ACUSTICA AMBIENTALE PARTE I

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1 ACUSTICA AMBIENTALE PARTE I PROPAGAZIONE DEL SUONO IN AMBIENTE ESTERNO 1

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3 PROPAGAZIONE SFERICA Al crescere della distanza dalla sorgente, aumenta la superficie su cui la potenza sonora emessa si distribuisce I = W 4π r 2 W: potenza della sorgente [W] r: distanza dalla sorgente [m] 3

4 In condizioni normali di temperatura e pressione il livello di pressione sonora alla distanza r dalla sorgente con livello di potenza L w si ottiene allora con la relazione: Lp = Lw 20 log r D - A Attenuazioni: - assorbimento atmosferico: - effetto del suolo; - riflessione da superfici; - schermatura da ostacoli; - Direttività della sorgente Il livello di pressione sonora si riduce di 6 db per ogni raddoppio della distanza della sorgente. (propagazione sferica) 4

5 DIRETTIVITÀ DI UNA SORGENTE omnidirezionale è una sorgente che irradia uniformemente in tutte le direzioni. monodirezionale o spot, è una sorgente che focalizza su una sola direzione. Per caratterizzare la direzionalità di una sorgente si introduce il fattore di direttività, Q: Q = I I 0 I : intensità sonora [W/m 2 ] in un determinato punto dello spazio, alla distanza r [m] dalla sorgente che emette con potenza W [W]; I 0 : intensità sonora di riferimento calcolata come l'intensità che si genererebbe nello stesso punto se la medesima sorgente fosse omnidirezionale ovvero: I 0 = W 4π r 2 5

6 La direttività può essere espressa in termini logaritmici attraverso l indice di direttività, D. D = 10 log Q = 10 log I I 0 Esso esprime l'aumento in decibel del livello di intensità sonora dovuto alla direttività della sorgente considerata rispetto al livello che, a parità di potenza sonora, si otterrebbe nel medesimo punto dello spazio se la sorgente fosse omnidirezionale. Utilizzando la direttività l intensità sonora prodotta da una sorgente puntiforme direzionale a una distanza r si può esprimere con la relazione: I = W Q 4π r 2 6

7 Direttività di una sorgente L'effetto di superfici riflettenti poste nelle immediate vicinanze della sorgente può essere rappresentato da un'opportuna direttività ricavabile in funzione di differenti configurazioni geometriche. Sorgente omnidirezionale Sorgente emisferica S sfera = 4 π r 2 S= 1/2 S sfera S = 1/4 S sfera S = 1/8 S sfera Q = 1 D = 0 db Q = 2 D = 3 db Q = 4 D = 6 db Q = 8 D = 9 db 7

8 PROPAGAZIONE CILINDRICA Nel caso di una sorgente sonora lineare i fronti d onda sono cilindrici. Questo argomentazione permette la trattazione di strade, ferrovie, linee di trasporto in generale, visto che si propagano in modo lineare. O dx X d r R L p = L 10log d 8 W Lw è il livello di potenza per metro Il livello di pressione sonora si riduce di 3 db per ogni raddoppio della distanza della sorgente. (propagazione cilindrica) 8

9 DIRETTIVITÀ DI UNA SORGENTE CILINDRICA 9

10 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: RIFLESSIONE DEL SUONO Il terreno è una fonte di riflessione per le onde sonore. Per calcolare l entità di tale riflessione si utilizza l approssimazione della sorgente immagine che sfrutta il fatto che i raggi riflessi sembrano provenire da una sorgente simmetrica a quella reale rispetto alla superficie riflettente. 10

11 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: RIFLESSIONE DEL SUONO Per piccole lunghezze d onda è possibile considerare le onde sonore alla pari di raggi rettilinei fuoriuscenti dalla sorgente Si può ammettere una riflessione speculare ossia l uguaglianza dell'angolo di incidenza θ i e di quello di riflessione θ r. θ i θ r 11

12 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: RIFLESSIONE DEL SUONO Se l'onda sonora impatta su una superficie non piana ma concava oppure convessa, allora si ha concentrazione o diffusione del suono: 12

13 Coefficiente di assorbimento α = w w d i Coefficiente di trasmissione Coefficiente di riflessione τ = ρ = w w t i w w r i α + ρ + τ = 1 13

