Rumore

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07 aprile 2003 Il rumore e le tecniche di misura 1

IL RUMORE

Dott. Ing. Mirko RINCHI

Introduzione alle grandezze fondamentali dell’acustica, fisiologia dell’apparato uditivo, curve isofoniche, cenni alle normative sull’inquinamento acustico, tecniche di misura del rumore


Cosa è il suono?

Il suono è una percezione sensoriale, avvertita attraverso l’apparato uditivo. La trasmissione del suono presuppone la presenza di un mezzo fluido nel quale colui che avverte il suono si trovi immerso. La sensazione uditiva è legata alle variazioni di pressione del mezzo fluido. Ne consegue che:•nel vuoto non si avverte alcuna sensazione sonora;•le modalità con cui il suono si trasmette dipendono dalle caratteristiche termofisiche del mezzo e dalla geometria dell’ambiente.

Cosa è il rumore ?

Il rumore è un suono che genera nell’uomo sensazioni fastidiose che possono provocare fenomeni di insofferenza o addir ittura di dolore.

Quali cause provocano il rumore in ambiente industriale?

In ambiente industriale esistono numerose fonti di inquinamento acustico. Tra le principali si hanno:•correnti d’aria pulsanti (da pale di ventilatori, scarichi di macchine termiche, getti di gas attraverso ugelli);•urti tra parti meccaniche (presse, magli, ecc.);•motori elettric i e termici;•vortici di correnti d’aria che impattano ostacoli;•rumore connesso ad attriti di parti meccaniche in strisciamento relativo;•vibrazioni di superfici estese; •trafilamento di fluidi attraverso valvole.

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Il rumore e le vibrazioni meccaniche sono correlati tra loro ?

Il rumore è spesso provocato dalle variazioni di pressione indotte nell’aria dalle vibrazioni meccaniche delle strutture delle macchine, soprattutto da quelle parti dotate di ampie superfici esposte come ad esempio carter, strutture leggere scatolate, ecc.

Lo studio di questi fenomeni, che è noto nella letteratura scientifica sotto il nome di accoppiamento vibroacustico, è molto complesso e spesso di difficile stima.

Il rumore emesso dalle macchine e degli impianti meccanici può essere anche connesso ai cicli termodinamici dei fluidi operanti nelle macchine stesse ( ad esempio i gas di scarico). Per ridurre queste fonti di inquinamento acustico si può ricorrere ad appositi dispositivi, detti silenziatori, per i quali esistono consolidate metodologie di progetto.

Più difficile risulta controllare il rumore provocato dalle variazioni di pressione dell’aria indotte dalle vibrazioni delle parti meccaniche leggere e di grande superficie, come ad esempio le carterature. In questi casi il controllo del rumore è strettamente correlato al controllo delle vibrazioni meccaniche.

Nello schema a lato si evidenzia come il rumore possa trasmettersi all'ambiente per diversi percorsi, alcuni dei quali anche solidi, sotto forma di vibrazioni meccaniche.


Come si propaga il suono nel fluido?

Lo studio della propagazione del suono in un dato ambiente fa riferimento a modelli matematic i assai complessi basati sulle equazioni delle onde elastiche (equazioni differenziali alle derivate parziali). Ad esempio per esprimere il differenziale totale della velocità della particella fluida, esprimendo così la sua accelerazione, si deve usare l’espressione:

d/dt[u(t,r)] = δu/δt + u grad(u)

(u- vettore velocità di oscillazione della particella fluida che occupa al tempo t la posizione individuata dal vettore posizione r).

Se ad esempio si studia un flusso monodimensionale (spostamento dell’onda solo in direzione x , u=u(x,t)), l’espressione sopra riportata si semplif ica nella forma

du/dt = δu/δt + u δu/δx

Le onde sonore possono propagarsi soltanto in un mezzo fluido con proprietà elastiche

Analogamente alle vibrazioni meccaniche, le onde sonore possono formarsi solo grazie alle proprietà elastiche e inerziali del mezzo.Si consideri ad esempio un tubo pieno di un fluido, che è sollecitato ad un estremo da un pistone premente caratterizzato da una legge di moto armonica (ampiezza xo e pulsazione Ω). Detto sistema fisico genera un campo di onde sonore monodimensionale (l’oscillazione delle particelle avviene solo nella direzione longitudinale del tubo). Il fluido può essere schematizzato come una serie di elementi rappresentatida masse in cui si concentrano le proprietà di massa del fluido,collegate da molle in cui si concentrano le proprietà elastichedel mezzo.

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Si distingueranno le seguenti importanti grandezze fisiche:•l’ampiezza dell’oscillazione a regime delle diverse particelle (tale oscillazione avverrà alla pulsazione Ω del moto impresso dal pistone);•la velocità di propagazione del suono, detta comunemente velocità del suono, che dipende solo dalle proprietà fisiche del fluido (densità e proprietà elastiche);•la pressione sonora (differenza in un punto assegnato tra la pressione istantanea e quella presente in condizioni statiche, prima dell’ insorgere dell’azione di disturbo - nel nostro caso il moto del pistone).La perturbazione viene osservata da B dopo un ritardo (fase) di ∆t =L/c rispetto ad A, essendo c la velocità del suono nel mezzo fluido. Per diverse cause, che esamineremo in seguito, l’ampiezza della perturbazione della pressione in B sarà minore a quella in A. Direzione della propagazione della perturbazione di pressione

Osservatore A Osservatore BL

Tempo

Ampiezza

Tempo

Ampiezza

Altre grandezze fisiche di un onda sonora•Frequenza (f) - numero di cicli completi di oscillazione compiute dalla pressione nell’unità di tempo: Hertz (Hz);•periodo (T) - tempo occorrente alla pressione del fluido per descrivere un ciclo della sua oscillazione: secondo (s);•lunghezza d’onda (λλλλ ) - minima distanza tra due punti del mezzo fluido in cui la pressione assume identico comportamento (ad es. il valore massimo): metro (m); •ampiezza (A) - valore di picco del ciclo della pressione del mezzo fluido: Pascal (Pa);•velocità di propagazione (c) - velocità con cui si propaga la perturbazione della componente pulsante della pressione all’ interno del mezzo, detta semplicemente velocità del suono: (m/s).

Relazioni tra le grandezze:T = 1 / fC = λλλλ

/ T = λλλλ

f


Tipi di onde acustiche

In generale la pressione sonora è funzione dello spazio e del tempo p= P(x,y,z,t). Nella realtà tecnica sono però spesso presenti campi sonori più semplici. Elenchiamo i più importanti:

Onde cilindriche - sono quelle generate da una sorgente lineare che costituisce l’asse del cilindro con il quale si individuano le caratteristiche del campo sonoro; la pressione sonora sarà costante su tutti i punti di una qualunque superficie cilindrica posta a distanza r dall’asse:

p = p(r,t).

Onde piane - simili al caso visto in precedenza del pistone premente in un cilindro pieno di fluido; in un punto lungo il cilindro si noterà un andamento armonico della pressione sonora che sarà solo funzione del tempo e della distanza x dall’estremo del tubo:

p = p(x,t).

Onde sferiche - sono quelle generate da una sorgente puntiforme, collocata in un punto generico S, che emette uniformemente in tutte le direzioni dello spazio; in uno spazio omogeneo e senza ostacoli la pressione sonora avrà istante per istante lo stesso valore sui punti di una qualunque superficie sferica centrata in S. Detta r la distanza di detta superficie da S avremo:

p = p(r,t).

Onde piane generate da una superficie rigida che vibra in direzione normale a sé stessa

Onde sferiche generate da una sorgente puntiforme

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Direzionalità della sorgente

Molte sorgenti non emettono nello stesso modo in tutte le direzioni.

Pertanto per una corretta valutazione degli effetti sull’inquinamento acustico dell’ambiente occorre conoscere esattamente la risposta acustica della sorgente nelle diverse direzioni. A titolo dimostrativo si riporta il grafico polare dei rilievi effettuati a distanza costante del livello di pressione sonora rilevato intorno a un quadrireattore in fase di rullaggio sulla pista.

Comportamento analogo può avere anche un dispositivo ricettore come ad esempio un microfono che può non essere esattamente reattivo nello stesso modo ai suoni che giungono al suo organo sensibile dalle diverse direzioni.


Quali sono i campi di applicazione degli studi e delle misure sul rumore ?

Ambito civile:

•riduzione e controllo dell’ inquinamento da rumore nelle aree urbane;

•controllo del rumore in ambiente abitativo;

•progettazione di ambienti a destinazione sociale (sale riunione, cinema, teatri, sale da concerto) dotati di adeguate caratteristiche acustiche.

Verifica e rispetto dei requisiti acustici fissati da leggi e normative sul controllo del rumore

Ambito industriale:

•progettazione di macchine e impianti rispondenti alle norme nazionali e internazionali;

•misure di rispondenza delle emissioni sonore ai requisiti acustici richiesti.

•Individuazione dei percorsi di trasmissione del rumore, predisposizione di accorgimenti tendenti a limitare le emissioni acustiche;

•Analis i delle caratteristiche vibroacustiche delle macchine;

•Diagnostica sul corretto funzionamento degli impianti industriali.

Progettazione funzionale Controllo dell’ambiente di lavoro

•Progettazione dei posti di lavoro in modo da non superare i limiti dei livelli di inquinamento acustico imposti dalla legge;

•Valutazione delle dosi di rumore a cui sono sottoposti gli addetti, quand'anche siano destinati a lavori che non prevedono la permanenza durante il turno nello stesso posto di lavoro.

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GRANDEZZE FISICHE FONDAMENATALI IN ACUSTICA TECNICA

Pressione sonora p(t)Il valore istantaneo della pressione del mezzo fluido è somma di due componenti

p(t) = pa + pv(t);

pa rappresenta il valore non perturbato della pressione del fluido (corrispondente in aria con la pressione atmosferica), pv(t) rappresenta invece la componente fluttuante che è quella responsabile, come già detto, della sensazione acustica.

Se ad esempio si considera una perturbazione di tipo armonico (sinusoidale) di ampiezza p0 ,frequenza f e fase φ pv(t) = p0 sin (2 ππππ f t + φφφφ ) .

Si valuti il valore efficace di pv(t)(radice quadrata della media dei quadrati)

pe , spesso indicato semplicemente con p e misurato in Pascal (Pa), prende più semplicemente il nome di pressione sonora ed è proporzionale al contenuto energetico del suono. (In generale pv è somma di infinite componenti armoniche nella banda dell’udibile (20-20.000 Hz)).

