Il Settore svolge attività di ricerca nel campo dell'acustica fisica e dell'acustica applicata. Viene anche svolta attività di certificazione riguardante la taratura di microfoni, calibratori e fonometri; la caratterizzazione di sorgenti sonore e trasduttori ad ultrasuoni utilizzati in campo medico; la determinazione delle caratteristiche acustiche di materiali e strutture utilizzati nel campo dell'edilizia (pavimenti, soffitti, divisori, infissi) e negli ambienti di ascolto (materiali fonoassorbenti, poltrone, baffles). È inoltre proseguita la presenza nell'ambito del comitato CCAUV del CIPM, e in seno a EUROMET, IEC, CEI e UNI.

La prova di tipo di un fonometro integratore è stata occasione di verifica e miglioramento dei metodi di taratura per confronto in campo libero. In base ai dati acquisiti su un numero rilevante di microfoni, strumenti e adattatori per la taratura in pressione, è stato calcolato un bilancio di incertezza completo, comprendente le componenti di un tipico dispositivo in taratura. È stato completato il Draft B per il confronto chiave EUROMET.AUV.A-K3 e i risultati sono stati verificati in collaborazione con l'Istituto danese DFM. È continuata la partecipazione a gruppi di lavoro IEC TC 29 su microfoni di misura, fonometri e determinazione delle correzioni per la verifica periodica dei fonometri.
È stata eseguita la prova di tipo secondo la norma IEC 61672-2 di un fonometro di costruzione nazionale, realizzando i programmi per l'esecuzione delle misure necessarie. Solo due istituti metrologici in Europa sono attualmente in grado di eseguire questa prova di tipo.
È stata conclusa la Key Comparison EUROMET.AUV.A-K3 "EUROMET key comparison on calibration of LS2P microphones by the primary method of pressure reciprocity", il cui Final Draft è stato approvato dal CCAUV nella riunione di settembre 2007.

Il confronto bilaterale con il PTB relativo alla misura della potenza ultrasonora (Progetto EUROMET 879) è stato concluso con successo. In base ai risultati è stata preparata una procedura tecnica di misura e una CMC sulla misura della potenza ultrasonora è stata inviata al TC AUV EUROMET per la revisione regionale. L'apparato di misura della potenza ultrasonora è stato riprogettato per la parte relativa alla misura della tensione efficace di pilotaggio.
È stata inoltre avviata una attività di caratterizzazione delle proprietà fisiche a frequenze ultrasonore dei materiali utilizzati nella diagnostica mediante ultrasuoni. Essenzialmente si tratta di metodi basati sull' analisi degli echi provocati da impulsi (treni d'onda che colpiscono il materiale in prova). Lo scopo della ricerca è di ottenere la misurazione di parametri fisici che descrivano la capacità dei materiali di migliorare la visualizzazione delle immagini ecografiche. È stato reso operativo il sistema di misura del campo ultrasonoro emesso da trasduttori, ed è ora possibile misurare tutti gli indici (termici, meccanici) utilizzati per la verifica delle apparecchiature elettromedicali.

Vasca per la misura delle proprietà dei trasduttori a ultrasuoni.

La misura della resistività al flusso dei materiali fonoassorbenti è un parametro sempre più richiesto per la progettazione del trattamento acustico di ambienti, autovetture e macchine in genere. È stato progettato e realizzato un apparato per la misura della resistività di flusso di materiali anche in condizioni di lavoro, condizioni nelle quali i materiali sono spesso sottoposti ad un carico statico che ne modifica le caratteristiche. Questo apparato ha la particolarità di consentire l'applicazione di una pressione controllata al materiale, in modo da simulare le condizioni di uso. Il Settore ha continuato inoltre lo studio e la modellizzazione delle caratteristiche di smorzamento delle vibrazioni e della comprimibilità dei materiali viscoelastici.

Apparato per la misura della resistività al flusso.

