Caratterizzazione Vibro-Acustica dei Materiali

Caratterizzazione dei materiali attraverso misure sperimentali e sviluppo di modelli previsionali

Tecniche di misura
Resistenza al flusso
La resistenza al flusso è una misura della "resistenza" che l'aria incontra al passaggio attraverso un dato materiale.
In accordo alla Norma UNI-EN 29053 un pistone rigido è usato per generare un flusso d'aria alternato a bassa frequenza (2 Hz). Un microfono è utilizzato per misurare il valore rms della pressione sonora.

Porosità
La porosità è definita come il rapporto tra il volume del fluido contenuto nei pori ed il volume totale occupato dal campione. Il metodo di misura si basa sulla legge dei gas perfetti e mira alla determinazione diretta del volume di materiale che costituisce la struttura del materiale.

Tortuosità
La tortuosità è un’importante parametro per la descrizione della complessità del percorso dell’onda acustica all’interno dei materiali. Fisicamente rappresenta la complessità dei pori nel materiale in esame.
Il metodo di misura si basa sulla determinazione del limite ad alta frequenza della velocità di fase.

Assorbimento acustico: metodi per incidenza normale
    Metodo della funzione di trasferimento

In accordo alla Norma EN ISO 10534-2 (2001) questo metodo permette di misurare il coefficiente di assorbimento, l'impedenza superficiale per incidenza normale e il coefficiente di riflessione complesso. L'apparato consiste di un tubo circolare chiuso ad una estremità da un altoparlante e dall’altra mediante un campione del materiale in esame supportato da un fondello rigido.
Dalla misura della pressione sonora in due punti e dal calcolo della funzione di trasferimento è possibile risolvere le equazioni del campo per delle grandezze sopra menzionate.
 

    Metodo del tempo di riverberazione

L'apparato consiste di un tubo a sezione circolare provvisto alle due estremità di due portaprovini mobili. L’altoparlante è collocato all’interno di un box ed è connesso al tubo per mezzo di un tubo di raccordo laterale. La pressione sonora è acquisita per mezzo di un microfono. Dal calcolo del tempo di riverberazione all'interno del tubo è possibile derivare il coefficiente di assorbimento per incidenza normale per singolo campione che per sistemi accoppiati.
 

Assorbimento acustico: metodi "in situ"
    Metodo Adrienne
Questo metodo si basa sulla misura della risposta all'impulso generata per mezzo di un altoparlante e acquisita per mezzo di un microfono posto nelle vicinanze del materiale da testare; le onde diretta e riflessa sono separate per mezzo della tecnica della "sottrazione". Il metodo consente la misura del coefficiente di assorbimento e del coefficiente di riflessione complesso per incidenza obliqua.

    Metodo intensimetrico
Metodo in sviluppo che permette di determinare il coefficiente di assorbimento acustico in condizioni di campo libero e campo diffuso.
E' basato fondamentalmente sulla decomposizione dell'energia incidente e riflessa dal materiale in esame.

Proprietà acustiche complesse: metodo della matrice di trasferimento
La conoscenza delle proprietà caratteristiche complesse di materiali porosi e fibrosi riveste grande importanza nella progettazione di ambienti chiusi. Questo metodo è basato sulla tecnica della matrice di trasferimento, secondo la quale il suono viene prima scomposto in onda incidente, riflessa e trasmessa e successivamente vengono calcolate la pressione e la velocità complessa sulle due superfici del materiale. Da queste quantità viene costruita la funzione di trasferimento ed infine sono calcolate le quantità acustiche complesse.
Tale apparato è anche utilizzato per la misura dei coefficienti complessi di riflessione e trasmissione.

Parametri meccanici di barre omogenee e composte
La procedura sperimentale utilizzata è basata semplicemente sulla misura della risposta in frequenza, dovuta alle onde flessurali, di un accelerometro montato sulla barra eccitata utilizzando un martello strumentato.
Al fine di ottenere i valori dei parametri meccanici della barra omogenea (modulo di Young) e delle strutture sandwich (modulo di Young delle lamine e modulo di deformazione del core) vengono effettuate misure sulle barre con accelerometro e posizione di eccitazione ai due estremi.
Per le strutture omogenee è utilizzata la teoria di Bernoulli-Eulero e la procedura descritta nella norma UNI-EN-ISO-6721.
Per la determinazione dei parametri meccanici delle barre sandwich è   utilizzata  un tecnica inversa basata sulla minimizzazione delle autofrequenze ottenute per mezzo di un modello alle derivate parziali del sesto ordine, rispetto alle frequenze di risonanza misurate sperimentalmente. Le proprietà geometriche e le densità delle strutture sono assunte note.

Modelli di previsione
Differenti modelli semiempirici di previsione sono stati studiati per la previsione delle grandezze acustiche (impedenza caratteristica, costante di propagazione, impedenza superficiale e coefficiente di assorbimento) di materiali fibrosi e porosi. Provini di differenti spessori e densità sono stati testati al fine di trovare per mezzo di tecniche di minimizzazione i coefficienti utilizzati in tali modelli.
Tutti questi modelli sono stati raccolti nel software SAM Predictor.Il software consente peraltro la previsione del comportamento acustico di sistemi multistrato di materiali.