Lavori in Corso a Fisica ed. 2013-14 5 Febbraio 2014 Lavori in corso a Fisica Energetica Acustica e sue applicazioni D. Stanzial, F. Fimiani, M. Buiat [email protected] CNR-IDAS «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 Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 1 Che cos’è l’Acustica? Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 2 Visualizzazione energetica del campo acustico (simulazione numerica) 𝑗 𝑥, 𝑡 = 𝑝 ∙ 𝒗 INTENSITA’ ISTANTANEA 𝑰 = 𝑝𝒗 INTENSITA’ ATTIVA 𝒂 = 𝑝𝑣𝑝 𝒓 = 𝑝𝑣𝑞 INTENSITA’ RADIANTE E OSCILLANTE INTENSITA’ REATTIVA 𝑄= Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 𝑝2 𝑣 2 − 𝐼2 3 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. Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 4 Visualizzazione energetica di dati sperimentali Ogni freccia è un punto di misura I pv 1) Singolo punto di misura Rij 2 r r 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». Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 5 Esempi di microsonde p-v Tecnologia MEMS proprietaria (Microflown®) pressione velocità Roma, 5/7/2012 Domenico Stanzial 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. 6 Il laboratorio di Acustica Tunnel LARIX Blocco G, Aula 115 Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 7 App-0: Calibrazione di sonde p-v con campo di onda piana progressiva Larix Lab – Dip. Fisica UniFE Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 8 App-1: Misura della potenza di radiazione p-u Confronto diretto p-p Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 9 App-2: Misura del tempo di riverberazione Setup di misura W x0 , t W x0 , 0 exp U x, 0 x t 0 Sonda iper-intensimetrica D. Stanzial, G. Schiffrer, On the connection between energy velocity, reverberation time and angular momentum, Journal of Sound and Vibration 329,931-943,(2010). Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 10 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) Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 11 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. PD2012A000002 depositato il 3-1-2012 Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 12 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 Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 13 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 2013 Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 14 App- 5: controllo di qualità con metodi acustici Esempio: livello e tipologia di riempimento di capsule medicinali Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 15 App- 6: diagnostica di beni culturali (distacco degli affreschi) Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 16 App.7- Progetto «railway noise» E’ possibile individuare con anticipo l’arrivo di un treno ad alta velocità con misure acustiche? Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 17 App.8- «Condition monitoring» di elettrodomestici Utilizzo delle sonde p-v per individuare malfunzionamenti negli elettrodomestici Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 18 App.9- Calibrazione per confronto di sonde p-v 1915-18 oggi Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 19 Siete interessati? Veniteci a trovare! • Domenico Stanzial (responsabile gruppo di ricerca), ufficio 002 tel. 0532 97(4227), [email protected] • Martina Buiat (dottoranda), laboratorio G115 tel. 0532 97(4396), [email protected] • Fosca Fimiani (laureanda), laboratorio G115 tel. 0532 97(4396), [email protected] Ferrara, 5/2/2014 Lavori in Corso a Fisica 20
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