Le grandezze fisiche fondamentali sono 3: pressione, potenza ed intensità sonora.

2/12 )(1

= ∫

T

ove dttp

Tp con T =1/f

(periodo della sinusoide)


Potenza sonora W.E’ una grandezza scalare che rappresenta l’energia emessa da una data sorgente nell’unità di tempo; la sua unità di misura è il Watt (W). Caratterizza compiutamente la sorgente di rumore. La potenza, a seconda della sorgente, può variare in un campo molto ampio :

•lieve sussurro 10-9 (W)

•auto su autostrada 10-2 (W)

•martello pneumatico 101 (W)

•aereo turbojet con postbruciatori in funzione 105 (W)

Intensità sonora I - E’ una grandezza vettoriale che, dati un punto P ed una direzione νννν da esso uscente, rappresenta il flusso di energia sonora che attraversa nell’unità di tempo la superficie unitaria perpendicolare a νννν. Il modulo dell’intensità sonora si misura in W/m2.

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I livelli delle principali grandezze acusticheLa caratteristica principale delle grandezze acustiche è quella di presentare un campo di variazione estremamente ampio. Per questo si ricorre a scale logaritmiche e si utilizza, come unità di misura, il decibel dB. Il dB non è propriamente una unità di misura acustica, ma esprime una quantità “relativa”, cioè rapportata ad una quantità di riferimento. La misura così espressa si indica con il termine di LIVELLO. Nel caso dell’acustica avremo:

Lp = 10 Log (p/p0)2 = 20 Log (p/p0) - livello di pressione sonora

LW = 10 Log (W/W0) - livello di potenza sonora

LI = 10 Log (I/I0) - livello di intensità sonoraValori di riferimento: p0 = 2x10-5 Pa (rappresenta la soglia di udibilità dell’orecchio medio a 1000 Hz) - W0 = 10-12 W - I0 = 10-12 Wm-2 (intensità della potenza di riferimento attraverso la superficie unitaria).

N.B. : I livelli sono grandezze adimensionali espresse in decibel (dB);

LI misura il modulo del vettore intensità sonora.


Come si sommano i livelli sonori ?

I livelli di due sorgenti di rumore si sommano in campo lineare !!!

ESEMPIO: si debba sommare un livello di POTENZA sonora di 55 dB con uno di 52 dB.

(Si ricordi che se log a = c allora è a = 10c )

passaggio in lineare : 1055/10 = 316230. 1052/10 = 158490.

passaggio in dB :10 Log(316230.+158490.) = 56.7Il grafico a fianco fornisce un metodo di calcolo rapido basato su una curva di incremento del livello più elevato in funzione della differenza di livello delle due sorgenti.

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ESERCIZIO:Supponiamo che in un punto a causa di una sorgente di rumore si è rilevato un livello di POTENZA sonora di 67 dB.

Quale è il livello se si attiva una ulteriore sorgente di rumore uguale alla precedente e pressappoco nello stesso punto?

RISPOSTA: la potenza sonora raddoppia pertanto per cui, detto A il valore della potenza sonora originale, abbiamo:

10 Log (2 Pot) = 10 Log (Pot) + 10 Log (2) = 10 Log (Pot) + 3per ogni raddoppio in scala lineare della POTENZA sonora del rumore emesso dalla sorgente, il livello in dB aumenta di 3 !

Se il rumore quadruplica il livello si incrementa di 6 dB, se diventa 8 volte superiore il livello si incrementa di 9 dB e così via…..seguendo le potenze di 2.

Se invece si fosse trattato di PRESSIONE sonora, con i precedenti valori in decibel si avrebbe:

20 Log (2 Pre) = 20 Log (Pre) + 20 Log (2) = 20 Log (Pre) + 6per ogni raddoppio in scala lineare della PRESSIONE sonora del rumore emesso dalla sorgente, il livello in dB aumenta di 6 !


Come si sottraggono i livelli sonori ?

I livelli di due sorgenti di rumore si sottraggono in campo lineare !!!

ESEMPIO: si debba sottrarre un livello di POTENZA SONORA di 53 dB da uno di 60 dB.

passaggio in lineare : 1060/10 = 1000000 1053/10 = 199526

passaggio in dB :10 Log(1000000-199526) = 59.03

Il grafico a fianco fornisce un metodo di calcolo rapido basato su una curva di decremento del livello più elevato in funzione della differenza di livello delle due sorgenti.

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Misure globali e/o in bande di frequenza

I livelli delle grandezze acustiche possono essere misurati globalmente per il valore che assumono in tutta la banda delle frequenze udibili, oppure in un campo più ristretto (banda). La conoscenza dei livelli in diverse bande di frequenza può risultare assai utile per valutare ad esempio il contributo sul rumore globalmente emesso delle diverse componenti armoniche. La gamma di frequenze udibili può essere suddivisa convenzionalmente in bande di ottava o in terzi di bande di ottava.(Una ottava risulta dalla suddivisione della gamma delle frequenze udibili in modo che ogni banda risulti compresa fra due frequenze che stanno tra loro nel rapporto 2:1. Ogni banda è identificata con la sua “frequenza centrale” che è la media geometrica delle due estreme)

Bande di ottava: si suddivide la gamma di frequenze udibili (convenzionalmente 20 -20.000 Hz) in 8 intervalli non sovrapposti (bande) centrati sulle frequenze: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.Terzi di banda di ottava: è una suddivisione più fine in 24 intervalli non sovrapposti centrati sulle frequenze: 31.5, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000, 6300, 8000 Hz.


Rappresentazione del rumore in bande di ottava e in terzi di bande di ottava

Si riportano a fianco tre tipici spettri in frequenza di un rumore.

Il primo spettro rappresenta l’analisi continua, dalla quale si osserva il contenuto in frequenza del segnale originale, distribuito nella banda 0-8000 Hz.

Il secondo è relativo allo stesso segnale, ma rappresentato in terzi di banda di ottava.

Il terzo riporta la rappresentazione in bande di ottava.

Si nota come nella rappresentazione per bande non si osserva il buco di frequenze nell’intervallo 4000-5000 Hz.

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Cenni di anatomia e di fisiologia dell’apparato uditivo

L’orecchio è un complicato e delicatissimo apparato che permette di trasformare i suoni e i rumori in impulsi nervosi, costituendo così il sistema sensoriale che informa il cervello di alcuni aspetti della realtà che ci circonda. Nella figura sottostante si riporta lo schema di una sezione approssimativamente frontale dell’orecchio destro.

Gli organi principali dell’udito sono:•il padiglione;• il condotto uditivo esterno;•la membrana del timpano;•la cassa del timpano;•la tuba di Eustachio;•il martello;•l’incudine;•la staffa;•il sàcculo;•la chiocciola;•il canale semicircolare.


Funzioni dei diversi organi

Il padiglione ed il condotto uditivo esterno sono organi che hanno la funzione di convogliare le onde acustiche sulla membrana del timpano.

La membrana del timpano può in termini meccanici essere assimilata ad una membrana tesache si mette a vibrare in presenza di onde di pressione differenziate agenti sulle due facce.

La cassa del timpano e la tuba di Eustachio costituiscono un canale di comunicazione con il cavo faringeo. Di conseguenza la membrana del timpano vibrerà in presenza di un differenziale di pressione tra il cavo faringeo e l’ambiente esterno (per questo motivo con la compensazione, subacqueo in immersione è capace di riequilibrare la pressione sulle due facce del timpano, alleviando così la sensazione dolorosa per l’eccessiva deformazione della membrana).

L’insieme di martello-incudine-staffa che costituiscono un vero e proprio meccanismo articolato che ha il compito di trasmettere la vibrazione del timpano ai terminali nervosi allocati nel sottosistema formato da sacculo, chiocciola e canale semicircolare.

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Gli studi di fisiologia dell’apparato uditivo hanno dimostrato quanto illustrato a fianco e cioè che le diverse frequenze “eccitano” diversi terminali nervosi della coclea e consentono di conseguenza la percezione delle componenti armoniche del rumore.


Sensibilità e dinamica dell’udito

Per quanto riguarda la potenza sonora, l’orecchio è estremamente sensibile (percepisce variazioni di pressione di 20 µPa corrispondenti a 1000 Hz alla potenza di 0.000000001 Watt e resiste a livelli molto elevati quali ad esempio quelli emessi da un jet che corrispondono ad una potenza di 1000 Watt).

Anche per la banda passante manifesta prestazioni sorprendenti con un rapporto di frequenza pari a 1000 (20-20000 Hz). A titolo di confronto si pensi che la vista ha un rapporto di frequenza pari a 2!

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Sensibilità e dinamica dell’udito

A fianco si confrontano tra loro i livelli di pressione sonora in scala lineare ed in scala logaritmica (decibel). Risalta sia la dinamica dell’udito che la comodità di rappresentazione logaritmica. (il normogramma può essere usato anche come strumento di conversione tra le due scale)

1 bar = kgf/cm2 = 9.81 N /(10-4m2) ≅ 105 Pa

(kgf = chilogrammo forza del sistema tecnico)

1 µ Pa = 10-6 Pa ≅ 10-6 10-5 bar = 10-11 bar


Esistono effetti psicofisici diversi a seconda delle caratteristiche del rumore?

Per comprendere meglio le conseguenze psicofisiche del rumore, è opportuno procedere ad una classificazione delle diverse tipologie di rumore. E’ importante notare che tali tipologie sono prese anche in considerazione dalle normative ed opportunamente trattate:•rumore continuo: caratterizzato da livello energetico relativamente costante nel tempo di osservazione;•rumore discontinuo: caratterizzato dal fatto che durante il tempo di osservazione siinterrompe più volte per periodi non inferiori al secondo;•rumore a tempo parziale: caratteristico di una sorgente che funzioni in modo continuo o discontinuo per un periodo limitato del giorno;•rumore impulsivo: caratterizzato da impulsi sonori isolati di breve durata ed intensità molto elevata chiaramente udibili nel rumore complessivo (secondo l’OSHA - Occupational Safetyand Healt Administration- sono da considerarsi impulsivi i rumori che raggiungono il loro valore di picco in meno di 0.035 s e che si ripetono nel tempo con cadenza inferiore al secondo. Esempi tipici di componenti impulsive nel rumore rilevabile in ambiente industriale sono i rumori prodotti da magli e presse);•rumore impulsivo ripetitivo: caratterizzato dalla presenza di componenti impulsive di intensità minore rispetto al caso precedente ma emessi con cadenza di ripetizione più elevata (da 30 a 600 eventi impulsivi al minuto);•rumore con componenti tonali: caratterizzato dalla presenza di una componente a frequenza fissa chiaramente avvertibile, sovrapposta al restante rumore ambiente.

