Towards a metasurface-based acoustic treatment for control rooms and recording spaces : study, design and measurement of sound reflectors

How to bring the acoustical qualities of the large and purposely designed recording studios to smaller and less than ideal rooms? Is it entirely possible for the state of art acoustic solutions to accomodate the new trend that the places devoted to professional music recording and production are currently facing without some innovation? The promising properties belonging to the acoustic metamaterials and metasurfaces might represent an answer to these questions. The applications in the field of architectural acoustics seem really advantageous and can, potentially, change the way in which the modern spaces in which music lives are designed, but specific investigations in this sense are still lacking. The present work wants to add a contribution in this regards, considering the metasurface devices under the scope of acoustic treatment. This research has been developed with the collaboration of the company Labirinti Acustici with the goal of studying, designing and possibly producing a final device that, taking advantage of the new frontiers brought by the acoustic metamaterials, can give to the acoustician a novel way to control the sound field without being too bulky like traditional solutions. We made a review of the most promising works in this sense and identified a design scheme that allows to obtain a surface that steers the incident wave on an arbitrary angle, overcoming the classic laws of reflection and transmission. Experimental results conducted on fabricated samples with a total thickness of 7.5 cm showed that the wavefront can be redirected with good efficiency on an angle between 20° and 60° with a frequency range equal to [2000 - 18000] Hz.

Come portare le qualità acustiche di grandi studi di registrazione appositamente costruiti in stanze di dimensione ridotta e non proprio ideali? È del tutto possibile che le soluzioni di trattamento acustico allo stato dell'arte soddisfino la nuova tendenza che gli spazi dedicati alla registrazione e produzione professionale di musica stanno vivendo senza il bisogno di alcuna innovazione? Le promettenti proprietà di metamateriali e metasuperfici potrebbero rappresentare una risposta a queste domande. Le applicazioni nel campo dell'acustica architettonica sembrano davvero vantaggiose e potenzialmente potrebbero essere in grado di cambiare il modo in cui sono progettati i luoghi in cui la musica vive, sebbene manchino ancora indagini specifiche in tal senso. Il presente lavoro vuole aggiungere un contributo in merito, inquadrando i dispositivi basati sul concetto di metasuperficie nell'ambito del trattamento acustico. Questa ricerca è stata sviluppata con la collaborazione dell'azienda Labirinti Acustici con lo scopo di studiare, progettare e realizzare un prodotto finale che, sfruttando le nuove frontiere introdotte dai metamateriali acustici, possa dare al consulente acustico un nuovo modo per controllare il campo sonoro senza avere un ingombro talvolta troppo elevato come per le soluzioni tradizionali. Abbiamo fatto uno studio dei lavori più promettenti in questo senso e abbiamo identificato uno schema di progettazione che consente di ottenere una superficie in grado di dirigere l'onda incidente in direzione normale su di essa lungo un angolo arbitrario, superando le leggi classiche della riflessione e della trasmissione. Risultati sperimentali condotti su dei prototipi aventi spessore pari a 7.5 cm ha dimostrato che il fronte d'onda può essere reindirizzato con buona efficienza su un angolo tra 20° e 60° con una gamma di frequenze pari a [2000 - 18000] Hz.