Un basso

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 19034 (2022) Citare questo articolo

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È difficile isolare la trasmissione del suono nelle bande di bassa frequenza senza bloccare il flusso d’aria in un tubo. In questo lavoro, viene creato un piccolo e leggero isolante acustico cubico a base di membrana per bloccare le onde acustiche in più bande di bassa frequenza da 200 a 800 Hz nei tubi. Grazie alle distinte modalità di vibrazione delle facce a membrana dell'isolante e alla coazione delle onde acustiche che si trasmettono lungo percorsi diversi, si ottiene un'ampia attenuazione del suono in più bande di frequenza e la perdita di trasmissione massima raggiunge 25 dB. Inoltre, poiché l'isolante acustico con una dimensione sub-lunghezza d'onda profonda è inferiore all'area della sezione trasversale del tubo, non blocca la ventilazione lungo il tubo.

Bloccare la trasmissione del suono a bassa frequenza rimane una questione impegnativa in acustica perché un isolante acustico disponibile a basse frequenze richiede grandi dimensioni e/o una grande massa secondo la legge di massa ben consolidata1. Sebbene isolanti acustici di grandi dimensioni siano stati applicati nell'industria2, è necessario miniaturizzare gli isolatori che lavorano a basse frequenze per estendere i campi di applicazione. Un metodo alternativo si basa sul controllo attivo del rumore3, che non necessita di un isolante acustico grande o pesante, mentre sono inevitabili dispositivi complessi e costosi. In questi anni furono presentate diverse strutture artificiali4,5,6,7,8,9,10,11 per l'isolamento acustico che mostrarono prestazioni straordinarie non ottenibili con materiali naturali o dispositivi acustici tradizionali. Pertanto, sulla base di queste strutture sono stati presentati metodi distinti per l'isolamento acustico.

Lo scattering di Bragg5 e la risonanza locale7 sono considerati i meccanismi di attenuazione del suono nelle strutture artificiali, in cui gli isolanti acustici basati sulla risonanza locale sono più ampiamente studiati a causa dei piccoli ingombri e delle strutture varie. Membrane e/o piastre venivano spesso adottate negli isolanti acustici a risonanza perché la frequenza di risonanza di una membrana o piastra poteva essere facilmente diminuita diminuendone l'elasticità e, quindi, l'attenuazione del suono alle basse frequenze veniva ottenuta utilizzando un isolante con un ingombro ridotto e peso6,8,9.

È stato presentato che una membrana o una piastra fornisce una densità dinamica negativa in prossimità della frequenza di risonanza, che potrebbe essere utilizzata per bloccare la trasmissione delle onde acustiche10,12,13. Inoltre, attaccando una massa extra su una membrana si sono modificate le frequenze di risonanza e le modalità di vibrazione, migliorando l'attenuazione del suono14,15,16,17. Pertanto, le strutture a membrana e a piastra sono state utilizzate per bloccare il suono negli spazi aperti14,16 e nei tubi18,19,20,21,22,23,24, e hanno mostrato potenziali applicazioni nei sistemi HVAC (Heating, Ventilating and Air sistemi di condizionamento).

Sebbene sia stata ottenuta un'elevata attenuazione del suono, gli isolanti acustici con strutture sigillate non erano disponibili in un pratico sistema HVAC perché bloccano completamente il flusso d'aria lungo il tubo. Sono stati quindi studiati isolanti con strutture aperte, che ostacolassero le onde acustiche e non bloccassero la ventilazione. Le strutture laterali sono state inizialmente utilizzate per isolare la trasmissione del suono lungo un tubo per la ventilazione, mentre la parete del tubo deve essere aperta quando si installano gli isolanti acustici25,26. Inoltre, sulla parete interna di un tubo sono stati installati più risonatori Fabry-Perot piegati per produrre l'attenuazione del suono alla frequenza di risonanza27. Quindi, per ridurre l'ingombro dell'isolante acustico, sono state adottate strutture ad avvolgimento spaziale28,29 e elicoidali30,31. Questi isolanti acustici producono un'attenuazione all'interno di una stretta banda di frequenza situata alla frequenza di risonanza della struttura. Nel frattempo, sono state sviluppate anche strutture a membrana per realizzare contemporaneamente l'attenuazione del suono e la ventilazione dell'aria. Una membrana con strisce attaccate è stata utilizzata per sostituire una parte della parete di un tubo, che produce isolamento acustico alle frequenze di risonanza di modi distinti32. Sulla base dell'interazione del campo di risonanza di quattro membrane decorate con il campo sonoro continuo che passa attraverso un grande orifizio, è stato creato un filtro acustico a bassa frequenza e a banda stretta33. Quindi, il perfetto assorbimento ad una frequenza inferiore a 500 Hz è stato ottenuto utilizzando la risonanza accoppiata di un risonatore a membrana e una membrana decorata23.