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Studi di fisiologia del rumore hanno inoltre dimostrato che il disturbo dipende non solo dal livello del rumore ma anche della sua frequenza: a parità di intensità i rumori ad alta frequenza disturbano maggiormente di quelli a bassa frequenza. L'effetto della frequenza sul disturbo fisiologico è condensata nelle curve di uguale livello di disturbo, note comunemente come curve NR (Noise Rating).

Le curve uniscono i punti livello di pressione sonora che, per ogni frequenza, generano lo stesso disturbo fisiologico.

Ogni curva è individuata dal valore che essa assume alla frequenza di 1000 Hz.(ad es. la curva NR40 assume il valore di 40 dB a 100 Hz)

Il lavoro mentale è reso possibile in ambienti con livelli energetici inferiori alla curva NR=40.

I rumori compresi tra NR=40 e NR=60 producono disturbo crescente.

Sopra la curva NR=60 i rumori possono produrre dolore ed anche lesioni all’apparato uditivo.


Effetti del rumore sull’uomo

I parametri fisici che determinano il danno del rumore sull’uomo sono tre:

•il livello di pressione sonora;

•il tempo di esposizione;

•la composizione spettrale del rumore.

Per quanto riguarda l’ultimo punto uno spettro diffuso su tutta la banda udibile, genera meno disturbo di uno che evidenzi componenti tonali o concentrate su bande di 1/3 di ottava. Per questo la legislazione penalizza la presenza di componenti tonali imponendo maggiorazioni prestabilite alle misure strumentali.

Per quanto riguarda il tempo di emissione si osserva che l’orecchio non manifesta fenomeni di adattamento e che il tempo di recupero, a parità di livello, cresce notevolmente con il tempo di esposizione.

Indicazione esemplificativa degli effetti sull’uomo del livello di pressione sonora

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Curve isofoniche

Sono importanti perché le normative fanno riferimento ad esse per pesare il rumore rilevato sperimentalmente.

Rappresentano il livello di pressione sonora che deve possedere un tono puro al variare della frequenza per indurre la stessa sensazione uditiva rispetto ad una frequenza di riferimento (1000 Hz), cioè la stessa sensazione che si avverte a 1000 Hz.

La sensazione uditiva si misura in phon e le curve relative si dicono isofoniche

Il grafico è noto anche come Audiogramma normale per toni puri ed è raccomandato dalla normativa ISO - R226. Esso è stato ricavato sperimentalmente da un campione significativo di tutta la popolazione.


Filtri di pesatura del rumore

Per valutare con gli effetti fisiologici del rumore occorre tenere conto del fatto che l’orecchio non è ugualmente sensibile a tutte le frequenze. Il contenuto di frequenza corrispondente alla massima sensibilità dovrà nella valutazione essere penalizzato rispetto ai contenuti per i quali l’orecchio è meno sensibile. Pertanto occorre correggere le misure di rumore con filtri di pesatura. Il filtro più usato, imposto dalle normative anche per il rumore in campo industriale è la così detta pesatura A, che fa riferimento alla curva isofonica di 40 phon.

Si adottano tali curve di pesatura per fare in modo che, da una misura di una grandezza fisica (la pressione sonora), sia possibile “misurare” le sensazioni uditive. Nel tentativo di simulare la risposta dell’orecchioumano alla pressionesonora, occorre attenuare la pressione sonora dei suoni alle frequenza più basse, a cui siamo meno sensibili.

Le misurazioni del rumore corrette secondo queste

curve si indicano con dB(A), dB(B),

ecc.

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Livelli tipici di pressione sonora (SPL) e potenza sonora (LW) di macchine installate da Nuovo Pignone

Sorgente Sonora SPL (dB A) (1) LW (dB A)

Compressori centrifughi 80 90 95 110

Turbine a vapore 85 95 100 115

Pompe centrifughe 70 90 85 110

Cabinati turbine a gas 75 90 100 115

Compressori alternativi 80 90 95 110

Aerorefrigeranti

Torri evaporative di grandi dimensioni (2)

70 85 90 120

Motori elettrici e generatori 75 90 90 110

Moltiplicatori 75 95 90 115

(1) - Misurate ad una distanza di 1 m dal basamento.

(2) - In questi casi si dovrà tener conto anche dell’altezza. Dovrà inoltre essere specificato un valore ad una distanza definita.


Il rumore e l’ambiente di lavoro

Nell’ambiente di lavoro il rumore costituisce una delle cause di maggior disagio, potenzialmente causa anche di invalidità con pesanti conseguenza individuali e sociali.

La normativa vigente (basata sulla norma ISO 1999) è assai rigorosa ed impone ben precisi obblighi sia al datore di lavoro che al dipendente. Il concetto base è quello di dose di rumore, intesa come l'accumulo dell’energia sonora subita durante il tipico turno di lavoro:

dose = (livello di intensità del rumore)·(durata dell’esposizione).

La normativa è comunque in fase di studio in quanto allo stato attuale, pur essendo chiaramente indicate le dosi massime, lascia completa discrezione all’operatore di effettuare le misure come, dove e per quanto ritiene opportuno!

La misura viene effettuata con fonometri integratori capaci di fornire direttamente la dose di esposizione in dB(A), come richiesto dalle normative.

Si può procedere a suddividere l’ambiente di lavoro in celle all’interno delle quali effettuare misure in postazione fissa, ottenendo così una mappatura della rumorosità ambientale.

Per lavoratori che non occupano postazione fissa di lavoro, esistono mezzi strumentali sofisticati quali caschi strumentati che l’addetto deve portare durante l’attività lavorativa. A fine turno può rilevare il valore da tenere sotto controllo, opportunamente registrato.

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La prevenzione

La prevenzione dai rischi da esposizione a rumore deve prevedere la riduzione entro i limiti di sicurezza della dose di rumore assorbita dal soggetto esposto. Si può procedere per tre vie:

•riduzione del rumore emesso alla fonte apportando alla sorgente modifiche adeguate allo scopo (è la via più radicale, ma spesso assai difficile da realizzare);•interventi sulle caratteristiche di assorbimento del locale;•dotare gli addetti di apparecchi di protezione di adeguate caratteristiche isolanti (è l’ultima risorsa da approntare nei casi estremi in ambienti fortemente inquinati).

Le fonti più attendibili prevedono come l’assorbimento di 80 dB Leq(A) dell’indice TLV (livello di sicurezza per una esposizione di 8 ore al giorno, 40 ore settimanali e per tutto l’arco della vita lavorativa) non producano alcun danno all’apparato uditivo.Il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato A è definito dalla relazione:

dove pA(t) è il valore istantaneo della pressione sonora ponderata secondo la curva “A”; p0 è la pressione di riferimento; T è l’intervallo di tempo di integrazione; Leq(A),T esprime il livello energetico medio del rumore ponderato in curva “A”, nell’intervallo di tempo considerato.Non essendo facile ottenere tale limite anche con i macchinari più moderni, i limiti di TVL adottati dai principali paesi sono indicati in 85 Leq(A).

In corrispondenza a tale limite dopo 30 anni l’8% degli esposti risulta ipoacuso (Glorig 1973)!

)(1

log100

20

2

),( AdBdtpp

TLeq

TA

TA

= ∫


Il livello attualmente proposto dalla normativa CEE (90 dB Leq(A)) determina secondo lo stesso autore dopo 30 anni una ipoacusia permanente nel 18% degli esposti.

Non essendo sempre possibile ridurre il livello di rumore esistono normative ISO che impongono di ridurre i turni negli ambienti a rischio , dimezzando il tempo di permanenza per ogni incremento di 3 dB sopra TVL= 85 Leq(A)/8 ore di esposizione.

Esiste anche la possibilità di imporre l’uso di dispositivi di protezione:

•lanapiuma protettiva;

•tamponi auricolari;

•cuffie antirumore.

E stato dimostrato che i rumori più pericolosi sono quelli nel campo di frequenze 1000-6000 Hz

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Propagazione del rumore nel fluido

Occorre distinguere due casi:

Ambiente libero:il suono non incontra ostacoli nel suo percorso, come ad esempio all’aperto in assenza di barriere e trascurando le riflessioni al suolo.

A livello sperimentale può essere realizzato tramite una camera con pareti perfettamente assorbenti (camera anecoica)

Ambiente riverberante:il suono viene perfettamente riflesso dalle pareti, creando all’interno dell’ambiente un campo diffuso, così detto perché non si riesce a distinguere un punto origine delle perturbazioni acustiche.

A livello sperimentale può essere realizzato tramite una camera con pareti perfettamente riverberanti (camera riverberante)

Ovviamente le due situazioni rappresentano condizioni ideali . Nella realtà non ci troveremo mai esattamente nelle due ipotesi soprastanti. Si fa riferimento ad esse perché semplificano notevolmente lo studio dei problemi di acustica pratica.


Propagazione del rumore in campo libero

La propagazione dipende dal tipo di sorgente. Le sorgenti a cui si fa più frequentemente riferimento sono:

•sorgente puntiforme (una macchina a sufficiente distanza può essere considerata puntiforme);

•lineare (una autostrada percorsa da grande traffico può essere pensata come una curva che emette rumore da ogni sui segmento);

•altre più complesse in funzione della superficie emittente.

L’energia sonora di un volume dello spazio diminuisce allontanandosi dalla sorgente per diverse cause che esamineremo nel seguito.

La propagazione è anche influenzata da eventuali ostacoli incontrati dalle onde acustiche nel loro percorso.

Esamineremo per semplicità solo il rumore emesso da una sorgente puntiforme.

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Campo libero:livello di pressione sonora prodotto da una sorgente puntiforme

Assenza assoluta di ostacoliIn tale caso, del tutto ipotetico, una sorgente puntiforme collocata nel punto P genera un campo di onde sonore sferiche che si propagano con la stessa velocità in tutte le direzioni uscenti da P (divergenza). In tali condizioni si dimostra facilmente che il legame tra il livello di potenza sonora (dato caratteristico della sorgente) ed il livello di pressione sonora in un punto distante r da P è il seguente:

Lp = LW - 10Log(4ππππr2) = LW - 2·10Log(r) - 10Log(4ππππ) = LW - 20Log(r) - 11.(basta considerare che la pressione sonora è ottenibile dividendo la potenza sonora per la superficie sferica)

Campo emisferico (presenza del suolo, considerato perfettamente riflettente)Essendo metà la superficie attraversata alla distanza r rispetto al caso precedente abbiamo:

Lp = LW - 10Log(2ππππr2) = LW - 20Log(r) - 8.

