Atualmente, está sendo concluída na Empa uma pesquisa sobre o primeiro no mundo no isolamento acústico de edifícios de madeira. Usando uma teoria física da década de 1990 e as ferramentas de digitalização, uma equipe de pesquisa desenvolveu novos elementos de piso feitos de painéis de madeira maciça que possuem os chamados buracos negros acústicos. A ideia partiu de Stefan Schoenwald, chefe do laboratório de Acústica de Edifícios da Empa em Dübendorf. Ele encontrou a teoria dos buracos negros acústicos várias vezes em conferências e publicações científicas desde que foi publicada pela primeira vez em 1987. De acordo com o cientista russo M.A. Mironov do Instituto de Acústica Andreyev em Moscou, um recesso parabólico em um material pode absorver vibrações como soar e permitir que eles ressoem - em outras palavras, engula-os. Buracos negros acústicos já foram usados ​​em carros e aviões, onde seu efeito de redução de som foi de fato confirmado.
No entanto, fabricá-los com materiais muito finos e duros não é fácil. Nem na construção em madeira nem na acústica de edifícios houve experimentos com os recessos de Mironov. Isso agora está sendo alterado pelo gerente do laboratório Stefan Schoenwald junto com seu colega Sven Vallely. Os dois pesquisadores querem usar novos elementos de painéis de madeira laminada cruzada para melhorar o isolamento acústico de impacto na construção de madeira.

Assim como existem ondas sonoras no ar, existem ondas sonoras nos materiais, as chamadas ondas sonoras transmitidas pela estrutura. “Quando você bate no chão, é como jogar uma pedra em um lago:as ondas sonoras se propagam em todas as direções no material”, explica Schoenwald. Quando uma depressão lenticular é fresada do material de acordo com uma função matemática específica, as ondas sonoras viajam para essa área. No processo, as amplitudes continuam amplificando, enquanto os comprimentos de onda das oscilações diminuem. "Se você pudesse tornar as placas infinitamente finas na área dessas depressões, as ondas sonoras realmente morreriam sozinhas nesses 'buracos negros', então nada sairia da lente", disse Schoenwald. No entanto, era questionável se o efeito de redução de som também ocorreria com uma profundidade limitada do recesso - porque "espessuras de material infinitamente finas", como a teoria matemática exigiria, não são viáveis ​​na prática.

A mais recente tecnologia de computação torna isso possível

A ideia de experimentar buracos negros acústicos em estruturas de madeira veio a Stefan Schoenwald enquanto ele trabalhava. Ele pediu a seu colega Vallely para simular e calcular o efeito de redução de som no computador. Para tirar as preocupações estáticas do caminho, Andrea Frangi, especialista em construção de madeira da ETH Zurique, foi convidada a fazer sua avaliação. Não apenas seu feedback foi promissor, mas também a modelagem computacional da redução de som. Então Schoenwald encomendou um protótipo e um painel de controle normal feito do mesmo material à empresa de construção em madeira Strüby AG em Seewen. Usando uma máquina CNC, o especialista em construção em madeira Alex Bellmont fresou a cavidade lenticular de um painel de madeira laminada cruzada com precisão dimensional. "Um pedido como este não é muito difícil, mas é ainda mais emocionante", diz o maquinista, "nunca fiz algo que foi pesquisado".

As duas placas – uma com e outra sem buracos negros acústicos – foram submetidas a uma análise de vibração na Empa. Nesta medição, o som é conduzido para o corpo de teste como uma vibração em todo o espectro sonoro relevante. Um laser mede a vibração dos painéis de teste em um padrão de grade em vários pontos. Os valores medidos podem então ser usados ​​para calcular como a vibração se move através da placa - e se os dentes fresados ​​realmente "capturam" o som e fazem com que ele se dissipe na forma de calor.

Melhor desempenho de isolamento com menos peso

Dez anos atrás, tal série de experimentos não teria sido viável. Mesmo modelar a vibração de uma pequena faixa de largura de banda era uma dissertação em termos de esforço computacional. Hoje, Schoenwald e Vallely calculam todo o espectro acústico em uma tarde e tornam as vibrações imediatamente visíveis como uma visualização. O objetivo do experimento é examinar se os resultados simulados correspondem aos valores medidos. Afinal, se o modelo do computador corresponder à realidade, todos os parâmetros possíveis podem ser alterados no computador quase gratuitamente, sem a necessidade de fazer uma nova placa de teste a cada vez. Desta forma, a redução de som pode ser calculada para elementos de madeira em todo o mundo sem experimentos demorados. Isso significa que a redução de ruído pode ser otimizada para elementos de madeira de todos os tamanhos e geometrias possíveis sem experimentos demorados.

Resultado dos testes:Os valores medidos concordam muito bem com o cálculo do modelo. Stefan Schoenwald está muito satisfeito com um desvio de apenas cerca de 5%. Esse desvio pode ser explicado pela produção das tábuas e pela variação natural da madeira, acrescenta Vallely. Seguem-se os próximos testes com os painéis de teste fabricados em Seewen:"Estamos actualmente a trabalhar nas medições de ruído de impacto, que estamos a realizar de acordo com as especificações da norma internacional. O próximo passo é confirmar a protecção contra o fogo e as propriedades estruturais, " explica Schoenwald. Esses testes adicionais visam garantir que as placas de madeira laminada cruzada não apenas isolam o som pelo menos no nível padrão do mercado, mas também obtêm todas as certificações necessárias para uso na construção.

Como funciona

Stefan Schoenwald descreve como as placas funcionam assim. "Ao isolar o som de impacto, tenho que manter três propriedades em mente ao mesmo tempo:a massa do componente por um lado, sua rigidez e amortecimento por outro. Rigidez e amortecimento se contradizem - um componente macio pode ser amortecido bem, um componente rígido menos bem." Schoenwald dá um exemplo:"Os tetos clássicos de madeira maciça são leves e rígidos - então duas propriedades desfavoráveis ​​são combinadas aqui". Uma saída possível é aumentar a massa do componente. Em casas modernas de madeira, os arquitetos instalam espessas camadas de cascalho para ponderação. Dessa forma, os tetos de madeira são menos propensos a vibrar se um adulto passar por eles ou uma criança pular pela casa.

Schoenwald e Vallely estão adotando uma abordagem diferente. "Nós tornamos os tetos de madeira mais macios em certos lugares para que eles possam vibrar com mais força. Nesses pontos, nós amortecemos especificamente a vibração com uma pequena quantidade de areia ou cascalho", explica Stefan Schoenwald. O mesmo material, ou seja, cascalho, serve a um propósito completamente diferente aqui:"No nosso caso, o cascalho não está lá para pesar. Em vez disso, ele deve se mover e converter vibração em calor por meio de seu atrito interno".

O resultado:um teto de madeira com buracos negros acústicos é muito mais leve do que um teto convencional e, no entanto, amortece o som de impacto muito melhor. A rigidez estruturalmente vantajosa de toda a estrutura do teto é mantida. + Explorar mais

Um parafuso que pode reduzir pela metade o nível de som percebido