14 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: DIFFRAZIONE DEL SUONO Se le dimensioni dell ostacolo sono paragonabili alla lunghezza d onda dell onda incidente, la perturbazione acustica riesce ad aggirare lo stesso con fenomeno d ombra trascurabile. Se le dimensioni dell ostacolo sono maggiori della lunghezza d onda dell onda incidente, si manifestano parziali fenomeni di ombra acustica 14

15 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: DIFFRAZIONE DEL SUONO b << λ b >> λ b b Esempio : b = 0.1 m λ = m ( f = 1 khz) Esempio: b = 1 m λ = m ( f = 1 khz) 15

16 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: DIFFRAZIONE DEL SUONO La direzione di propagazione delle onde sonore viene deviata o deformata da uno o più ostacoli posti sul cammino dell'onda. Schermo con apertura: d λ d >> λ d << λ 16

17 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: DIFFRAZIONE DEL SUONO b << λ b >> λ b b Esempio : b = 0.1 m λ = m ( f = 1 khz) Esempio: b = 0.5 m λ = m ( f = 1 khz) 17

18 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: DIFFRAZIONE DEL SUONO 18

19 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: DIFFRAZIONE DEL SUONO 19

20 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: EFFETTO DELLA TEMPERATURA ANDAMENTO NORMALE La temperatura decresce con l altitudine; i raggi sonori sono curvati verso l alto. Esiste una superficie limite teorica tangente al terreno al di sotto della quale si forma una zona d ombra dovuta all assenza di onde sonore. 20

21 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: EFFETTO DELLA TEMPERATURA INVERSIONE TERMICA Il terreno è più freddo dell aria circostante e a basse quote la temperatura del suolo è più bassa della temperatura in quota. Ad una certa altitudine si torna ad un andamento normale. I raggi sonori sono curvati verso l alto e ciò comporta l assenza di zone d ombra. 21

22 PROPAGAZIONE IN AMBIENTE ESTERNO: EFFETTO DEL VENTO Il vento inoltre può curvare i raggi sonori. Infatti in presenza di un gradiente di velocità al variare della quota fa si che i raggi sonori curvino sottovento. 22

23 TERMINI DI ATTENUAZIONE: Lp=Lw + D - A A = Adiv + Aatm + Agr + Abar + Amisc Misto Barriere Terreno Assorbimento dell Aria Sorgente sferica: 20 log r + 11 Sorgente lineare: 10 log r

24 TERMINI DI ATTENUAZIONE: ASSORBIMENTO DELL ARIA Coefficienti di assorbimento acustico dell'aria in db/km (dalla Norma ISO ) per alcune combinazioni di temperatura e umidità relativa dell'aria, frequenze centrali di banda di ottava T( C) U,R,(%) ,12 0,41 1,04 1,93 3,66 9,66 32,8 117, ,27 0,65 1,22 2,70 8,17 28,2 88,8 202, ,14 0,48 1,22 2,24 4,16 10,8 36,2 129, ,09 0,34 1,07 2,40 4,15 8,31 23,7 82, ,09 0,34 1,13 2,80 4,98 9,02 22,9 76, ,07 0,26 0,96 3,14 7,41 12,7 23,1 59,3 24

25 TERMINI DI ATTENUAZIONE: ASSORBIMENTO DEL SUOLO Terreno rigido: comprendente pavimentazioni, acqua, ghiaccio, calcestruzzo e tutte le altre superfici del suolo aventi bassa porosità. Il terreno costipato, per esempio, che spesso si trova presso aree industriali, può essere considerato rigido. Terreno poroso: comprendente terreno erboso, alberato e con altra vegetazione, e ogni altra superficie del suolo adatta alla crescita di vegetazione, come, per esempio, il terreno agricolo. Terreno misto: se la superficie consta sia di terreno rigido sia di terreno poroso 25

26 TERMINI DI ATTENUAZIONE: BARRIERA ACUSTICA Un oggetto è considerato schermo (o barriera) quando: la sua densità superficiale è almeno 10 kg/m²; la sua superficie è continua e chiusa senza crepe od interruzioni; è abbastanza alto da limitare la vista fra la sorgente ed il ricevitore; la sua dimensione orizzontale perpendicolare alla linea sorgente-ricevitore è maggiore della lunghezza d onda λ alla frequenza di centro banda per banda d ottava considerata; ovvero se ll + lr > λ. 26