N.B. L’accezione di sorgente puntiforme è del tutto generale: infatti a distanza sufficiente, non solo una macchina, ma addirittura un’intera fabbrica può essere considerata puntiforme.

Nelle relazioni si è tenuto conto soltanto del fenomeno della divergenza per il quale la pressione sonora si attenua con la distanza dalla sorgente anche in assenza di perdite energetiche.


Effetto di attenuazione del livello del rumore con la distanza (divergenza)

Sorgente puntiforme (campo sferico); caso 1:

per ogni raddoppio della distanza dal centro il livello dell’intensità sonora diminuisce di 6 dB

Sorgente lineare (campo cilindrico); caso 2:

per ogni raddoppio della distanza dall’asse il livello dell’intensità sonora diminuisce di 3 dB

Sorgente piana, onde piane (non c’è divergenza); caso 3:

il livello dell’intensità sonora non cambia con la distanza

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Legame tra livelli di pressione sonora in punti diversi

Le relazioni riportate nella pagina precedente consentono di determinare il legame esistente tra i livelli di pressione acustica in due punti distinti del campo libero. Infatti considerando di operare in un campo acustico libero semisferico ed indicando con i pedici 1 e 2 due punti posti rispettivamente a distanza r1 ed r2 da una sorgente caratterizzata dal livello di potenza sonora LW avremo:

Lp1 = LW - 20Log(r1) - 8 ---------------- Lp2 = LW - 20Log(r2) - 8dalle quali per differenza otteniamo

Lp1 - Lp2 = 20Log(r2) - 20Log(r1) = 20Log(r2/ r1)

La relazione precedente è di fondamentale importanza pratica perché consente di stimare il livello di pressione sonora in un punto qualunque noto che sia, ad esempio tramite la sua misura, il livello di pressione sonora in un altro punto.

Si noti che è semplice misurare il livello di pressione sonora, ma non è possibile misurare direttamente la potenza sonora emessa da una data sorgente.


Esempio di calcolo:Tramite un fonometro di adeguate caratteristiche si è provveduto a rilevare il livello di pressione sonora a 30 m da un impianto posto all’aperto in ambiente pressoché privo di ostacoli (l’impianto è di dimensioni tali per cui può essere approssimato come sorgente puntiforme). Il risultato della misura è il seguente:

Lp = 82 dB.

Quanto sarà il livello alla distanza di 90 m?

Risposta: Si utilizza la formula della precedente diapositiva per cui semplicemente

Lp = 82 - 20Log(90/30) = 82 - 9.54 = 72.46 dB

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Propagazione del rumore in ambiente libero ed effetti diversi dalla divergenza

La formulazione precedente, per quanto corretta, è del tutto teorica in quanto non tiene conto né della eventuale direzionalità della sorgente né dei fenomeni di attenuazione diversi dalla divergenza.

I principali fenomeni attenuativi diversi dalla divergenza sono i seguenti:

•attenuazione dovuta ad ostacoli o barriere Ab;

•attenuazione dovuta all’assorbimento dell’aria Aa;

•attenuazione per effetto suolo As.

In ambiente libero può avere anche grande influenza la conformazione del suolo e la presenza di vegetazione.

Esuliamo da una trattazione completa perché l’argomento è più di interesse ambientale che industriale. Se si volesse completare l’esempio della precedente diapositiva si dovrebbero detrarre dal valore risultante i tre termini sopra indicati. Per una loro valutazione i rimanda ad es. a: Harris “Manuale di controllo del rumore” (editrice Tecniche Nuove)


Effetto degli ostacoli lungo il percorso del rumore

Come già detto la perturbazione si trasmette in aria con la velocità del suono, tipica del mezzo e dello stato termofisico in cui si trova (nell’aria in prima approssimazione la velocità di propagazione è proporzionale alla temperatura centigrada). Trascurano la natura ondulatoria del fenomeno, la propagazione del suono segue le leggi dell’ottica geometrica:

• in assenza di ostacoli il raggio sonoro si propaga lungo una linea retta;

•incontrando un mezzo diverso dà luogo ai fenomeni della riflessione e della rifrazione.Rifrazione: vale la legge di SNELL: nell’attraversare la superficie di separazione di due mezzi omogenei e isotropi diversi, il raggio rifratto giace sul piano individuato dalla normale alla superficie di separazione e dal raggio incidente, formando con esso un angolo che rispetta la relazione:

(c1 e c2 rappresentano la velocità del suono nei due mezzi)

1

2

cc

sinsin

i

t =νν

Riflessione:incontrando la superficie di separazione di due mezzi omogenei ed isotropi, si genera un raggio riflesso che forma con la normale alla superficie un angolo uguale a quello del raggio incidente (nello stesso modo si comporta una biglia colpendo la sponda del biliardo in assenza di “giro”)

R

T

I νi νr

νt

I - raggio incidente,

R - raggio riflesso,

T - raggio rifratto.

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La diffrazione

Non è possibile trascurare la natura ondulatoria del suono quando questo incontra un ostacolo o attraversa una apertura. Nascono infatti fenomeni (presenti anche in ottica) noti come diffrazione delle onde. Il campo sonoro subisce delle deformazioni che dipendono dalla forma dell’ostacolo e dalla lunghezza d’onda. Un ostacolo può essere “trasparente” per onde più lunghe di una sua dimensione caratteristica e generare diffrazione per onde sonore di lunghezza più piccola e confrontabile con la dimensione caratteristica dell’ostacolo.

Illustrazione schematica del fenomeno della diffrazione

Altro fenomeno acustico tipico della natura ondulatoria del suono:

•formazione di ombra acustica (assenza di percezione) in zone vicine ad aperture per lunghezze d’onda inferiori alla dimensione dell’apertura stessa.


Altri effetti di distorsione del campo sonoro in ambiente libero

Distorsione del campo sonoro per effetto di gradienti termici negativi (sopra) e positivi (sotto)

Distorsione del campo sonoro per effetto del vento

Effetto dell’umidità atmosferica

L’umidità percentuale dell’aria ambiente ha grande influenza sulle proprietà attenuanti del mezzo: il grafico fa riferimento all'attenuazione (temperatura

aria 5°C) dell’intensità sonora, per ogni metro, al variare dell'umidità relativa e della frequenza del suono, alle basse frequenze.

Il massimo effetto si ha con umidità relativa del 30% con una perdita di 12 dB ogni 100 m. In genere si hanno attenuazioni molto inferiori. In media si può stimare una perdita di 0,5 dB ogni 100 m alle basse frequenze e di 1 dB alle frequenze medie.

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Rumore in ambiente chiuso

In tali condizioni il problema è dominato dalla presenza di ostacoli e dalla riflessione (totale o parziale) delle onde sonore da parte delle pareti delimitanti l’ambiente (compresi il pavimento e il soffitto). Entro certi limiti dipendenti dalle dimensioni dell’ambiente si possono trascurare i fenomeni di assorbimento (soprattutto alle basse frequenze) e di deviazione per vento e gradiente termico.

I problemi di acustica in ambiente chiuso si possono risolvere con due approcci:

•acustica statistica (in voga fino agli anni 60 ed ancora utile per valutazioni di massima);

•acustica geometrica (più precisa ma affrontabile solo grazie alla potenza dei moderni sistemi di calcolo con software specifico).

Acustica statistica

dà una valutazione media delle proprietà acustiche dell’ambiente, ipotizzando che al suo interno si formi un campo perfettamente diffuso (le onde sonore giungono in ogni punto da tutte le direzioni).

Acustica geometrica

tiene conto della natura ondulatoria del fenomeno studiando la propagazione del suono sotto forma di raggi e tenendo esattamente conto della geometria dell’ambiente, ostacoli interni compresi.


Acustica statistica

Si basa sull’ipotesi che i fenomeni riflessivi siano così diffusi da poter in pratica considerare quanto segue:•l’energia sonora si dirige con uguale probabilità in tutte le direzioni;•i materiali delimitanti l’ambiente si comportano tutti allo stesso modo, assumendo in pratica proprietà medie;•non esistono percorsi preferenziali alla propagazione delle onde acustiche.

In tali ipotesi comunque si pensi orientata una superficie unitaria dentro l’ambiente essa viene attraversata nell’unità di tempo dalla stessa quantità di energia sonora su entrambe le facce, quindi l’intensità sonora è nulla in qualunque punto del campo.

Si può ragionare sono in termini di densità energetiche (energia sonora contenuta nell’unità di volume ambiente). L’unica misura di riferimento è quella del livello di pressione sonora (rapportabile a meno di una costante di riferimento all’intensità sonora).

Il fenomeno acustico si manifesta in tre fasi distinte:•fase a) - attivazione della sorgente in condizioni di ambente corrispondenti a quelle della pressione di riferimento;•fase b) - sorgente attiva e ambiente in condizioni di regime stazionario (le condizioni sonore non mutano nel tempo);•fase c) - spegnimento della sorgente (non di particolare interesse).

Fase a) L’energia sonora colpisce le pareti e viene in parte assorbita ed in parte riflessa; in ogni punto dell’ambiente l’energia sonora presente cresce gradualmente fintantoché non si raggiunge la fase b). Il campo sonoro cresce con legge esponenziale ( p(t)= pr(1-e-αααα t), essendo pr la pressione sonora a regime) per cui in una prima fase cresce molto rapidamente, tendendo asintoticamente alle condizioni stazionarie. Dal punto di vista tecnico questa fase non interessa, salvo che la dinamica di salita non sia così brusca (“rumore impulsivo”) da determinare comportamenti che possono provocare fenomeno fisiopatologici.

Fase b) In questa fase tutta l'energia immessa nell’ambiente dalla sorgente viene assorbita (dalle pareti, dagli arredi, perfino dagli abiti dei presenti!) e pertanto il livello del rumore non sale più.

