La finestra ridisegnata interrompe il suono ma non l'aria, affermano gli scienziati dei materiali

L'inquinamento acustico è uno degli spauracchi della vita moderna. Il rumore di macchinari, motori, vicini e simili può influenzare seriamente la nostra qualità della vita e quella delle altre creature che condividono questo pianeta.

Ma isolare dal suono è un'attività difficile e costosa. L'insonorizzazione funziona generalmente secondo il principio del trasferimento del suono dall'aria in un altro mezzo che lo assorbe e lo attenua.

Quindi l'idea di creare una barriera che assorbe il suono lasciando libero il passaggio dell'aria sembra, a prima vista, del tutto impossibile. Ma questo è esattamente ciò che Sang-Hoon Kima della Mokpo National Maritime University in Corea del Sud e Seong-Hyun Lee del Korea Institute of Machinery and Materials hanno ottenuto.

Questi ragazzi hanno escogitato un modo per separare il suono dall'aria in cui viaggia e quindi attenuarlo. Ciò ha permesso loro di costruire una finestra che consente il flusso dell'aria ma non il suono.

Il design è relativamente semplice e si basa su due fenomeni acustici esotici. Il primo è creare un materiale con un modulo di massa negativo.

Il modulo di massa di un materiale è essenzialmente la sua resistenza alla compressione e questo è un fattore importante nel determinare la velocità con cui il suono si muove attraverso di esso. Un materiale con un modulo di volume negativo attenua esponenzialmente qualsiasi suono che lo attraversa.

Tuttavia, è difficile immaginare un materiale solido con un modulo di massa negativo, ed è qui che torna utile un po' di design intelligente.

L'idea di Kima e Lee è quella di progettare una camera di risonanza sonora in cui le forze risonanti si oppongono a qualsiasi compressione. Con un'attenta progettazione, questo porta a un modulo di massa negativo per un certo intervallo di frequenze.

La loro camera di risonanza è in realtà molto semplice: consiste di due lastre parallele di plastica acrilica trasparente di circa 150 millimetri quadrati e separate da 40 millimetri, un po' come una sezione di doppi vetri delle dimensioni di un libro tascabile.

Questa camera è progettata per garantire che qualsiasi suono che risuona al suo interno agisca contro il modo in cui lo stesso suono comprime la camera. Quando ciò accade, il modulo di massa dell'intera camera è negativo.

Un fattore importante in questo è l'efficienza con cui il suono può entrare nella camera e qui Kima e Lee hanno un altro trucco. Per massimizzare questa efficienza, praticano un foro di 50 millimetri attraverso ogni pezzo di acrilico. Questo agisce come un elemento di diffrazione causando una forte diffrazione di qualsiasi suono che colpisce la camera.

Il risultato è una finestra in vetrocamera con modulo di ingombro negativo che attenua fortemente il rumore che la colpisce.

Kima e Lee usano la loro unità di doppi vetri come elemento costitutivo per creare finestre più grandi. Nei test con un muro di blocchi 3x4x3, dicono che la loro finestra riduce i livelli sonori di 20-35 decibel su una gamma sonora da 700 Hz a 2.200 Hz. Questa è una riduzione significativa.

E utilizzando blocchi aggiuntivi con fori più piccoli, possono estendere questa gamma per coprire le frequenze più basse.

La cosa utile di queste finestre è che i fori attraverso di esse consentono anche il libero flusso d'aria, fornendo anche un'ampia ventilazione.

Le applicazioni sono molte. La modifica della dimensione dei fori rende le finestre sintonizzabili in modo da escludere solo determinate frequenze, i nuovi design hanno alcune applicazioni interessanti.

Ad esempio, se ci troviamo in un'area combinata di suoni delle onde del mare a bassa frequenza e rumori di macchine che funzionano ad alta frequenza, possiamo sentire solo i suoni delle onde del mare con aria fresca, dicono Kima e Lee.

Inoltre, dicono che la stessa idea dovrebbe funzionare anche in acqua, il che potrebbe aiutare in applicazioni come la protezione degli animali marini dall'inquinamento acustico.

Un'idea intelligente che affronta uno dei problemi sempre più comuni dell'abitare moderno.

Rif: arxiv.org/abs/1307.0301 : Finestra insonorizzata trasparente all'aria

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