Fonoassorbimento: materiali e sistemi assorbenti

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Cristoforo Scotti
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1 SISTEMI FONOASSORBENTI Fonoassorbimento: materiali e sistemi assorbenti Per assorbire l energia sonora presente in un ambiente si ricorre all utilizzo di sistemi fonoassorbenti; ovvero dei sistemi con coefficienti di assorbimento elevati. Questi sistemi sono riconducibili a tre categorie: Assorbitori per Porosità ossia materiali fonoassorbenti Assorbitori per Risonanza in Cavità (risuonatori di Helmoltz) Pannelli Vibranti Tali sistemi possono essere combinati tra loro per ottenere prestazioni migliori. Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 2 Coefficiente di assorbimento Materiali fonoassorbenti porosi L entità dell assorbimento del suono in un materiale dipende dalle sue caratteristiche costitutive. L assorbimento dell energia sonora in ogni caso avviene conseguentemente ai seguenti fenomeni: sulla superficie che viene messa in vibrazione e disperde energia per attrito; con il moto dell aria nei pori con conseguente attrito sulle pareti dei pori e attrito viscoso nel fluido; anche la deformazione del pannello globalmente che viene messo in vibrazione porta ad una dispersione di energia; la deformazione nei materiali resilienti porta a dispersione di energia per frizione molecolare. Il generale si può affermare che: quanto più un materiale è impermeabile all aria e rigido tanto più si avvicina al comportamento di un riflettore ideale. viceversa all aumentare della sua porosità e flessibilità aumenta pure la sua capacità di assorbire l energia sonora. Intuitivamente si può dedurre che i materiali fonoassorbenti sono essenzialmente materiali con elevata porosità. Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 3

Questi sistemi sono riconducibili a tre categorie: Assorbitori per Porosità ossia materiali fonoassorbenti Assorbitori per Risonanza in Cavità (risuonatori di Helmoltz) Pannelli Vibranti Tali sistemi

2 Misura proprietà acustiche: coefficiente di assorbimento Caratterizzazione acustica dei materiali camera riverberante Coefficiente di assorbimento α = wd w i Coefficiente di trasmissione Coefficiente di riflessione α + ρ + τ = 1 τ = ρ = wt wi wr wi Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 5 α = s = 55.3V 4V ( m2 m1 ) S c2t2 c1t 1 S ( A A ) LABACUS DII UNIPD Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 6 Misura proprietà acustiche: coefficiente di assorbimento Misura proprietà acustiche: resistenza al flusso Tubo a onde piane (tubo di Kundt) σ = Rs d = Δp q v d TUBO AD ONDE PIANE FISTEC Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 7 Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 8

3V 4V ( m2 m1 ) S c2t2 c1t 1 S ( A A ) LABACUS DII UNIPD Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 6 Misura proprietà acustiche: coefficiente di assorbimento Misura

3 Misura proprietà acustiche: coefficiente di assorbimento TEST INTERLABORATORIO TRA CAMERE RIVERBERANTI E TUBI AD ONDE PIANE TUBO ONDE PIANE CAMERA RIVERBERANTE Coefficiente di assorbimento I due parametri fisici da cui dipende la capacità di assorbire l energia acustica di un materiale sono la porosità elaresistenza al flusso. Porosità, H, è il rapporto tra il volume dei pori ed il volume totale del materiale ed è in genere rilevata sperimentalmente: M H = 1 V ρ con M, massa del materiale [kg]; V, volume del materiale [m 3 ]; ρ densità del materiale privo di porosità [kg/m 3 ]. La resistenza al flusso, Rf, è un parametro che indica la maggiore o la minore difficoltà che incontra l'aria per attraversare un materiale: R f Δp kg = Rayl v 2 s m Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 9 Δp, caduta di pressione tra le due facce del campione in esame [N/m 2 ]; v, velocità dell'aria che impatta sul campione [m/s]; Coefficiente di assorbimento Il materiale poroso per essere assorbente deve permettere all'onda sonora di penetrare con facilità nella sua struttura e creare l attrito interno in grado di disperdere energia sotto forma di calore. Coefficiente di assorbimento e frequenza I materiali fonoassorbenti sono attivi su uno spettro ampio. Assorbono alle frequenze medio alte /4000 Hz. Alle basse frequenze il coefficiente di assorbimento è basso (0,1-0,2). Per permettere all onda di penetrare è necessario avere alta porosità e bassa resistenza al flusso. Per ottenere maggior attrito e dissipazione al contrario è necessario aumentare la resistenza al flusso anche se così facendo aumenta nello stesso modo l energia riflessa direttamente indietro sulla superficie del materiale. Una soluzione è quella di aumentare la porosità (oltre il 50% è però comunque inutile) lasciando bassa la resistenza al flusso; questa tecnica costringe però a utilizzare spessori notevoli di materiale. I materiali porosi con elevato coefficiente di assorbimento acustico presentano una resistenza al flusso compresa tra una e due volte l impedenza acustica caratteristica a 20 C dell aria ρc 0 = 415 Pa s/m. Si ha un aumento del coefficiente di assorbimento alle basse frequenze con l aumento dello spessore.