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Una semplice relazione consente di correlare le caratteristiche di fonoassorbimento del locale con il livello sonoro: Lp = LW + 6 - 10 Log AIn cui si ha:LW: il livello di potenza sonora della sorgente,Lp : il livello di pressione sonora della sorgente,A: l’assorbimento sonoro complessivamente attribuibile all’aria, alle persone ed agli oggetti presenti, alle pareti, ecc...N.B. la formula soprastante vale anche per analisi fatte per bande di ottava!Detta formula è solitamente usata per eseguire una valutazione preliminare: nota la potenza della sorgente e la capacità di assorbimento complessivo, si ricava il livello medio di pressione sonora di un dato ambiente. Di solito l’ambiente non può essere considerato né perfettamente libero, né perfettamente diffuso.Al posto della formulazione precedente ne può essere usata un’altra che considera il campo semiriverberante. L’effetto sonoro è somma di due contributi: contributo diretto (la potenza emessa della sorgente ipotizzata in campo libero) e contributo riverberato (una frazione del contributo diretto risultante dalla riflessione delle pareti).Si ottiene la formula: Lp = LW + 6 + 10 Log(Q/(4ππππr2)) - Log Ra

essendo:•Q la direttività della sorgente (rapporto tra l’intensità nella direzione che unisce il punto di valutazione con la sorgente ed il suo valore medio spaziale);•Ra=A/(1-a) con a il valore medio del coefficiente di assorbimento delle pareti (per la definizione del coefficiente di assorbimento).Il valore di A viene in genere misurato attraverso il tempo di riverbero.

DEFINIZIONE: chiamasi tempo di riverbero di un dato ambiente il tempo occorrente affinché il livello di pressione sonora si abbatta di 60 dB( 220 Volte in scala lineare!) dopo che una sorgente sia stata disattivata

Per il calcolo del coefficiente di assorbimento si utilizza la misura el tempo di riverbero T. Dal tempo di riverbero si calcola A dall’inversione della formula di Sabine : T = 0.16 V/A

essendo V il volume (m3) dell’ambiente ed A il suo assorbimento globale. Si ottiene: A = 0.16 V/T


Esistono normogrammi del tipo di quello sotto riportato che facilitano il calcolo dell’attenuazione del campo sonoro con la distanza r dalla sorgente (in campo

semiriverberante) al variare della costante R e della direzionalità Q della sorgente stessa.

dB

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Caratterizzazione acustica dei materiali

Qualunque materiale che si intenda utilizzare per interventi nel settore del controllo passivo del rumore deve garantire due prestazioni:

fonoisolamento fonoassorbimento

Definizione delle proprietà fonoisolanti e fonoassorbenti.

Si considerino due soggetti A e B che occupano due ambienti distinti, separati tra loro da una parete. Nell’ambiente occupato da A è presente una sorgente di rumore S. Se lo scopo è quello di massimizzare il comfort dell’ambiente, A dovrà fare in modo che tutte le pareti abbiano forti proprietà fonoassorbenti, mentre B si dovrà preoccupare che il setto divisore abbia ottime proprietà fonoisolanti.

A B

S

Nozioni base di isolamento ed assorbimento acustico


Bilancio energetico di un’onda acustica incidente su una parete

Con un ragionamento elementare possiamo immaginare che un onda acustica di energia EI che colpisce una parete si suddivide in tre quote parti:

•una quota ER si riflette nell'ambiente stesso;

•una quota ET attraversa la parete;

•una quota EA viene assorbita dalla parete stessa.

La direzione della quota riflessa, viene semplicemente calcolata con la legge della riflessione speculare (il raggio riflesso in un punto forma con la normale alla parete lo stesso angolo del raggio incidente), a meno che non sia presente il fenomeno della diffusione (la scabrezza della superficie fa in modo che il raggio incidente non viene riflesso in una direzione preferenziale, ma in tutte le direzioni).

EI

ER

EA

ET

Diffusione

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Un più attento esame, svolto in termini di bilancio energetico, consente di osservare che, come schematizzato nella figura a fianco, il fenomeno è in realtà più complesso. Infatti la quota parte riflessa è in realtà composta della parte (1) direttamente riflessa dalla parete e dalla quota (2) che rappresenta la quota dell’energia assorbita che viene poi riemessadalla parete dalla stessa parte del suono incidente.

E’ evidente che la ripartizione dell’energia nelle diverse quote dipende da diversi fattori quali le proprietà fisiche degli ambienti e della parete. In particolare si può osservare che la quota assorbita attraverserà la parete con la velocità del mezzo (in genere molto più alta della velocità del suono nei due ambienti separati). Parte di essa verrà trasformata in calore e vibrazioni interne del materiale costituente la parete. La quota trasmessa all’altro ambiente dipenderà sia dalle vie di fuga interne alla struttura che dalla vibrazione dell’interfaccia, che varierà la pressione dell’aria ambiente trasmettendo una parte del rumore.

N.B. le considerazioni fatte sono di carattere sommario perché le quote dipenderanno, oltre che dal materiale, anche dalla frequenza del suono


Caratterizzazione delle proprietà acustiche delle pareti

Dopo aver svolto alcune considerazioni di carattere fisico-tecnico, caratterizziamo analiticamente il fenomeno dell’assorbimento e dell’isolamento dei pannelli o pareti divisorie.

Detti:

EI , l’energia sonora incidente sulla parete; EA , l’energia assorbita dalla parete;

ER , l’energia riflessa dalla parete; ET , l’energia trasmessa all’ambiente adiacente;

per il principio di conservazione dell’energia, dovremo avere

EI = EA + ER + ET .

Dividendo membro a membro per EI , otteniamo

1 = EA/ EI + ER / EI + ET/ EI = a + r + t.

I tre coefficienti adimensionali minori di 1 a, r, t caratterizzano completamente le proprietà acustiche della parete e prendono rispettivamente il nome di coefficiente di assorbimento, coefficiente di riflessione e coefficiente di trasmissione.

N.B. a,r,t variano con la frequenza dell’onda acustica

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Confusione tra potere assorbente e potere fonoisolante di una parete

Spesso si fa confusione tra potere isolante e potere assorbente di una parete. Addirittura in passato si utilizzavano materiali dotati di buone caratteristiche di isolamento termico anche come isolanti acustici (non necessariamente le due caratteristiche coincidono!!!).Nella figura accanto si osserva come dal punto di vista dell’assorbimento (comfort acustico dell’ambiente rumoroso), la soluzione A (isolante acustico + parete in legno) sia perfettamente equivalente alla soluzione B (isolante acustico + parete in mattoni). Viceversa dal punto di vista dell’isolamento la soluzione B è molto più efficace.

L’efficacia dell’isolamento aumenta in genere, a parità di spessore, con la densità della parete. Una lastra di piombo risulterebbe molto più efficace della parete in mattoni!N.B. Grande attenzione va dedicata alla cura con cui si realizzano le giunzioni:

l’efficacia di una parete isolante può risultare compromessa dalla fuga di rumore attraverso le giunzioni verticali ed orizzontali della parete con il resto della struttura

r = 0.3α = a+t = 0.7


I materiali e le soluzioni tecniche per migliorare la fonoassorbenza

E bene osservare che nessuna parete può essere perfettamente riverberante. L’assorbimento è dovuto infatti anche grazie ai fenomeni termofisici che avvengono nello strato d’aria che lambisce la parete stessa:

• raggio incidente perpendicolare alla parete - in un sottile strato d’aria adiacente alla parete si generano onde di pressione riflesse che ne scaldano, per attrito interno, lo strato superficiale. La parete, a causa della maggiore inerzia termica, non varia nel breve periodo la sua temperatura per cui si generano scambi termici irreversibili tra la parete e lo strato superficiale d’aria che dissipano in parte l’energia sonora;

•raggio incidente inclinato rispetto alla parete - la componente trasversale innesca moti ondulatori che dissipano parte dell'energia sonora per attrito viscoso tra strati d’aria adiacenti.

Per migliorare le proprietà fonoassorbenti della parete si possono adottare tre soluzioni:

•materiali porosi;

•risonatori acustici;

•pannelli vibranti.

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Materiali porosi

Un materiale poroso è caratterizzato da una matrice solida contenete numerose piccole cavità. Esempi: tessuti, materiali fibrosi, cotone idrofilo, lana di vetro, lana di roccia, resine espanse, laterizi porosi, ecc.. L’onda sonora tende a penetrare all’interno del materiale poroso ma il fenomeno dell’assorbimento di energia (per scambi termici irreversibili già descritto) avviene su una superficie molto estesa alla quale partecipano le cavità interne. Pertanto il fenomeno dell’assorbimento viene esaltato. Comunque siano realizzato i pannelli (per tessitura, per stampaggio, legando i materiali componenti con collanti od altre tecnologie particolari), possono essere schematizzati come tanti tubicini affiancati, ricavati in direzione perpendicolare alla superficie del pannello. All’interno di questi si generano delle onde sonore che in certe condizioni possono entrano in risonanza (l’energia dissipata per attrito con le pareti del tubicino, diventa così molto elevata). L’entità del fenomeno dipende dalla lunghezza d’onda del rumore (certe frequenze potranno pertanto essere assorbite più di altre).

Le proprietà fonoassorbenti di uno strato di materiale poroso dipendono dal suo spessore e da una grandezza fisica facilmente misurabile in laboratorio detta “resistenza al flusso d’aria” Rf.Il pannello è in genere realizzato stratificando il materiale poroso (non resistente) su un supporto dotato di resistenza meccanica. Di conseguenza l’onda sonora attraversa lo strato poroso e subisce il fenomeno della riflessione sullo strato di supporto, riattraversando in senso opposto il materiale poroso stesso. L’efficacia dello smorzamento dipende sia dalla lunghezza d’onda del rumore che dallo spessore dello strato isolante: il massimo dell’efficacia si ha nei punti in cui è massima la velocità di oscillazione della particella d’aria (multipli di quarto di lunghezza d’onda). Nei grafici si riporta, per un determinato tipo di materiale, l’andamento del coefficiente di assorbimento a in funzione del rapporto d/λ tra lo spessore dello strato poroso e la lunghezza d’onda del rumore per diversi valori di Rf. Il coefficiente di assorbimento è quindi funzione della frequenza del rumore per diversi spessori dello strato poroso: le basse frequenze sono le più difficili da assorbire (si potrebbe mettere un sottile strato poroso a circa un quarto di lunghezza d’onda dalla parete, ma si peggiorerebbe il comportamento alle alte frequenze).


Risonatori acustici

Un risonatore acustico (vedi figura a fianco) è costituito da una cavità comunicante con l’ambiente attraverso un foro (collo del risonatore). Se un'onda acustica ha lunghezza abbastanza grande rispetto alle dimensioni della cavità e se il collo ha dimensioni abbastanza piccole rispetto a quelle della cavità, l’aria contenuta all’interno della cavità stessa si comporta come quella contenuta in compressore alternativo con pistone oscillante. Il sistema fluido, indicando con c la velocità del suono e tenendo conto delle notazioni riportate in figura, è caratterizzato da una frequenza propria pari a:

fr = c/(2π)[S/(V(L+0,8D))]1/2.

