La ventana rediseñada detiene el sonido pero no el aire, dicen los científicos de materiales

La contaminación acústica es uno de los problemas de la vida moderna. El sonido de maquinaria, motores, vecinos y similares puede afectar seriamente nuestra calidad de vida y la de las demás criaturas que comparten este planeta.

Pero aislar contra el sonido es un negocio difícil y costoso. La insonorización generalmente funciona según el principio de transferir el sonido del aire a otro medio que lo absorbe y lo atenúa.

Por tanto, la idea de crear una barrera que absorba el sonido al tiempo que permita el paso del aire parece, a primera vista, completamente imposible. Pero eso es exactamente lo que han logrado Sang-Hoon Kima en la Universidad Marítima Nacional Mokpo en Corea del Sur y Seong-Hyun Lee en el Instituto Coreano de Maquinaria y Materiales.

Estos tipos han ideado una forma de separar el sonido del aire en el que viaja y luego atenuarlo. Esto les ha permitido construir una ventana que permite que el aire fluya pero no suene.

El diseño es relativamente simple y se basa en dos fenómenos acústicos exóticos. El primero es crear un material con un módulo de volumen negativo.

El módulo de volumen de un material es esencialmente su resistencia a la compresión y este es un factor importante para determinar la velocidad a la que el sonido se mueve a través de él. Un material con un módulo de volumen negativo atenúa exponencialmente cualquier sonido que lo atraviese.

Sin embargo, es difícil imaginar que un material sólido tenga un módulo de volumen negativo, que es donde resulta útil un poco de diseño inteligente.

La idea de Kima y Lee es diseñar una cámara de resonancia de sonido en la que las fuerzas resonantes se opongan a cualquier compresión. Con un diseño cuidadoso, esto conduce a un módulo de volumen negativo para un cierto rango de frecuencias.

Su cámara de resonancia es realmente muy simple: consta de dos placas paralelas de plástico acrílico transparente de unos 150 milímetros cuadrados y separadas por 40 milímetros, como una sección de doble acristalamiento del tamaño de un libro de bolsillo.

Esta cámara está diseñada para garantizar que cualquier sonido que resuene en su interior actúe en contra de la forma en que el mismo sonido comprime la cámara. Cuando esto sucede, el módulo de volumen de toda la cámara es negativo.

Un factor importante en esto es la eficiencia con la que el sonido puede ingresar a la cámara y aquí Kima y Lee tienen otro truco. Para maximizar esta eficiencia, perforan un orificio de 50 milímetros a través de cada pieza de acrílico. Esto actúa como un elemento de difracción que hace que cualquier sonido que golpee la cámara se difracte fuertemente en ella.

El resultado es una ventana de doble acristalamiento con un módulo de volumen negativo que atenúa fuertemente el sonido que la golpea.

Kima y Lee usan su unidad de doble acristalamiento como un bloque de construcción para crear ventanas más grandes. En pruebas con una pared de bloques de construcción de 3x4x3, dicen que su ventana reduce los niveles de sonido en 20-35 decibeles en un rango de sonido de 700 Hz a 2200 Hz. Esa es una reducción significativa.

Y al usar bloques de construcción adicionales con orificios más pequeños, pueden extender este rango para cubrir frecuencias más bajas.

Lo que es útil acerca de estas ventanas es que los orificios a través de ellas también permiten el libre flujo de aire, lo que también proporciona una amplia ventilación.

Las aplicaciones son muchas. Cambiar el tamaño de los orificios hace que las ventanas se puedan sintonizar, por lo que filtran solo ciertas frecuencias, los nuevos diseños tienen algunas aplicaciones interesantes.

Por ejemplo, si estamos en un área combinada de sonidos de olas marinas de baja frecuencia y ruidos de una máquina que funciona a alta frecuencia, solo podemos escuchar los sonidos de las olas del mar con aire fresco, dicen Kima y Lee.

Es más, dicen que la misma idea también debería funcionar en el agua, lo que podría ayudar en aplicaciones como proteger a los animales marinos de la contaminación acústica.

Una idea inteligente que aborda uno de los problemas cada vez más comunes de la vida moderna.

Ref: arxiv.org/abs/1307.0301 : Ventana insonorizada transparente al aire

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