27 TERMINI DI ATTENUAZIONE: BARRIERA ACUSTICA Percorso sorgente ricettore: r SB r BR Sorgente d SB d BR Ricettore e Lunghezza effettiva della barriera: l 1 Sorgente l r Ricettore e 27

28 CARATTERISTICHE ESTRINSECHE L efficienza di una barriera dipende quindi da caratteristiche estrinseche, riferite all inserimento de di questa in un dato contesto di sorgenti e ricettori, e da caratteristiche intrinseche, ovvero le qualità del prodotto barriera indipendentemente dalla sua collocazione in opera. R1 R2 S R3 28

29 CARATTERISTICHE ESTRINSECHE L attenuazione acustica dovuta a barriere è rappresentabile con il termine L ovvero con la differenza tra il livello di pressione sonora in un dato punto in assenza di barriera L p,0 e quello che si riscontrerebbe nello stesso punto in presenza di barriera L p,b : L = L p,0 L p,b Se dalla sorgente puntiforme S, l energia sonora raggiunge il ricevitore A solo per diffrazione, l attenuazione può essere ricavata dalla relazione: L d = 10 log(3+ 20 N) N = numero di Fresnel (N >0) 29

30 CARATTERISTICHE ESTRINSECHE [( A + B) ( C D) ] 2 N = + λ Sorgente C H D Ricettore ATT 2πN = 20 log + 5 tgh 2πN Attenuazione [db] Limite pratico di attenuazione 24 db Numero di Fresnel 30

31 CARATTERISTICHE INTRINSECHE Proprietà fonoassorbenti (capacità di attenuare la riflessione del suono). Spesso le barriere presentano il lato rivolto verso le sorgenti di rumore, rivestito da un materiale fonoassorbente (generalmente fibre minerali), protetto da lamiere metalliche forate, grate di legno, elementi plastici forati, cemento poroso, ecc. Questo strato fonoassorbente riduce l energia diffratta nella zona d ombra della barriera e attenua le riflessioni multiple tra sorgente e barriera. 31

32 CARATTERISTICHE INTRINSECHE Proprietà fonoisolanti (capacità di attenuare la trasmissione del suono). Una barriera acustica correttamente installata funziona per diffrazione dei bordi, ovvero la componente energetica che la attraversa è ininfluente rispetto e quella che la scavalca. Ciò significa che i valori di fonoisolamento devono essere, in valore assoluto, superiori di almeno 10 db ai valori di insertion loss. In linea di massima, considerando lo spettro del rumore stradale è sufficiente In linea di massima, considerando lo spettro del rumore stradale è sufficiente che una barriera abbia una massa superficiale non inferiore a 20 kg/m². 32

33 CARATTERISTICHE INTRINSECHE Modalità di diffrazione del bordo superiore La forma del bordo della barriera influisce il valore dell insertion loss. Un bordo accuratamente sagomato funziona come un dispositivo diffrattore e può portare leggeri miglioramenti all attenuazione globale della barriera. La grandezza che definisce l incremento prestazionale è detto Diffraction Index Difference ( DI) da cui si estrapola un indice di valutazione espresso in decibel utilizzando lo spettro di rumore da traffico normalizzato (DL DI ). Gli incrementi, tuttavia sono modesti e si aggirano normalmente sui 2 db per dispositivi commerciali generici. 33

34 CARATTERISTICHE INTRINSECHE 34

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36 Esempi di barriere acustiche (1) Barriere acustiche artificiali Barriere acustiche artificiali integrate con elemento diffrattivo superiore 36

37 Esempi di barriere acustiche (2) Copertura parziale o totale della sede viaria Rilevati in terra e barriere vegetali 37

38 Esempi di barriere acustiche (3) 38

39 ALTRI TERMINI DI ATTENUAZIONE: Amisc Il termine Amisc riguarda i contributi all'attenuazione di effetti eterogenei non accessibili con i metodi generali di calcolo dell'attenuazione. Questi contributi, comprendono: Afol, l'attenuazione sonora nella propagazione attraverso fogliame; Asite, l'attenuazione nella propagazione attraverso insediamenti industriali; Ahous, l'attenuazione nella propagazione attraverso complessi residenziali. 39