Le frequenze del rumore molto vicine a fr attraversano il collo con velocità molto elevata e pertantorisultano molto attenuate a causa dei fenomeni dissipativi.

Il risonatore acustico è molto selettivo e funziona bene alle basse frequenze.

Per ottenere il massimo effetto si potrebbe combinare una parete porosa con una serie di risonatori acustici, ma per le difficoltà intrinseche non è una soluzione molto usata. Esistono anche soluzioni combinate in cui la cavità risonante è riempita di materiale poroso.

Una moderna variante del risonatore acustico è costituita da una pannellatura rigida, posta in opera a una data distanza dalla parete (l’intercapedine può anche essere riempita di materiale poroso). Sulla pannellatura sono praticate una serie di aperture di forma e dimensioni variabili (fori circolari di diverso diametro, asolature ed altro). Il complesso funziona come una serie di risonatori acustici accordati a diverse frequenze ed aventi in comune la cavità risonante. In luogo dei fori potrebbero essere usate anche una serie di doghe variamente distanziate tra loro.

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Pannelli vibranti

Il tipico pannello vibrante è realizzato con lastre flessibili e non porose (quindi impermeabili al suono). La pannellatura viene realizzata in modo da creare un intercapedine chiusa della profondità di qualche centimetro e nell’intercapedine si può o meno predisporre del materiale poroso. Al posto dei pannelli, certe volte trovano impiego delle membrane elastiche opportunamente tensionate durante la messa in opera. Il fenomeno dell’assorbimento acustico e di conseguenza l’efficacia del complesso dipende essenzialmente da due fattori concomitanti:

•la lastra sottile o la membrana possiedono di per sé infinite risonanze, molte delle quali ricadono nel campo di frequenze udibili e pertanto parte dell’energia sonora viene trasformata in energia di vibrazione, attenuando il rumore nell’intorno di ben determinate frequenze;

•per altre frequenze la lastra, se è vincolata con sopporti cedevoli, si comporta come un corpo rigido che vibra in direzione normale alla sua superficie, comprimendo l’aria intrappolata nell’intercapedine ( l’energia che serve per generare la vibrazione della lastra viene sottratta all’energia sonora incidente sulla lastra stessa).Il primo meccanismo di assorbimento è assai complesso; per la progettazione dei pannelli che funzionano sfruttando secondo meccanismo si usa la formula: fr = c/(2ππππ)[(ρρρρ0S)/Md)]1/2

essendo: c, la velocità del suono, ρ0 la densità di massa dell’aria, S la superficie frontale della lastra, M la massa della parte vibrante e d la profondità dell’intercapedine.Il contributo dei modi flessionali è trascurabile e può assumere una qualche importanza solo quando lo strato d’aria dietro la lastra diventa molto grande (come avviene ad esempio per i vetri di una finestra).

L’efficacia dipende solo dalle proprietà smorzanti della lastra vibrante (per questo si interpone materiale poroso)Il pannello vibrante da un lato assorbe energia sonora ma dall’altro la reirradia vibrando: pertanto la sua efficacia dipende dalla proporzione tra energia assorbita ed energia reirradiata.Con smorzamento piccolissimo il pannello restituisce praticamente tutta l’energia assorbita; con smorzamento molto alto la struttura praticamente non vibra.

Esiste uno smorzamento ottimale che rende massimo l’assorbimento di energia sonora da parte del pannello.


Soluzioni tecniche per l’isolamento acustico

Si possono percorrere due strade:

•A) costruire una parete molto pesante (o con materiale di grande densità: es. lastre di piombo);

•B) realizzare strutture leggere, stratificate interponendo strati portanti con starti porosi o vuoti (comunque tra uno strato portante e l’altro deve sussistere un collegamento elastico assai flessibile).

(A)-pareti pesanti

Per progettare secondo il criterio A) si ricorre alla così detta legge di massa: R = 20 Log(σf)-42.5essendo: R (funzione della frequenza del suono) il potere fonoisolante di una parete, σ la massa per unità di superficiedella parete (Kg/m2) ed f la frequenza dell’onda sonora.

La relazione soprastante è valida soprattutto per onde piane che investono perpendicolarmente la parete. In caso di onde caotiche è più accreditata la relazione: Rc = 18 Log(σf) - 44.

La formulazione precedente è valida per pareti di pietra di vecchia costruzione.

INCONVENIENTE: peso eccessivo e costo di realizzazione troppo alto

(B) -pareti leggere

Rappresentano la soluzione più moderna e sono realizzate alternando starti portanti, realizzati con materiali poco adatti a trasmettere le vibrazioni, con strati porosi o intercapedini con aria.

Spesso per stimare il potere fonoisolante di una parete composta si usa come indice di qualità la differenza tra il suo effettivo potere isolante e quello di una parete omogenea di massa superficiale pari a quella della parete composita (utilizzando la formula di massa precedentemente vista).

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Regione I - (basse frequenze) risulta fortemente influenzata dalle risonanze meccaniche e dalle realizzazione dei vincoli strutturali (ancoraggio della parete lungo i suoi bordi) le risonanze sono quelle di moto rigido di tutta la parete sulle sue giunzioni;

Regione II- (medie frequenze) - in questa zona è valida la legge della massa;

Regione III- (alte frequenze) - in questa zona insorgono vibrazioni flessionali proprie della parete che ne abbassano il potere fonoisolante rispetto a quello previsto con la legge della massa.

Si analizza il comportamento tipico di una parete divisoria al variare della frequenza del rumore (il ragionamento è valido sia per il tipo (A) che per quello (B)).

Pote

re fo

nois

olan

te(d

B)


Pareti composte da superfici dotate di proprietà fonoisolanti diverse

Una parete non è in genere omogenea e può essere composta di parti che presentano proprietà acustiche diverse (si pensi ad esempio alla presenza di aperture, porte, finestre, ecc.).Detti:•S, la superficie totale della parete,•Si, la superficie della i-esima parte componente,•Ri, il potere fonoisolante della i-esima parte componente;il potere fonoisolante dell’intera parete si ottiene come media pesata delle parti componenti, assumendo come peso la superficie di ciascuna parte:

R = - 10 Log (1/S Σ i Si 10-Ri/10 ).La valutazione degli effetti di aperture molto piccole risulta sottostimata a causa della diffrazione. Ricerche sperimentali hanno ad esempio dimostrato che il potere fonoisolante di una parete in mattoni di 12 m2 di superficie con una porta di 2m2 passa da 31,5 dB a 17 dB semplicemente lasciando tra porta e telaio un gioco di 1 mm!

Le proprietà acustiche di una parete sono caratterizzate dal coefficiente di assorbimento anche in funzione della frequenza del suono incidente sulla parete stessa. Spesso i fornitori si limitano a dare il valore del coefficiente di assorbimento per bande di ottava (o meglio per terzi di banda di ottava).

La normativa ISO 717/1 impone al fornitore di comunicare anche il noise reduction factor (NRC)definito come la media dei valori assunti dal coefficiente di assorbimento nelle bande centrate sulle frequenze 125, 250, 500, 1000, 2000 e 4000 Hz.

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Il diagramma a fianco serve per valutare il potere fonoisolante risultante dalla composizione in parallelo di pareti di materiale diverso.

L’indice di attenuazione si ottiene dall’intersezione della retta verticale tracciata in corrispondenza del rapporto delle superfici con la retta orizzontale tracciata in corrispondenza della differenza dei poteri fonoisolanti delle superfici stesse.

Esempio. Siano:

(S1-S2)/S2 = 25

R1 - R2 = 15

si ottiene un indice di attenuazione complessivo pari a circa R1 - 3,5 dB

Se l’obiettivo, invece di limitare la rumorosità di un intero ambiente, è quello di proteggere solo un numero limitato di postazioni di lavoro, si possono usare paraventi realizzati in materiale fonoassorbente e fonoisolante da piazzare in vicinanza di un posto di lavoro.


ESEMPIO:Trattamento per aumentare la fonoassorbenza di un fabbricato industriale

(dB)

Possibilità di abbattimento del rumore ottenibili con gli interventi della diapositiva precedente.

Le indicazioni sono puramente indicative.

Una trattazione rigorosa fino alla determinazione delle mappe del rumore richiede il ricorso a complessi programmi di elaborazione basati sulla teoria dell'ottica geometrica.

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Normative sul rumore in ambiente civile

Le normative sul rumore forniscono una serie di definizioni e le tecniche di rilevamento e di misura dell’inquinamento acustico.I comuni adottano una classificazione in zone all’interno delle quali sono determinati i limiti massimi dei livelli sonori equivalenti.Per le zone non esclusivamente industriali, oltre ai livelli massimi sono anche stabilite le seguenti soglie da non superare tra il livello equivalente del rumore ambientale e quello del rumore residuo misurati all’interno degli ambienti abitativi:•5 dB durante il periodo diurno;•3 dB durante il periodo notturno.

Cenni alle normative e alle tecniche di misura del rumore


Definizioni:Rumore: Qualunque emissione sonore che provochi sull’uomo effetti indesiderati, disturbanti o dannosi o che determini un qualsiasi deterioramento qualitativo dell’ambiente.Livello di rumore residuo: E’ il livello equivalente di pressione sonora ponderato “A” che si rileva quando si escludono le specifiche sorgenti disturbanti.Livello di rumore ambientale: E’ il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato “A” prodotto da tutte le sorgenti di rumore esistenti in un dato luogo e durante un determinato tempo.Sorgente sonora: Qualsiasi oggetto, dispositivo, macchina o impianto o essere vivente idoneo a produrre emissioni sonore.Sorgente specifica: Sorgente sonora selettivamente identificabile che costituisce la causa del disturbo.Livello di pressione sonora: Esprime il valore della pressione acustica di un fenomeno sonoro mediante la scala logaritmica dei decibel (dB) ed è dato dalla seguente relazione:

dove p è il valore efficace della pressione sonora misurata in Pascal (Pa) e p0 è la pressione di riferimento che si assume uguale a 20 micropascal in condizioni standard.Livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato “A”: E’ il parametro fisico adottato per la misura del rumore, definito dalla relazione analitica seguente:

dove pA(t) è il valore istantaneo della pressione sonora ponderata secondo la curva “A”; p0 è la pressione di riferimento; T è l’intervallo di tempo di integrazione; Leq(A),T esprime il livello energetico medio del rumore ponderato in curva “A”, nell’intervallo di tempo considerato.Livello differenziale di rumore: Differenza tra il livello Leq(A) del rumore ambientale e quello del rumore residuo.Rumore con componenti impulsive: Emissione sonora nella quale siano chiaramente udibili e strumentalmente rilevabili eventi sonori di durata inferiore al secondo.

