Comptes Rendus
Self-demodulation acoustic signatures for nonlinear propagation in glass beads
Comptes Rendus. Mécanique, Volume 331 (2003) no. 2, pp. 119-125.

The present Note describes some experimental work related to the nonlinear propagation of acoustic waves in granular media such as unconsolidated glass beads. The studied nonlinear effect is a self-demodulation process performed with the operation of the so-called parametric transmitting antenna. The pump (or carrier) wave is generated by a high power ultrasonic broad-band transducer (100 kHz central frequency) which is LF (low frequency, i.e., a few kHz) amplitude modulated. As the attenuation of acoustic waves increases with frequency, only the LF demodulated wave can be transmitted. A parametric study is performed where the HF central frequency is monitored between 60 and 300 kHz. The LF demodulation profile versus the HF frequency is modified, its shape being temporally derived almost twice. A numerical analysis of the order of temporal derivation is done in the Fourier domain, its value varying from 1.25 to 2.7. Qualitative agreement with current theoretical models is described, and an advanced theoretical analysis by the same authors [Phys. Rev. E 66 (2002) 041303], taking into account absorption, nonlinearity, dispersion and scattering, is briefly discussed.

La présente Note décrit un travail expérimental relatif à la propagation non linéaire d'ondes acoustiques dans des matériaux granulaires tels que des billes de verre non consolidées. Un transducteur ultrasonore large bande ayant une fréquence centrale de 100 kHz génère une onde de pompage (ou onde de transport) dont l'amplitude est modulée à basse fréquence (BF, autour de quelques kHz). L'atténuation des ondes acoustiques augmentant avec la fréquence, seule l'onde démodulée qui est basse fréquence peut être transmise sur l'épaisseur du milieu granulaire. Une étude paramétrique est ainsi menée où la fréquence de l'onde de pompage varie entre 60 et 300 kHz. Le profil du signal de démodulation BF en est modifié, son allure étant dérivée temporellement presque deux fois puis intégrée. Une analyse numérique de l'ordre de dérivation du signal est effectuée dans l'espace de Fourier, sa valeur variant de 1,25 à 2,7. Un accord qualitatif avec les modèles théoriques récents est décrit, et une analyse théorique approfondie par les mêmes auteurs [Phys. Rev. E 66 (2002) 041303], qui prend en compte l'absorption, la non linéarité, la dispersion et la diffusion, est brièvement discutée.

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DOI: 10.1016/S1631-0721(02)00007-4
Keywords: Acoustics, Granular materials, Demodulation process, Ballistic and diffusive regime, Temporal derivative of the LF wave shape
Mot clés : Acoustique, Matériaux granulaires, Processus de démodulation, Régime balistique et de diffusion, Dérivation temporelle du profil de l'onde BF

Vincent Tournat 1; Bernard Castagnède 1; Vitalyi Gusev 2; Philippe Béquin 1

1 Laboratoire d'acoustique, UMR CNRS 6613, Université du Maine, av. Olivier Messiaen, 72085 Le Mans cedex 9, France
2 Laboratoire de physique de l'état condensé, UMR CNRS 6087, Université du Maine, av. Olivier Messiaen, 72085 Le Mans cedex 9, France
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Vincent Tournat; Bernard Castagnède; Vitalyi Gusev; Philippe Béquin. Self-demodulation acoustic signatures for nonlinear propagation in glass beads. Comptes Rendus. Mécanique, Volume 331 (2003) no. 2, pp. 119-125. doi : 10.1016/S1631-0721(02)00007-4. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/mecanique/articles/10.1016/S1631-0721(02)00007-4/

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