La fenêtre redessinée arrête le son mais pas l'air, selon des scientifiques des matériaux

La pollution sonore est l'un des épouvantails de la vie moderne. Le bruit des machines, des moteurs, des voisins et autres peut sérieusement affecter notre qualité de vie et celle des autres créatures qui partagent cette planète.

Mais l'isolation contre le bruit est une entreprise difficile et coûteuse. L'insonorisation fonctionne généralement sur le principe du transfert du son de l'air vers un autre milieu qui l'absorbe et l'atténue.

Ainsi, l'idée de créer une barrière qui absorbe le son tout en permettant le libre passage de l'air semble, à première vue, tout à fait impossible. Mais c'est exactement ce qu'ont réalisé Sang-Hoon Kima de l'Université maritime nationale de Mokpo en Corée du Sud et Seong-Hyun Lee de l'Institut coréen des machines et des matériaux.

Ces gars-là ont trouvé un moyen de séparer le son de l'air dans lequel il voyage, puis de l'atténuer. Cela leur a permis de construire une fenêtre qui permet à l'air de circuler mais pas au son.

La conception est relativement simple et repose sur deux phénomènes acoustiques exotiques. La première consiste à créer un matériau avec un module de masse négatif.

Le module de masse d'un matériau est essentiellement sa résistance à la compression et c'est un facteur important pour déterminer la vitesse à laquelle le son se déplace à travers lui. Un matériau avec un module de masse négatif atténue de façon exponentielle tout son qui le traverse.

Cependant, il est difficile d'imaginer un matériau solide ayant un module de masse négatif, c'est là qu'un peu de conception intelligente est utile.

L'idée de Kima et Lee est de concevoir une chambre de résonance sonore dans laquelle les forces de résonance s'opposent à toute compression. Avec une conception soignée, cela conduit à un module de masse négatif pour une certaine plage de fréquences.

Leur chambre de résonance est en fait très simple : elle se compose de deux plaques parallèles de plastique acrylique transparent d'environ 150 millimètres de côté et séparées de 40 millimètres, un peu comme une section de double vitrage de la taille d'un livre de poche.

Cette chambre est conçue pour garantir que tout son résonnant à l'intérieur agit contre la façon dont le même son comprime la chambre. Lorsque cela se produit, le module de masse de l'ensemble de la chambre est négatif.

Un facteur important à cet égard est l'efficacité avec laquelle le son peut entrer dans la chambre et ici, Kima et Lee ont une autre astuce. Pour maximiser cette efficacité, ils forent un trou de 50 millimètres à travers chaque pièce d'acrylique. Cela agit comme un élément de diffraction provoquant une forte diffraction de tout son qui frappe la chambre.

Le résultat est une fenêtre à double vitrage avec un module de volume négatif qui atténue fortement le son qui la frappe.

Kima et Lee utilisent leur double vitrage comme élément de construction pour créer de plus grandes fenêtres. Lors de tests avec un mur de blocs de construction 3x4x3, ils affirment que leur fenêtre réduit les niveaux sonores de 20 à 35 décibels sur une plage sonore de 700 Hz à 2 200 Hz. C'est une réduction importante.

Et en utilisant des blocs de construction supplémentaires avec des trous plus petits, ils peuvent étendre cette plage pour couvrir les fréquences plus basses.

Ce qui est pratique avec ces fenêtres, c'est que les trous qui les traversent permettent également la libre circulation de l'air, offrant également une ventilation suffisante.

Les applications sont nombreuses. La modification de la taille des trous rend les fenêtres accordables afin qu'elles ne masquent que certaines fréquences, les nouvelles conceptions ont des applications intéressantes.

Par exemple, si nous sommes dans une zone combinée de sons provenant de vagues de la mer à basse fréquence et de bruits de machines fonctionnant à haute fréquence, nous ne pouvons entendre que les sons des vagues de la mer avec de l'air frais, disent Kima et Lee.

De plus, ils disent que la même idée devrait également fonctionner dans l'eau, ce qui pourrait aider dans des applications telles que la protection des animaux marins contre la pollution sonore.

Une idée astucieuse qui s'attaque à l'un des problèmes de plus en plus courants de la vie moderne.

Réf : arxiv.org/abs/1307.0301 : Fenêtre insonorisée transparente à l'air

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