Application of acoustic metamaterials in biomedical and audio fields

Negli ultimi decenni, il rumore è diventato sempre più presente nella vita quotidiana delle persone. L'assorbimento acustico è un concetto fondamentale quando si affronta il tema del controllo del rumore, ed è definito come la dissipazione dell'energia acustica associata ad un'emissione. Ad oggi, i materiali fonoassorbenti tradizionali sono i più largamente utilizzati per il loro basso costo e la facilità di realizzazione. Tuttavia, risultano carenti nell'assorbimento in bassa frequenza, richiedono manutenzione, possono, in alcuni casi, comportare rischi dovuti al deterioramento, rendendoli inadatti in contesti critici. Negli ultimi anni, i metamateriali acustici (AMM) sono entrati al centro del dibattito dell’assorbimento, grazie alle loro proprietà acustiche che dipendono dalla geometria e non dal materiale da cui sono costituti. Questa caratteristica consente di superare le limitazioni dei materiali tradizionali, e ottenere performance in bassa frequenza attraverso strutture compatte. Questa tesi ha come obiettivo lo sviluppo di un metodo solido attraverso lo studio dei modelli analitici, la modellazione numerica, la prototipazione 3D e le misure sperimentali per il design e la progettazione di una specifica classe di metamateriali formati da elementi risonanti: risonatori a quarto di lunghezza d'onda (QWR) e risonatori di Helmholtz (HR) sono utilizzati al fine di progettare soluzioni innovative in due contesti differenti. Il primo è lo sviluppo di un fonoassorbente passivo per la riduzione del tempo di riverberazione e dei livelli di pressione sonora all’interno di una stanza ospedaliera. Il secondo coinvolge l'uso di metamateriali acustici per il controllo del rumore indesiderato negli altoparlanti e la riduzione delle risonanze nei sistemi audio. I risultati presentati dimostrano come l'applicazione di AMM possa rappresentare una valida alternativa ai materiali tradizionali negli ambiti più disparati, adattandosi a requisiti stringenti. La tesi rappresenta un punto di partenza per il design di metamateriali acustici, fornendo approfondimenti teorici e considerazioni pratiche per la loro realizzazione fisica.