El ruido crónico de baja frecuencia procedente de vehículos, electrodomésticos e industrias afecta la salud mental y provoca estrés y ansiedad.Los silenciadores acústicos tradicionales requieren diseños voluminosos para lograr una reducción eficaz del ruido en bajas frecuencias.

Los avances recientes en metamateriales acústicos utilizan el efecto de onda lenta y se han mostrado prometedores para reducir el ruido de baja frecuencia con diseños más compactos.Entre ellos destacan los dispositivos capaces de generar agujeros negros acústicos (ABH) que ralentizan continuamenteondas sonorashasta que sus velocidades lleguen a cero.Otra alternativa es la captura acústica del arco iris (RT), donde las ondas sonoras se limitan a caminos específicos dentro de una estructura, separando y atrapando diferentes frecuencias en distintos lugares.

Aprovechando estos efectos, un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Pusan ​​en Corea del Sur, dirigido por el profesor Kyungjun Song del Departamento de Ingeniería Mecánica, desarrolló un innovador metasilenciador en espiral.

"Nuestro metasilenciador presenta un diseño compacto con cuatro resonadores paralelos, cada uno de los cuales contiene una hendidura múltiple enrollada que utiliza los mecanismos ABH y RT para una reducción eficiente del ruido de baja frecuencia", explica el profesor Song.Su estudio espublicadoen elSistemas mecánicos y procesamiento de señales.diario.

El diseño del meta-silenciador presenta cuatro resonadores colocados en paralelo alrededor de una guía de ondas cúbica.Cada resonador consta de tres secciones: una cavidad interna, una ranura múltiple y una entrada.Las múltiples rendijas presentaban hendiduras colocadas en la parte superior e inferior del resonador en un perfil cuadrático en forma de cuerno, que se ensanchaba en la entrada y se estrechaba gradualmente hacia la cavidad, cambiando progresivamente la impedancia acústica, facilitando el efecto ABH.

Además, a medida que aumenta la frecuencia, las múltiples rendijas actúan como resonadores independientes en función de la frecuencia, dando lugar al efecto RT.Dado que el efecto RT muestra una relación inversa entre la longitud de la rendija y la frecuencia, los investigadores implementaron un diseño de rendija enrollada para lograr una RT eficiente enbajas frecuencias.

Los investigadores desarrollaron tres diseños de resonadores diferentes categorizados por la longitud de la rendija y evaluaron su rendimiento mediante simulaciones y validación experimental.El modelo 1 presentaba hendiduras rectas, mientras que el modelo 2 tenía una hendidura superior 1,3 veces más larga y una hendidura inferior 0,7 veces más corta que las del modelo 1. El modelo 3 incorporó una estructura de hendiduras enrolladas de la estructura del modelo 2.

Los resultados mostraron que el metasilenciador operaba en tres modos principales de bloqueo del sonido: un modo de onda plana fundamental, el modo localizado de rendijas múltiples inducido por el efecto ABH y el modo localizado de rendija única generado por el efecto RT.La incorporación de rendijas enrolladas en el Modelo 3 mejoró su rendimiento al cambiar la frecuencia a la que las velocidades de las ondas sonoras alcanzaban cero a 728 Hz.

Además, logró una pérdida de transmisión de sonido experimental (STL) promedio de 6,73 decibelios (dB) en una amplia banda de 200 a 1800 hercios (Hz) y un coeficiente de absorción de 0,49.Los investigadores también diseñaron un meta-silenciador de serie dual, que comprende dos meta-silenciadores dispuestos uno detrás del otro, que casi duplicó el STL promedio a 13,07 dB y el coeficiente de absorción máximo a 0,9.

"A diferencia de los silenciadores tradicionales a gran escala, este metasilenciador compacto se puede integrar directamente en máquinas miniaturizadas y espacios estrechos, como compartimentos de motores y recintos de maquinaria, proporcionando una reducción específica del ruido de baja frecuencia en la fuente. Esta tecnología se puede aplicar en campos comoaviación para lograr cabinas más silenciosas y también reducir el ruido de la construcción, el tráfico yactividad industrialenáreas urbanas, haciendo que los hogares sean más silenciosos y mejorando la calidad de vida", afirma el profesor Song."Con los planes para el desarrollo y pruebas de prototipos ya en marcha, anticipamos ver los primeros productos comerciales en el mercado dentro de los próximos 2 a 3 años, allanando el camino hacia entornos de vida y de trabajo más silenciosos".

Más información:

Soo-Seong Lee et al, Atenuación acústica mejorada en un metasilenciador enrollado: control de ruido de baja frecuencia de banda ancha mediante captura de arco iris,Sistemas mecánicos y procesamiento de señales.(2024).DOI: 10.1016/j.ymssp.2024.111744Citación: