Lavori in corso a Fisica Energetica Acustica e sue applicazioni

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1 ed Febbraio 2014 Lavori in corso a Fisica Energetica Acustica e sue applicazioni D. Stanzial, F. Fimiani, M. Buiat domenico.stanzial@cnr.it CNR-IDAS «O.M.Corbino» - Research Section of Ferrara c/o Physics and Earth Sciences Dpt University of Ferrara v. Saragat 1, Ferrara National Research Council of Italy University of Ferrara 1

2 Che cos è l Acustica? 2

3 Visualizzazione energetica del campo acustico (simulazione numerica) j x, t = p v INTENSITA ISTANTANEA I = pv INTENSITA ATTIVA a = pv p r = pv q INTENSITA RADIANTE E OSCILLANTE INTENSITA REATTIVA Q = p 2 v 2 I 2 3

4 Misura dell intensità acustica Il termine «intensità» viene usato in acustica per indicare la grandezza vettoriale che descrive la potenza netta per unità di area trasportata dal suono lungo la propria direzione di propagazione. La sua misura di solito espressa in unità di Watt al metro quadrato indica la lunghezza del vettore intensità nella forma 3-D o 2-D o come singola componente del vettore. 4

5 Visualizzazione energetica di dati sperimentali Ogni freccia è un punto di misura I Singolo punto di misura 1) 2) 1. Il campo vettoriale medio stazionario ottenuto dall intensità radiante coincide con quello noto in letteratura col nome di intensità attiva. 2. La media stazionaria dell intensità oscillante invece NON è un campo vettoriale MA un campo tensoriale: la sua visualizzazione in ogni punto di misura si ottiene in termini di un elissoide detto «ellissoide di polarizzazione energetica». pv Rij 2 r r 5

6 Esempi di microsonde p-v Tecnologia MEMS proprietaria (Microflown ) velocità pressione 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 acustotermo-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/impedenz ometrica. Roma, 5/7/2012 Domenico Stanzial 6

7 Il laboratorio di Acustica Tunnel LARIX Blocco G, Aula 115 7

8 App-0: Calibrazione di sonde p-v con campo di onda piana progressiva Larix Lab Dip. Fisica UniFE 8

9 App-1: Misura della potenza di radiazione p-u Confronto diretto p-p 9

10 App-2: Misura del tempo di riverberazione Setup di misura x 0, x0,0 exp U x,0 W t W t x 0 Sonda iper-intensimetrica D. Stanzial, G. Schiffrer, On the connection between energy velocity, reverberation time and angular momentum, Journal of Sound and Vibration 329, ,(2010). 10

11 App-3: Audiometria p-v L uso delle microsonde p-v è particolarmente utile in campo audiometrico dove da precise misure di ammettenza e di altre grandezze energetiche più sofisticate come l Energy Absorbance (ammettenza energetica) sarà finalmente possibile verificare sperimentalmente la bontà dei modelli dell orecchio (esterno, medio, e interno) 11

12 App-3: prototipo di timpanometro p-v Grazie alle microsonde p-v- una sonda timpanometrica tradizionale può essere facilmente adattata all uso per la timpanometria 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 Brevetto CNR n. PD2012A depositato il

13 App- 4: 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 4 mm 5 elementi in polisilicio su substrato di ossido di silicio Design kit: BCD6s STMicroelectronics 13

14 App- 4: prototipi di microsonde p-v Sensore velocimetrico Amplificazione e filtri Microfono Alimentazione [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

15 App- 5: controllo di qualità con metodi acustici Esempio: livello e tipologia di riempimento di capsule medicinali 15

16 App- 6: diagnostica di beni culturali (distacco degli affreschi) 16

17 App.7- Progetto «railway noise» E possibile individuare con anticipo l arrivo di un treno ad alta velocità con misure acustiche? 17

18 App.8- «Condition monitoring» di elettrodomestici Utilizzo delle sonde p-v per individuare malfunzionamenti negli elettrodomestici 18

19 App.9- Calibrazione per confronto di sonde p-v oggi 19

20 Siete interessati? Veniteci a trovare! Domenico Stanzial (responsabile gruppo di ricerca), ufficio 002 tel (4227), domenico.stanzial@cnr.it Martina Buiat (dottoranda), laboratorio G115 tel (4396), martina.buiat@unife.it Fosca Fimiani (laureanda), laboratorio G115 tel (4396), fosca.fimiani@mediastudio.net 20