Sviluppo di una finestra metamateriale con ventilazione e attenuazione acustica ottimizzata

Abstract

La riduzione del rumore è un fattore fondamentale riguardo al comfort abitativo ed all'efficienza architettonica ed ingegneristica. Nella maggior parte dei casi, le persone che occupano gli edifici sono forzate a scegliere tra un ambiente ventilato naturalmente e uno silenzioso. D'altra parte, i metamateriali acustici (AMMs) hanno recentemente trovato interessanti applicazioni nelle condotte di ventilazione coniugando innovazione e sostenibilità. Precedenti studi dell'autrice hanno dimostrato che le finestre basate sui AMMs riescono a coniugare ventilazione naturale e attenuazione del rumore in entrata in modo ergonomico (cioè con una forma ottimizzata per l'utilizzo da parte dell'utente finale); tuttavia, risultava particolarmente scarso l'effetto di attenuazione acustica alle frequenze più basse (50-350 Hz). Questo studio si propone quindi di implementare il modello precedente con una metafinestra acustica ed ergonomica a grandezza naturale (AMW). Il sistema metamateriale viene potenziato raddoppiando il volume di risonanza originale e accoppiandolo con un risonatore che agisce a 3/4 della lunghezza d'onda. Secondo l'analisi parametrica numerica FEM (già validata in precedenti esperimenti) sulla percentuale di apertura dell'AMW (da 3 a 33%) il Transmission Loss (TL) relativo alla finestra è migliorato complessivamente del 70% sull'intervallo di frequenze da 50 a 350 Hz. Tali risultati incoraggiano l'uso di nuove finestre ergonomiche metamateriali al posto di quelle standard per ottenere sia la ventilazione naturale che l'attenuazione del rumore nello spettro principale dell'udito, essendo risorse per applicazioni domestiche, sanitarie e pubbliche. Questo lavoro fa parte della tesi di dottorato dell'autrice condotta tra la Sheffield University (UK) e l'A*STAR – Institute of High Performance Computing (SG), la quale riporta una metodologia multidisciplinare per implementare la tecnologia dei metamateriali acustici (AMMs) nella progettazione di finestre che permettano contemporaneamente l'isolamento acustico e la ventilazione naturale. La tesi di dottorato include i risultati delle indagini in Scienze Sociali e Naturali, Ergonomiche, Numeriche, Analitiche e Sperimentali per sviluppare un prototipo di finestra in scala reale utilizzando i AMMs. La cosiddetta metafinestra acustica (AMW) consente una TL di 10-60 dB su un intervallo di frequenza significativo per l'udito umano (50-5000 Hz) in una configurazione aperta, pur consentendo una ventilazione naturale sufficiente. Inoltre, l'AMW ha dimostrato di avere un impatto positivo sull'ambiente interno dal punto di vista della percezione sia fisica che umana grazie alla sua natura ergonomica e psicoacustica. Questo progetto di dottorato ha aperto un nuovo campo di indagine sui AMMs che non si limita alla riduzione del rumore, ma include anche l'ottimizzazione degli stimoli acustici esterni verso un comfort interno più completo.