)(log),( AdBdtpp

TLeq

TA

TA

= ∫

020

2110

dBpp

ppLp

=

=

0

2

0

log20log10

31


Strumenti e modalità di misura del rumoreStrumentazione: Devono essere usati strumenti di misura almeno di classe I come definiti negli standard I.E.C. ; le misure devono essere eseguite con un misuratore di livello sonoro (fonometro) integratore o strumentazione equivalente. Si deve poter procedere anche a misura dei livelli sonori massimi con costante di tempo “slow” e “impulse” ed alla analisi in bande di terzo di ottava.Calibrazione: I1 fonometro deve essere calibrato con uno strumento il cui grado di precisione sia non inferiore a quello del fonometro stesso. La calibrazione dovrà essere eseguita prima e dopo ogni ciclo di misura. Le misure fonometriche eseguite sono da ritenersi valide se le due calibrazioni effettuate prima e dopo il ciclo di misura differiscono al massimo di + 0.5 dB.Rilevamento del livello di rumore: I1 rilevamento deve essere eseguito misurando il livello sonoro continuo equivalente ponderato in curva A (Leq A) per un tempo di misura sufficiente ad ottenere una valutazione significativa del fenomeno sonoro esaminato. I1 microfono del fonometro deve essere posizionato a metri 1,20 - 1,50 dal suolo, ad almeno un metro da altre superfici interferenti (pareti ed ostacoli in genere), e deve essere orientato verso la sorgente di rumore la cui provenienza sia identificabile. L'osservatore deve tenersi a sufficiente distanza dal microfono per non interferire con la misura. Le misure in esterno devono essere eseguite in condizioni meteorologiche normali ed in assenza di precipitazioni atmosferiche.


Riconoscimento di componenti impulsive nel rumore: Nel caso si riconosca soggettivamente la presenza di componenti impulsive ripetitive nel rumore, si procede ad una verifica. Si effettua una misura del livello massimo del rumore con costante di tempo “slow” ed “impulse”. Se la differenza dei valori massimi sia superiore a 5 dB(A), viene riconosciuta la presenza di componenti impulsive penalizzabili nel rumore. In tal caso il rumore misurato di Leq(A) deve essere maggiorato di 3 dB(A).

Riconoscimento di componenti tonali nel rumore: Nel caso si riconosca soggettivamente la presenza di componenti tonali nel rumore, si procede ad una verifica. Si effettua una analisi spettrale del rumore per bande ad 1/3 di ottava. Quando, all’interno di una banda di 1/3 di ottava, il livello di pressione sonora supera di almeno 5 dB i livelli di pressione sonora di ambedue le bande adiacenti viene riconosciuta la presenza di componenti tonali penalizzabili nel rumore. In tal caso il rumore misurato di Leq(A) deve essere maggiorato di 3 dB(A).

Presenza contemporanea di componenti impulsive e tonali nel rumore:Nel caso si rilevi la presenza contemporanea di componenti impulsive e tonali nel rumore come indicato in precedenza, il rumore misurato di Leq(A) deve essere maggiorato di 6 dB(A).

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Il fonometroIl fonometro di norma è in grado di misurare contemporaneamente 5 grandezze:•SPL: (Sound Pressure Level) Livello di pressione sonora;•Leq: Livello sonoro equivalente;•SEL: (Sound Exposure Level) Livello di esposizione sonora;•Max: Massimo livello di pressione sonora;•Min: Minimo livello di pressione sonora.(Il livello di esposizione sonora differisce dal livello di pressione sonora perché tiene conto della durata dell’esposizione: se si confrontano due eventi sonori con lo stesso Leq, ma di durata differente (evento_1 di 20 s ed evento_2 di 40 s) il livello di esposizione sonora è differente)

)()(1log102

1

2

2

0

AdBdtp

tpt

SELt

t o

A

= ∫


Il fonometro è dotato di una serie di accessori che permettono di effettuare tutte le misure richieste dalle normative:

Set di filtri per analisi in banda di ottava e terzi di ottava

Generatore di un segnale acustico puro (una sola frequenza) con

livello di pressione sonora costante per le operazioni di taratura

Valigia contenente accessori vari come: cavalletto, deumidificatori, prolunghe, telecomando, ecc.

Cavi per l’alimentazione dalla rete elettrica oppure tramite batterie

per il fonometro ed eventualmente registratore di livello

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Una volta effettuata la taratura ed i settaggi imposti dalle normative (in particolare la scelta della costante tempo per le acquisizioni) si procede alla analisi in banda di ottava e terzi di

ottava

Caratteristica di un singolo filtroL'insieme di tutti i filtri consente di coprire per intero una vasta gamma di frequenze tra i 20 e 20000 Hz


Tracciati su carta delle analisi in banda di ottava e terzi di ottava

Le misure del livello sonoro possono essere effettuate sia nell’ambiente in cui vi è la

sorgente sonora oppure negli ambienti adiacenti

Le misure sono visualizzate sul

display del fonometro e

possono essere registrate su

supporto magnetico oppure

su carta

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L’intensimetria: concetti fondamentali teorici e applicativi

Scopo: introdurre i concetti fondamentali di intensimetria, con riferimento alla potenza ed alla pressione sonora.

Punti importanti:

• dalle misure intensimetriche è possibile risalire alla potenza sonora emessa da una determinata sorgente di rumore;

•nota la potenza sonora è possibile caratterizzare completamente, in via teorica, il rumore emesso da una sorgente in un dato ambiente;

•le normative possono imporre al costruttore di dichiarare esplicitamente la potenza sonora di una macchina.

RichiamiL’intensità sonora I(t) è una grandezza fondamentale per la descrizione del campo sonoro. Dato un punto P e una direzione νννν uscente da esso I(t) indica il flusso di energia sonora che attraversa una superficie unitaria normale a νννν

nell’unità di tempo.


Il significato fisico del vettore Intensità sonora è chiaramente descritto nella figura a fianco, nell’ipotesi di sorgente puntiforme e campo libero.

Considerazioni importanti:

•L’intensità sonora è una grandezza vettoriale il cui modulo (o livello) si esprime in W/m2.

•La potenza sonora W è invece l’energia trasmessa nell’unità di tempo.

Il livello (modulo) dell’intensità sonora si esprime in decibel e vale:

LI = 10 Log(I/I0), con I0 = 10-12 W/m2 .

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La potenza sonora di una sorgente che emette in campo sferico (libero) in funzione del valore efficace della pressione prmisurata a distanza r dalla sorgente vale:

W = 4 πr2 ( p2r / ρ c ) ,

il termine ρ c è noto come resistenza del mezzo (ρ densità di massa del mezzo e c velocità del suono).

L’intensità sonora alla stessa distanza r dalla sorgente vale:

Ir = W / (4 πr2 ) = ( p2r / ρ c ).

Per radiazioni in campo libero:

I = p2rms / ( ρ c )

prms valore efficace della pressione sonoraρρρρ densità di massa del mezzo c velocità del suono

Se ρρρρ c = 400 Nsm-3 a 20°C e Patm = 1.013 bar

LI = Lp - 0,16 dB

Si riassumono le espressioni valide in campo libero a distanza sufficiente dalla sorgente da poterla considerare puntiforme, in assenza di assorbimento e di cause di disturbo (vento, gradienti termici, ecc.)

Potenza e livellodi potenza sonora

LW = 10 Log(W/W0),

con W0 = 10-12 W.

Intensità e livello

di intensità sonora

LI = 10 Log(I/I0), con

I0 = 10-12 W/m2.

Pressione e livello

di pressione sonora

Lp = 20 Log(p/p0), con

p0 = 2 x 10-5 Pa


La misura dell’intensità sonoraL’introduzione del concetto di intensità sonora, estremamente importante per gli studi di acustica, è dovuto a Lord Rayleigh, “Theory of Sound” (1877). Nonostante l’importanza dello strumento teorico proposto, non è stato possibile misurare tale grandezza se non più di un secolo dopo a causa delle carenze tecniche degli strumenti di misura.

Lo strumento per effettuare tale misura si chiame INTENSIMETRO.

Pensando sempre di operare in campo sferico si dimostra che, se il flusso medio è nullo, il vettore intensità sonora I in un punto S è uguale alla media temporale del prodotto della pressione istantanea p(t) per il vettore u(t) velocità in S delle particelle fluide nella direzione in cui si vuol misurare I.

IS = p(t) u(t) .Analisi dimensionale

I = Potenza / Superficie [W / m2] =

= (Energia / Tempo) / Superficie [(J / s) / m2]=

= ((Forza x Spostamento) / Tempo) / Superficie [((N x m) / s) / m2]=

= (Forza / Superficie) x (Spostamento / Tempo) [(N / m2) x (m / s)] =

= Pressione x Velocità [Pa x (m / s)].

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Per misurare il vettore I(t) possono essere utilizzati due metodi:

•metodo a) operante nel dominio del tempo,

•metodo b), operante nel dominio delle frequenze.

Metodo a) - dominio del tempoSi utilizzano le equazioni di Eulero che legano la velocità delle particelle al gradiente di pressione; il gradiente di pressione viene stimato attraverso la misura del salto di pressione tra due punti posti molto vicini e a distanza nota (sonda formata da due microfoni opportunamente piazzati).

Con una semplice moltiplicazione si ottiene la misura dell’intensità

I(t) = p(t) u(t).

La misura dell’intensità sonora presuppone pertanto due misure: la pressione p(t) e la velocità della particella u(t) in una data direzione.


Metodo b) - dominio della frequenzaOltre alla sonda microfonica già vista occorre disporre di un analizzatore spettrale (strumento di misura di largo uso per l’analisi dei segnali). Si può misurare direttamente il contenuto spettrale dell’intensità sonora. Infatti si dimostra che

I(f) = - Im(HAB(f)) /(2 ρρρρ

ππππ f ∆∆∆∆r) essendo

ρ la densità dell’aria, f la frequenza, ∆r la distanza dei due microfoni A e B ed avendo indicato con Im (HAB (f)) la parte immaginaria del Cross Spettro tra i segnali di pressione rilevati in A e B (Cross Spettro di due segnali è una funzione utilizzata nell’analisi armonica dei segnali - la sua misura viene effettuata automaticamente da qualsiasi analizzatore spettrale ).

N.B. Entrambi i metodi di misura forniscono solo una delle tre componenti del vettore intensità sonora (nella direzione dell’asse dei due microfoni). Per eseguire una misura completa delle tre componenti occorre o procedere a tre misure separate o disporre di una sonda tripla come quella indicata nella figura a fianco .

