Lavori in corso a Fisica Energetica Acustica e sue

D. Stanzial, C. Graffigna [email protected] [email protected]

CNR-IDASC «O.M.Corbino» - Research Section of Ferrara

c/o Physics and Earth Sciences Dpt – University of Ferrara

v. Saragat 1, 44122 Ferrara

University of Ferrara National Research Council of Italy

Lavori in Corso a Fisica ed. 2015-16

21 Novembre 2016

Lavori in corso a Fisica

Energetica Acustica e sue applicazioni

1

mailto:[email protected]


2

Che cos’è l’Acustica?

University of Ferrara

Engineering

Arts

Earth Science

Life Science

Fundamental

physical acoustics

Mechanical radiation

in all material media

Phonons

Electro acoustic

Sonic and

ultrasonic

Engineering Noise from

vibration or

shock

Physiology

Physics of

Earth and

atmosphere

Oceanography

Medicine

Psycology

Bioacoustics

Hearing

Seismic

waves

Sound in

atmosphere

Underwater

Acoustic

Psycho-

acoustic Comunication

Speech

Music

Visual arts

Architectural

Mechanical

Electrical

and chemical

Acoustic

in halls

and

theatre

Musical scales

and

instruments

3

Che cos’è l’Energetica Acustica?

• E’ lo studio delle modalità di propagazione dell’energia all’interno dei campi acustici.

Analogia: la mela cade sulla

testa di Newton perché il

campo gravitazionale la

spinge verso il centro della

terra (e Newton si trova sulla

sua traiettoria) ma cosa

spinge l’energia sonora

dentro alle nostre orecchie?


4


L’energia è un campo scalare ma quando si muove nello spazio

bisogna calcolare la sua velocità di propagazione cioè un vettore.

Per questo è fondamentale conoscere la sua «quantità di moto» che

si ottiene dividendo l’intensità del suono per c2

𝑗 𝑥, 𝑡 = 𝑝 ∙ 𝒗 INTENSITA’

ISTANTANEA

𝑰 = 𝑝𝒗 INTENSITA’ ATTIVA

𝒂 = 𝑝𝑣𝑝

𝒒 = 𝑝𝑣𝑞

INTENSITA’

RADIANTE E

OSCILLANTE

Come si calcolano

le traiettorie dell’energia acustica?

WISI-Connection

5

Grandezze

energetiche L Wk Wp

2

2

2

1

2

1

2

Wk

Wp pc

v W Wk Wp

Intensità

complessa

( ) : ( ) ( )i S x I x Q xpI v

2 2:Q S I

2 k pS c W W


ˆ ˆ, ( , ) , ( , )t t t t v x x v x v x

( , )

ˆ ˆ, , ,t

p t p t p tt

xx x x

Pressione

1

: lim2

T

TTdt

T

Operatore di

media stazionaria

temporale

, t x

Potenziale cinetico

Lavori in corso a Fisica Energetica Acustica e sue applicazioni

( , )ZR x

( , )ZX x

ˆˆ ( , ) :ˆ

pZ x

v

Impedenza

I

Q S

Modelli matematici del suono

6

x

y

z

ao << λ

b<<ao

R A

Rx

Ax

Ry

Ay

Quasi-stationary wave in 1D

Divergent spherical wave in 3D

Quasi-stationary wave in 2D


;ˆe

,i t kr

Ar t

r

, ;i t kx i t kx

x t Ac e R e

, ,

yx i ky ti kx t i kx t i ky t

x x y yx y t A c e R e A c e R e



7

Ax

Ry = 0

Ay University of Ferrara



Rx = 0 Ax >> Ay

Ax << Ay

Ax = Ay




8

Ax

Ry = 1

Ay

Rx = 0

Ax << Ay

Ax >> Ay

9




61,8 dB 70,84 dB

10

Il laboratorio di Energetica acustica

Tunnel LARIX

Blocco

G, Aula

115

( , )Z c x


Come si misurano le grandezze energetiche?

11

Tecnologia MEMS proprietaria (Microflown®)

pressione

velocità

Il principio di trasduzione per la misura della velocità acustica correntemente utilizzato nella sensoristica MEMS è quello dell’anemometria a doppio filo caldo, quindi un principio acusto-termo-resistivo. Questo tipo di velocimetro viene quindi accoppiato con un microfono di pressione miniaturizzato. Una volta calibrato il sistema p-v costituisce la microsonda intensimetrica/impedenzometrica.


App-0: Calibrazione di sonde p-v con campo di onda piana progressiva

12

Larix Lab – Dip. Fisica UniFE

( , )Z c x


13 Lavori in Corso a Fisica

Design kit: BCD6s STMicroelectronics

4 mm

App- 1: prototipi di microsonde p-v

il chip contenente il sensore è stato progettato con un processo commerciale CMOS della STMicroelectronics ed è stato realizzato con la tecnica del post-processing

5 elementi in polisilicio su substrato di ossido di silicio



App- 1: prototipi di microsonde p-v

Sensore

velocimetrico

Amplificazione

e filtri Alimentazione Microfono

[1] Piotto M., Longhitano A.N., Bruschi P., Buiat M., Sacchi G., Stanzial D., Design and

fabrication of a compact p-v probe for acoustic impedance measurement, Atti del 17°

Convegno annuale AISEM, Brescia, 5-7 febbraio 2013


App-2: prototipo di timpanometro p-v


I vantaggi sono:

1.Eliminazione della pompa per generare il ΔP statico nel

canale uditivo

2.Calibrazione acustica una tantum della sonda

3.Misura dell’ammettenza a banda larga

4.Facilità di esecuzione e non invasività del test

Grazie alle microsonde p-v- una sonda timpanometrica tradizionale può essere facilmente adattata all’uso per la timpanometria p-v.

Brevetto CNR n. PD2012A000002 depositato il 3-1-2012


LIFE NEREiDE - Noise Efficiently REduced by recycleD pavEments

LIFE15 ENV/IT/000268

INSTITUTE OF ACOUSTICS AND SENSORS ”O. M. CORBINO” (CNR-IDASC)

Comparison calibration of P-V probes

𝜞 𝒙𝟎, 𝝎 =𝜰𝑴(𝒙𝟎, 𝝎)

𝜰𝒎(𝒙𝟎, 𝝎)

𝜰𝑴 admittance of the reference probe

𝜰𝒎 admittance of the probe to calibrate

Siete interessati?


Veniteci a trovare!

• Domenico Stanzial (responsabile gruppo di ricerca), ufficio 002 tel. 0532 97(4227), [email protected]

• Carlos Graffigna (dottorando), laboratorio G115 tel. 0532 97(4396), [email protected]




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