Presso il Settore Acustica e Ultrasuoni viene svolta da alcuni anni un'attività di ricerca riguardante la misurazione della velocità del suono nei gas a bassa pressione con accuratezza estremamente elevata. Fra le diverse possibili applicazioni di questo esperimento, rivestono un particolare rilievo la termometria acustica primaria e la determinazione del valore di alcune costanti fisiche (universale dei gas R, Boltzmann k e Stefan-Boltzmann s).
L'importanza di tali applicazioni è legata alla possibilità di definire l'unità di temperatura (kelvin) attraverso l'attribuzione di un valore esatto alla costante dei gas o di Boltzmann. In questo ambito l'INRIM partecipa ad una collaborazione internazionale, che coinvolge fra gli altri il PTB, l'NPL e l'LNE, attraverso lo sviluppo di un esperimento basato sulla misura del rapporto fra la velocità del suono e la velocità della luce in un gas monoatomico.
La determinazione di R con tale metodo coinvolge un certo numero di grandezze e parametri meccanici, elettromagnetici e termodinamici, che devono essere determinati in modo indipendente. Fra questi si possono individuare tre categorie principali che concorrono direttamente a definire l'incertezza complessiva: i) la misura di rapporti di frequenze acustiche e a microonde eccitate all'interno di una cavità di geometria quasi-sferica a pressioni diverse lungo un'isoterma a 273.16 K; ii) la misura ed il controllo della temperatura in prossimità del punto triplo dell'acqua; iii) la misura della massa molare e dei calori specifici di gas ideale di un campione di gas monoatomico utilizzato per le misure. Allo stato attuale l'interesse prevalente riguarda il miglioramento dell'accuratezza nella misura dei rapporti tra frequenze acustiche e frequenze a microonde. A questo scopo, oltre all'effettuazione di apposite misurazioni, è in corso di sviluppo un metodo matematico degli effetti perturbativi legati alla forma non perfettamente sferica della cavità, che sono attualmente causa di errori sistematici rilevanti.
Nel corso del 2006 sono stati compiuti progressi rilevanti nella misura del volume della cavità: si è scelto di utilizzare una perturbazione basata su un piccolo disallineamento delle due calotte che compongono la cavità e sono state effettuate misure del raggio attraverso la determinazione delle frequenze di risonanza di nove modi a microonde ottenendo una dispersione tra i diversi modi inferiore a 7 ppm.

La misura della velocità del suono rappresenta un metodo particolarmente affidabile e sempre più utilizzato anche per la determinazione delle proprietà termodinamiche dei fluidi e per la formulazione di equazioni di stato dedicate. Presso il Settore è da alcuni anni operativo un apparato sperimentale finora utilizzato per la caratterizzazione di alcuni fluidi puri, tra cui acqua e nonano. È stato inoltre sviluppato un metodo integrativo per il calcolo delle proprietà termodinamiche dei fluidi stessi, che risulta particolarmente vantaggioso in quanto richiede minime informazioni indipendenti aggiuntive, e permette di determinare grandezze quali la densità e il calore specifico, la cui misura per via diretta è complessa e poco accurata. Il metodo utilizzato si basa sulla soluzione di equazioni ricorsive (REM, Recursive Equations Method), per la costruzione delle funzioni densità ρ(p,T) e calore specifico a pressione costante c_p(p,T), utilizzando i valori iniziali di densità ρ₀(p₀ ,T) e calore specifico c_p0(p,T) alla pressione di riferimento p₀ , in funzione della temperatura.
Nel corso del 2006 sono state effettuate misure in acetone puro, su undici isoterme nell'intervallo di temperature fra 248.15 K e 298.15 K, a pressioni fra 0.1 MPa e 100 MPa, con incertezza complessiva nell'ordine dello 0.1 %. I valori di velocità del suono ottenuti sono risultati coerenti, all'interno delle rispettive incertezze di misura, con quelli del NIST Standard Reference Database, mostrando inoltre un ottimo accordo con altri dati reperiti in letteratura. Le misurazioni eseguite sono state utilizzate per aggiornare l'equazione di stato dell'acetone oltre che per calcolarne i valori di densità e calore specifico a pressione costante.

Valori sperimentali della velocità del suono nell'acetone in funzione di pressione e temperatura.

