorption factor. The microphone configuration chosen after a study of the conformal maps, and with general regards taken to trees not being entirely cylindrical and microphones interfering with each other, became then 3 and 8 cm from the cylinder, all on axis between source and cylinder. The measurements are done on five different cases, a smooth concrete column, the same column with an external absorber wrapped around, a tree with bark, the same tree with the same absorber, and finally a free field case.

Comparing the transfer functions of the simulations and the measurements regretfully gives non-compliant results, as the transfer functions does not even remotely fall on the same space in simulation and measurements. This renders the resulting impedance, and thus the derived reflection and absorption coefficient, intelligible.