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Caratteristiche di direzionalità della sonda intensimetrica

La sonda intensimetrica è dotata di caratteristiche di direzionalità (misura il vettore intensità sonora in una data direzione individuata dall’orientamento della sonda stessa).

L'intensità I sonora è un vettore. Se ne può misurare solo la componente nella direzione della sonda. Se la sonda è inclinata di 60o rispetto alla direzione dell’intensità, la componente misurata vale ( |I| cos 60o ). Poiché risulta (cos 60o = 0.5) si ha che il livello di intensità misurato è la metà di quello totale. La misura effettuata è quindi inferiore di 3 dB rispetto a quella effettiva (si ricorda che +3 dB indica il raddoppio del segnale in scala lineare e -3 dB ne indica il dimezzamento). Per ricavare il vettore dell’intensità sonora, conoscendo la posizione della sorgente sonora, basta eseguire una sola misura in un punto ed in una sola direzione: basta effettuare semplici correzioni che tengono conto dell’angolo tra la congiungente tra il punto di misura e quello in cui è localizzata la sorgente e la direzione effettiva di misura.


Applicazioni della misura dell’intensità sonora

Si richiama l’attenzione su tre applicazioni delle misure di intensità sonora:

•La misura della potenza sonora;

•Il labelling;

•La localizzazione delle sorgenti acustiche;

•Le applicazioni in acustica architettonica;

•Le misure di intensità strutturale;

•Le misure di intensità superficiale e di irraggiamento acustico;

•Le misure di intensità sonora sincrone.

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La misura della potenza sonora

E’ il campo di applicazione più importante dell’intensimetria. Abbiamo infatti visto che se si pensa la sorgente di rumore collocata all’interno di una superficie chiusa, la potenza rappresenta il flusso dell’intensità sonora esteso a detta superficie in direzione normale ad essa. Pertanto si pensa la superficie di misura suddivisa in un numero discreto di superfici piane ed al centro di ciascuna di esse si effettua una misura di intensità secondo la normale uscente dalla porzione di superficie considerata. La somma dei contributi di tutte la porzioni dà la misura della potenza sonora.

Prima della disponibilità di strumentazioni intensimetriche affidabili la misura della potenza sonora veniva eseguita in ambienti speciali:

Camere anecoiche(raccomandazione ISO 3741)

caratterizzate da pareti “perfettamente assorbenti” in modo da creare all’interno una situazione di campo libero

Camere riverberanti (raccomandazione ISO 3747)

caratterizzate da pareti “perfettamente riverberanti” in modo da creare all’interno una situazione di campo diffuso.

Norme di riferimento:EN ISO 3744, EN ISO 3746, EN ISO 11201, ISO 3747, ISO 3740.


Inconvenienti dei due metodi classici:•Costi altissimi per realizzare camere di caratteristiche acustiche adeguate ad effettuare misure di precisione;

•Non sono utilizzabili in presenza di sorgenti di disturbo (spesso una macchina è composta da diversi gruppi non separabili e quindi è impossibile valutare il rumore emesso ad esempio da una parte della macchina, se occorre mantenere attivo un sottogruppo anch’esso emittente e non separabile dl complesso;

•Gli impianti possono avere dimensioni tali da uno poter essere né trasportati né contenuti in una camera per misure acustiche!

Il contributo alla potenza acustica di una eventuale fonte di disturbo collocata all’esterno della superficie chiusa attraverso la quale avviene la misura dell’intensità

sonora è nulla!

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Il nuovo metodo (in via di normalizzazione con la raccomandazione ISO/DIS 9614-1 -1989 - Acoustics - Determination of the Suond Power Levels of Noise Sources Using Sound Intensity - Measurements at Discrete Points ), basato sulla misura della potenza in un ambiente qualunque, purché la superficie ideale attraverso cui si valuta il flusso dell’intensità sonora non contenga fonti di disturbo, consente di conseguire con relativamente pochi mezzi una precisione sorprendente :

Il rumore di fondo o quello di altre sorgenti, purché stazionario, non influenza il risultato della stima della potenza sonora, tanto che si commette un errore inferiore ad1 dB addirittura in presenza di un rumore di fondo di 10 dB superiore a quello della

sorgente che si vuol valutare! (teorema di Gauss)


Superfici utilizzabili per la misura della potenza sonora di un motore elettrico

Misura della potenza sonora in presenza di ostacoli o di disturbi di

alto livello

•Nessuna restrizione sulla forma o sulla dimensione delle superfici di misura

•Il rumore di fondo stazionario è escluso

•Condizione: nessun assorbimento dentro la superficie di misura (no assorbimento né trasmissione attraverso il pavimento - perfettamente riflettente)

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Mappatura dell’intensità sonora

Oppure con tecniche di scansione automatica

Si può procedere per punti

Il LabellingCon il termine labelling (etichettatura) si indica l'etichetta che diverse normative internazionali prevedono debba essere apposta su macchinari considerati fonte di inquinamento acustico.

Nell’ambito nazionale il settore è regolato dai D.M. n.588 (28/11/1987), n. 598 (3/12/1987), n. 385 (14/06/1988) emanati dal Ministro per la Politiche Comunitarie per recepire ben 14 direttive comunitarie relative a metodi di misura del rumore e ai limiti del livello di pressione e di potenza acustica ammissibili per numerose macchine e apparecchiature da cantiere.


Si riporta la mappatura risultante da una indagine intensimetrica accurata effettuata su una stampante ed in particolare: la griglia di misura, un grafico tridimensionale dell’intensità uscente dalla griglia e un grafico con linee che uniscono i punti di isolivello.

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Tali misure, più accurate rispetto a quelle tradizionali, consentono di individuare il contributo delle varie parti al livello di rumore globale (la somma dei vari contributi

coincide con la misura totale che si sarebbe ottenuta con i metodi tradizionali).Si riporta ad esempio una analisi eseguita su una motosega.


La localizzazione delle sorgenti acustiche

Per interventi di bonifica e/o controllo del rumore è di fondamentale importanza la localizzazione delle sorgenti e, a volte, la forma delle linee di flusso dell’energia sonora. Da queste informazioni è possibile effettuare interventi mirati e di solito più economici e risolutivi delle tecniche tradizionali per la riduzione del rumore in ambito industriale(assorbimento).Nella figura sottostante è indicata la tecnica di misura per individuare una sorgente di rumore.

Se possibile si individua un piano contenente la sorgente. Si fa scorrere l’intensimetro lungo una retta appartenente al piano. Quando la sonda si trova sulla perpendicolare della sorgente l’indicatore

dell’intensimetro oscilla tra il + ed il - (con una confidenza di 5o). Si ripete l’operazione su un’altra retta sullo stesso piano non perpendicolare all’altra. Quando si verifica il cambiamento di segno nell’indicatore

si è ancora sulla sua perpendicolare. Da queste due misure si risale alla posizione della sorgente.

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Le applicazioni in acustica tecnica

In ambito architettonico l’intensimetria consente di ottenere i seguenti risultati:

La misura dell’indice di isolamento acustico di un dato ambiente.Il metodo tradizionale, codificato dalla normativa ISO 140, si basa su misure di livello di pressione sonora e fornisce un valore medio complessivo delle proprietà isolanti di un setto divisore tra due ambienti. Con misure intensimetriche è possibile individuare anche il contributo al rumore trasmesso attraverso i diversi percorsi di trasmissione.

La misura del flusso di energia acustica nei condotti.Con le misure intensimetriche è possibile individuare le parti superficiali emittenti nelle tubature (condotti di aria condizionata, condotti per trasporto di fluidi o particelle solide in genere). E’ così possibile intervenire, con notevoli benefici economici, ad isolare in modo mirato le parti che contribuiscono maggiormente ad innalzare il livello del rumore.

La misura dell’indice di assorbimento acustico.Riveste grande importanza nella valutazione della capacità di assorbimento di una parete al variare anche dell’angolo di incidenza, caratterizzando completamente tale proprietà acustica dei materiali assorbenti utilizzati per cinema, sale da concerto, teatri, ecc.. E’ un metodo molto più fine di quello tradizionale basato esclusivamente sul rilievo del tempo di riverbero.


Esempio : tecnica di misura delle proprietà isolanti di un pannello.

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Misure di intensità sonora sincrone o selettive

Sono fondamentali per la valutazione del rumore emesso da macchine rotanti.Nelle macchine è necessario sincronizzare l’analisi dell’intensità sonora con la fase di rotazione della sorgente di rumore (organo rotante od oscillante). E’ cosi possibile individuare eventuali anomalie di tipo meccanico che generano disturbi acustici ciclici, ripetuti ad ogni periodo di funzionamento.

Marca ri flettente per la sonda fotoelettrica

Analisi selettiva dello spettroSonda tachimetrica

fotoelettrica

Segnale di innesco

Ritardod’innesco

Segnale di rumoreIniziomedia

Iniziomedia

Finemedia

Finemedia

Eventoanalizzato

Eventoanalizzato

Ritardo d’innesco

Inizio media

Fine media

Nelle macchine alternative o rotanti è spesso utile misurare il rumore generato solo in alcune fasi del ciclo e in certe posizioni angolari. Si utilizza una marca riflettente, applicata sull’albero di rotazione, il cui passaggio può essere captato da una cella fotoelettrica. Al passaggio della tacca, l’impulso generato dalla cella fotoelettrica innesca la misura. La fine della misura può essere determinata con una seconda tacca o dopo un tempo predeterminato. In questo modo si può, ad esempio, misurare il rumore di un compressore alternativo nella fase di aspirazione.

Con lo stesso metodo si possono fare misure di pressione e di intensità. Con misure di intensità

posso localizzare la sorgente di rumore in una

determinata fase.


Sviluppi delle tecniche di misura in acustica

Il settore della misura del rumore e delle tecniche di analisi correlate è ancora in fase di sviluppo. Allo stato dell’arte la metodologia più promettente (in fase di messa a punto in laboratorio) è un operatore matematico battezzato trasformata spaziale del campo sonoro (STSF - Spatial Transformation of Sound Fields).

La tecnica è basata sull’uso, oltre che della strumentazione di misura intensimetrica, di potenti algoritmi di calcolo che risolvono direttamente le equazioni delle onde acustiche.

Si può pervenire a rappresentazioni olografiche del campo sonoro con mappatura punto per punto dello spazio dei valori di pressione sonora e di gradiente di pressione.

Date post:	22-Oct-2015
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