Data la permanente carenza di uno schema teorico consistente per l'interpretazione della sonoluminescenza da cavitazione acustica, risulta molto importante una caratterizzazione sperimentale accurata e precisa del fenomeno. Conformemente alle capacità di analisi e misurazione sviluppate nel laboratorio, si sono scelti come fattori fisici di influenza la frequenza del campo acustico di confinamento e le caratteristiche chimiche e reattive del mezzo liquido che sostiene la cavitazione; si verifica quindi come i fattori d'influenza selezionati portino effettivamente a un aumento o diminuzione della quantità di radiazione elettromagnetica emessa (misure di intensità luminosa) e quali di essi comportino una variazione nella composizione spettrale (spettrografia). Tali misurazioni possono fornire importanti indizi sulla termodinamica della cavitazione, obiettivo delle più recenti investigazioni teoriche e di fondamentale importanza per le possibili ricadute tecnologiche.
È attualmente in corso un progetto INFN denominato SAFE (Search for Acoustically-induced induced nuclear Fusion on Earth), cui partecipa il laboratorio di acustica dell'INRIM, per la realizzazione di una cella a cavitazione ad alta energia. Tale apparato verrà utilizzato per confermare od escludere la possibilità di reazioni di fusione nucleare indotte dal collasso di bolle di vapore in liquidi deuterati a bassa temperatura, come dichiarato in recenti e criticati articoli apparsi su letteratura internazionale, ed eventualmente per migliorare le condizioni di reazione. In quest'ambito sono state analizzate le proprietà di emissione luminosa di bolle di gas intrappolate acusticamente in liquidi di varia natura, mettendo in evidenza le particolari proprietà delle soluzioni concentrate di acido solforico. È stato inoltre messo a punto un apparato sperimentale in grado di produrre il fenomeno della sonoluminescenza a singola bolla in regioni dello spazio dei parametri non ancora pienamente esplorate (regime di alta frequenza: 70 kHz - 250 kHz; regime di bassa frequenza: 4.7 kHz).
Le estreme condizioni di temperatura e pressione associate al fenomeno della cavitazione comportano dal punto di vista chimico la formazione di radicali, che possono innescare reazioni di sintesi di materiali o di degradazione di sostanze. Questi effetti hanno permesso l'utilizzo della cavitazione stessa per la sintesi di nanocristalli di semiconduttori e ossidi porosi con elevata area superficiale, e la deposizione di particelle sub-microscopiche su superfici amorfe. Più recentemente il fenomeno della cavitazione è stato utilizzato per la riduzione fino a pochi nanometri delle dimensioni dei Q-dots di silicio da utilizzare nel campo dell'imaging biomedicale.
Un filone di ricerca parallelo è rappresentato dagli studi preliminari sulla cavitazione idrodinamica come metodo di applicazione industriale della cavitazione, sia nel campo della degradazione dei composti inquinanti sia in quello della sintesi di materiali.

Fotoluminescenza in quantum-dots di silicio.

• Taratura di campioni di pressione acustica

Le tarature dei campioni di pressione acustica sono dirette quasi esclusivamente a soddisfare le esigenze di riferibilità dei laboratori di taratura accreditati, che sono 15 a fine 2006.

• Verifica dei misuratori di livello sonoro

Le tarature di strumenti di utenti sono stabilizzate, essendo ormai da anni su livelli molto contenuti per la presenza di una buona rete di laboratori SIT in grado di fornire lo stesso servizio in tempi minori e con minori spese di spedizione. Sono però iniziate le prove di tipo (omologazioni) di fonometri e calibratori acustici secondo la normativa IEC CEN.

• Misura della potenza sonora di sorgenti

La richiesta è stabile su numeri piuttosto contenuti.

• Misura del potere fonoisolante, dell'isolamento al rumore di calpestio e dell'assorbimento acustico

La richiesta di prove è risultata mediamente in crescita rispetto all'anno precedente. Permane il problema della impossibilità di soddisfare le richieste di misura dell'isolamento del rumore di calpestio, rispetto alla quale la capacità di misura è di una prova al mese. Sono disponibili prove alternative più legate alle caratteristiche fisiche dei materiali, quali la determinazione della rigidità dinamica.