Porosità, H, è il rapporto tra il volume dei pori ed il volume totale del materiale ed è in genere rilevata sperimentalmente: M H = 1 V ρ con M, massa del materiale [kg]; V, volume del materiale [m 3

4 Coefficiente di assorbimento e frequenza Coefficiente di assorbimento e spessore Noise reduction coefficient NRC: parametro sintetico che da un idea del comportamento del materiale si tratta della media aritmetica dei coefficienti di assorbimento delle bande di frequenza di 250, 500, 1000 e 2000 Hz. L interazione tra onda acustica e materiale è più intensa dove i moti delle particelle di fluido che accompagnano il propagarsi dell onda sono più intensi. Sulla superficie solida i moti e la pressione sonora sono sempre nulli i massimi di pressione e di velocità si hanno alla distanza λ/4 ea multipli di essa. α ( 250) + α(500) + α(1000) + α(2000) NRC = 4 Permette di confrontare velocemente le prestazioni dei diversi materiali fonoassorbenti. Materiali fonoassorbenti Risuonatori di Helmoltz: assorbimento per risonanza in cavità

L interazione tra onda acustica e materiale è più intensa dove i moti delle particelle di fluido che accompagnano il propagarsi dell onda sono più intensi.

5 Risuonatori di Helmoltz: assorbimento per risonanza in cavità Risuonatori di Helmoltz: assorbimento per risonanza in cavità Gli assorbitori per risonanza in cavità (risonatori di Helmoltz) sono delle cavità con un foro Ad una determinata frequenza di risonanza f n risuonano dissipando energia sonora. Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 18 Assorbimento con pannelli vibranti Assorbimento con pannelli vibranti Gli assorbitori a pannello vibrante sono costituiti da pannelli solidi posti ad una determinata distanza da un supporto rigido che vibrano ad una determinata frequenza di risonanza f n La vibrazione del pannello dissipa energia sonora incidente in coincidenza della frequenza di risonanza f n La frequenza di risonanza dipende dalla massa e dallo spessore dell intercapedine d aria tra il pannello e il supporto rigido. 60 f n = md [Hz] m d

Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 18 Assorbimento con pannelli vibranti Assorbimento con pannelli vibranti Gli assorbitori a pannello vibrante sono costituiti da pannelli solidi posti ad

6 Sistemi risonanti misti: pannelli vibranti-forati Come allargare la banda di azione dei sistemi assorbenti I pannelli e i risuonatori presentano un elevato assorbimento per un banda molto ristretta. Rivestendo con materiale poroso l'intercapedine del pannello o la cavità del risuonatore si amplia la banda di azione del sistema. Di contro però si abbassa il potere assorbente in corrispondenza della risonanza. Sistemi risonanti misti: pannelli vibranti-forati CONFRONTO TRA SISTEMI ASSORBENTI Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 24

Rivestendo con materiale poroso l'intercapedine del pannello o la cavità del risuonatore si amplia la banda di azione del sistema.

7 CONFRONTO TRA SISTEMI ASSORBENTI Baffles, corpi sospesi, elementi prismatici Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 25 Baffles, corpi sospesi, elementi prismatici SISTEMI FONOASSORBENTI Tecnica del controllo ambientale - Fabio Peron 28

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