Metamateriais acústicos avançados com elevado desempenho para redução de ruído em baixas frequências.

Abstract

Este trabalho apresenta um estudo numérico e experimental sobre o desempenho acústico de um metamaterial acústico (MMA) além de suas características sonoras enquanto MMA ventilado, projetado para o controle e atenuação de ruído em baixas frequências (100 a 1.000 Hz). O modelo proposto baseia-se em um guia de ondas com abertura na forma de fenda conectado a canais enrolados (labirínticos) acoplados periodicamente. As simulações numéricas foram desenvolvidas no software COMSOL Multiphysics com o uso do método dos elementos finitos (MEF) com a física Pressure Acoustics, incorporando efeitos viscotérmicos em regiões estreitas (narrow regions). Para validação do modelo, foram realizados ensaios experimentais em tubo de impedância (normas ISO 10534-2 e ASTM E2611-09) e em câmara reverberante sob a incidência de ondas sonoras em campo difuso (normas ISO 10140-2 e ASTM E-90). Nos testes de absorção sonora sob incidência normal, o MMA superou o material poroso convencional utilizado como comparação (melamina com 45 mm de espessura) na faixa de frequências abaixo de 1.000 Hz, atingindo picos de coeficiente de absorção α ≈ 0, 7 em frequências por volta de 350 e 500 Hz. Nos ensaios de perda de transmissão sonora (PTS) sob incidência normal, o MMA apresentou picos acentuados de atenuação (até 60 dB em 703 Hz) e um isolamento superior a 19 dB na faixa de 460 a 1.200 Hz sobre incidência aleatória. Além disso, a avaliação da capacidade de ventilação demonstrou uma resistividade ao fluxo de σ ≈ 6,04 Pa · s · m−2 com ≈ 10% de área aberta, comprovando a eficiência da estrutura em conciliar atenuação sonora em baixas frequências e passagem de fluxo de ar.