Modelado teórico y caracterización experimental de materiales compuestos periódicos para el control del campo acústico

En este trabajo se presentan estudios teoricos e implementaciones experimentales de cristales sonicos y de compuestos periodicos mas generales. Estos consisten en estructuras integradas por unidades multiples que interactuan entre si a traves de un campo acustico externo. Como resultado de esas interacciones estas estructuras (metamateriales acusticos) exhiben propiedades que son poco frecuentes en aquellos materiales presentes en la naturaleza. Dado que la definicion de estas estructuras esta sujeta a una variedad de parametros sus manipulaciones y disenos dan lugar a un vasto espectro de posibilidades, hasta ahora solo parcialmente exploradas. A lo largo de esta tesis se desarrollaran herramientas y metodos apropiados para el estudio de estos sistemas, y se exhibiran resultados logrados experimentalmente a partir de estructuras especialmente disenadas y construidas. Se comprenderan tanto sistemas concebidos para funcionar en condiciones de campo libre como otros cuyos atributos se explotan en la construccion de recintos cerrados. En particular, se mostrara el empleo de algunas de las propiedades de los metamateriales en la fabricacion de cavidades pseudo-1D y -2D a partir de diferentes tipos de redes cristalinas. Por otra parte se exploraran las propiedades de compuestos realizados con unidades elementales de geometrias diferentes de las cilindricas (o circulares) usuales, avanzando hacia la concepcion de metamateriales constituidos por celdas de seccion arbitraria. En estos casos se rompe la simetria continua de rotacion que ofrece la geometria cilindrica, diversificando las posibilidades constructivas y, por lo tanto, de efectos a explorar. Como caso de estudio se caracterizara numerica y experimentalmente un cristal constituido por unidades con seccion en forma de U, por medio de un algoritmo genetico multiobjetivo en conjuncion con metodologia de elementos finitos. Los resultados obtenidos abriran el campo para el estudio de la influencia del desorden en los medios periodicos sobre sus propiedades, habilitando un area de investigacion mas alla de la explorada para los cristales sonicos. Como medio para manipular el campo acustico se considerara asimismo la caracterizacion teorica de los espejos de reversion temporal, y se desarrollaran experimentos y simulaciones numericas con el objeto de demostrar algunas de las propiedades y limitaciones del fenomeno de la reversion en el campo de la acustica. Finalmente se aplicaran los resultados logrados para la obtencion de nuevas posibilidades acusticas en el campo de la musica. Se presentara una nueva concepcion de instrumento musical, que dara lugar a un esquema novedoso de interaccion entre los diferentes actores y partes que hacen a la experiencia performatica musical.