Ventanas Novel bloquean el ruido, pero dejan entrar el aire fresco

Hay pocas cosas mejor que relajarse junto a la casa en un día de verano caliente, cuya céfiro perfumado hablar de islas picantes y bosques cielo de respiración. * Al menos, hasta que los vecinos comienzan sus sopladores de hojas y la ciudad tiene que romper las aceras . La contaminación acústica es uno de los flagelos de la vida urbana y suburbana, que puede ahogar a las melodías de la naturaleza para causar molestias, el estrés y la pérdida de audición. Ahora, sin embargo, un equipo de ingenieros de Corea del Sur ha inventado una extraordinaria ventana que permite que el aire mientras se mantiene en una gran cantidad de ruido.En pocas palabras, el ruido es cualquier sonido que uno no quiere escuchar.Medido en decibelios (un aumento de 10 dB en sonido corresponde a un aumento de diez veces en la presión del sonido y la energía, con 0 dB el umbral auditivo humano), un hermoso campo con sólo sonidos naturales tiene un nivel de sonido en la gama de 10 a 20 dB. En una habitación que tiene niveles de ruido superiores a 45 dB, la mayoría de las personas experimentarán considerables dificultades para conciliar el sueño y permanecer dormido.

A una distancia de 50 pies (15 m), las hojas de irregularidades se mencionó anteriormente que los niveles de ruido en el rango de 70 a 75 dB, y los martillos neumáticos rompiendo las aceras fuera de registro en unos 90 dB dentro de su casa. La mayoría de nosotros respondemos por el cierre de las ventanas y puertas, la sensación de que la colocación de una congestión nasal, cerrado en sensación es mejor que soportar los ruidos de un entorno urbano o suburbano.

Ahora alternativa está apareciendo. Un uso inteligente de los metamateriales acústicos por el profesor Sang-Hoon Kim, de la Universidad Marítima Mokpo Nacional y Profesor Seong-Hyun Lee, del Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales en Corea del Sur permitirá el diseño y la construcción de ventanas que permiten el paso del aire, pero reducir el ruido ambiental en aproximadamente 35 dB, dependiendo de la frecuencia del sonido externo. Este nivel de reducción de sonido es de aproximadamente cinco dB mejor que la de una ventana estándar de vinilo de doble panel.

Los metamateriales se componen de patrones de estructuras resonantes a nivel local. Kim y Lee han descubierto cómo construir un metamaterial de bloqueo de sonido que tiene trayectorias continuas para permitir el paso del aire mediante el uso de resonadores de Helmholtz. Si alguna vez has escuchado una banda de jarro, o simplemente sopla aire a través de la parte superior de una botella de refresco para hacer un silbato, usted sabe sobre resonadores de Helmholtz. Más en general, se componen de un volumen limitado de aire que se puede acceder desde el exterior por un cuello o un pequeño agujero.
Los resonadores particulares usados ​​para la ventana de silencio son llamados resonadores de difracción. Estos son cajas huecas de medición 6 x 6 x 1,6 pulgadas (15 x 15 x 4 cm) que están hechos de acrílico que es 0,2 en (5 mm) de espesor. Hay dos conjuntos de tres diseños de resonador de difracción, un conjunto que tiene un agujero central de aire 0,8 pulgadas (2 cm) de diámetro, y el otro juego con un agujero de aire de 2 pulgadas (5 cm). Cada conjunto tiene diferentes divisores internos que rompen el espacio de aire interior en uno, dos, o cuatro volúmenes de igual tamaño.Los separadores sirven para cambiar las frecuencias de resonancia de manera que una banda de frecuencia más amplia puede ser silenciada. En todos los casos, un filtro de aire cilíndrico se inserta a través del orificio de ventilación contra el habitual silbato resonador de Helmholtz.

¿Por qué los resonadores difracción pasar el aire pero no suena? Una parte de la respuesta es que cuando el sonido pasa a través de los agujeros de aire, las ondas sonoras son fuertemente difractada en todo el volumen de la difracción resonador, de modo que muy poco del sonido puede pasar directamente a través de los agujeros de aire.

La otra parte de la respuesta es que los resonadores de difracción causar que el aire tiene compresibilidad negativa sobre una banda de frecuencia bastante amplia. Ondas de sonido normales en el aire se componen de una serie de comprimidos y regiones expandidas. La energía del aire comprimido impulsa que el material se expanda, y viceversa. Sin embargo, cuando la compresibilidad es negativa, el aire comprimido es menos denso que el aire a presión más baja. Como resultado, el aire comprimido no se expande, que es el mecanismo que normalmente permite a las ondas sonoras para viajar a través de materiales. En cambio, las ondas sonoras son fuertemente atenuadas a medida que viajan a través de un material con capacidad de compresión negativa.

La combinación de estos dos efectos define una banda de frecuencia dentro de la cual sonido que pasa a través de la ventana es fuertemente atenuada.

Prototipo ventanas se hicieron mediante la combinación de los resonadores de difracción en un espesor de tres capas, cuatro resonadores de ancho y tres resonadores alta, midiendo 24 x 18 x 5 en (61 x 46 x 13 cm) de espesor.Una ventana se hizo de resonadores con el 0,8-en los agujeros de aire, y el otro con 2-en los agujeros de aire. Como se muestra en la figura anterior, las capas tenían uno, dos o cuatro cámaras de resonancia por el agujero de aire para tratar de lograr la atenuación del sonido en un amplio intervalo de frecuencias.

Los resultados de las pruebas mostraron que la ventana con el 0,8-en los agujeros de aire reduce la transmisión del sonido en más de 30 dB a frecuencias de 200 a casi 5.000 Hz, con más de 20 dB de atenuación, incluso a frecuencias muy bajas. La ventana con 2-en los agujeros de aire se pretende como un compromiso entre la atenuación del sonido y el paso de aire. Esta ventana produce atenuación similar a la de la 0,8-en la ventana de frecuencias entre aproximadamente 700 y 2000 Hz, con una atenuación superior a 15 dB para las frecuencias de 600 Hz y 5000.

Las ventanas de prueba pretenden representar la prueba de principio, ya que el máximo rendimiento se puede mejorar en muchas direcciones.Muchas de las propiedades generales se puede mejorar mediante la introducción de las estructuras internas más complejas. El espesor de la ventana se puede reducir haciendo que el aire que pasa a través de la ventana para seguir una trayectoria curva, que también se puede utilizar para obtener aumento de la atenuación del sonido junto con un mayor flujo de aire. Además, la forma y el tamaño de los resonadores de difracción no están actualmente óptima, y ​​pueden mejorarse para dar más favorable tamaño de la ventana y el rendimiento.

Los investigadores han demostrado el potencial de sus ventanas para cambiar las condiciones de vida urbana / suburbana para mejor. Las ventanas silenciosas tienen principios y estructura bastante simple que no necesita mucho tiempo antes de que lleguen al mercado - y mis ventanas.
* Disculpas a Percy Shelley Fuente: arXiv (PDF)