40 ATTENUAZIONE DELLE BARRIERE VERDI Afol L attenuazione dovuta alla propagazione attraverso il fogliame cresce linearmente con la distanza di propagazione: d f = d 1 +d 2 Per calcolare d 1 e d 2 il raggio del percorso di propagazione deve essere assunto pari a 5 km. d 1 d 2 r = 5 km Distanza di propagazione d f [m] Frequenza (1/1 ott.) [Hz] d f Attenuazione [db] d f 200 0,02 0,03 0,04 Attenuazione lineare [db/m] 0,05 0,06 0,08 0,09 0,12 40

41 ATTENUAZIONE INSTALLAZIONI INDUSTRIALI (Asite) Negli insediamenti industriali, un'attenuazione può verificarsi per effetto di una diffusione da parte delle installazioni (e di altri oggetti) Nel termine "insediamenti" si comprendono tubi assortiti, valvole, armadi, elementi strutturali, ecc. L'attenuazione aumenta in proporzione diretta con la lunghezza del percorso incurvato, ds, attraverso gli insediamenti, fino a un massimo di 10 db. 41

42 ATTENUAZIONE COMPLESSI RESIDENZIALI (Ahous) Ahous è costituito dall effetto combinato dell attenuazione dovuta alla schermatura da parte degli edifici con la propagazione tra edifici e dalle riflessioni da altri edifici situati nelle vicinanze. Un valore approssimato per l'attenuazione ponderata A, Ahous, che non dovrebbe essere maggiore di 10 db si può calcolare mediante: Ahous = 0,1 B d b db dove: B e la densità degli edifici lungo il percorso, dato dall'area totale del complesso degli edifici divisa per l'area totale della zona (compresa quella ricoperta dagli edifici); d b e la lunghezza, in metri, del percorso del suono attraverso la zona densamente edificata, determinata con un procedimento analogo a quello illustrato nella figura 42

43 INTERVENTI FINALIZZATI ALLA RIDUZIONE DELL INQUINAMENTO ACUSTICO IN GENERALE ELIMINARE IL PERICOLO LOTTA CONTRO IL RUMORE NEUTRALIZZARE IL PERICOLO PROTEGGERE L UOMO 43

44 INTERVENTI FINALIZZATI ALLA RIDUZIONE DELL INQUINAMENTO ACUSTICO Gli interventi di riduzione del disturbo in ambiente esterno possono essere realizzati con diverse modalità, in relazione alla loro fattibilità tecnico-economica: 1) direttamente sulla sorgente rumorosa 2) lungo la via di propagazione del rumore dalla sorgente al ricettore 3) direttamente sul ricettore 44

45 DISTANZA Infrastrutture sufficientemente distanti dai ricettori non rendono necessario l utilizzo di barriere 45

46 TUNNEL Inserimento dell infrastruttura dentro un tunnel. (opzione costosa) 46

47 TRINCEA Strada in trincea consente un mascheramento acustico e visivo 47

48 TERRAPIENI Realizzazione barriere acustiche di terrapieni con un appropriata piantumazione 48

49 BIO-BARRIERE Dove lo spazio è limitato è possibile installare delle «biobarriere» con piantumazioni nei terreni adiacenti per ottenere un effetto naturale. 49

50 ASFALTI FONOASSORBENTI Soluzione con asfalti fonoassorbenti 50

51 SOLUZIONI COMBINATE Soluzione combinata con asfalti fonoassorbenti e terrapieni 51

52 ISOLAMENTO DI FACCIATA Laddove non si riesca a ridurre il rumore ambientale si deve intervenire nelle prestazioni acustiche delle partizioni esterne degli edifici 52

53 FORMA URBANA Allontanamento dalla strada; inserimento di aree verde. Attenuazione per divergenza (-3 db ad ogni raddoppio della distanza) sonora e schermi vegetali 53

54 FORMA URBANA 54

55 CARATTERIZZAZIONE URBANA 55

56 CARATTERIZZAZIONE URBANA 56

57 DISPOSIZIONE SFAVOREVOLE DISPOSIZIONE FAVOREVOLE 57

58 CARATTERIZZAZIONE URBANA 58

59 schermature di edifici residenziali 59

60 Allontanamento dalla strada e scaglionamento in altezza 60

61 Schermatura con scarpate naturali Schermatura con riporto di terra 61

62 Uso di terrapieni come schermature acustiche 62

63 a) b) c) a) Edifici bassi sono più facili da proteggere con barriere o terrapieni b) Scaglionamento in altezza è funzionale alla protezione acustica c) Costruzione prospicente alla strada di edifici meno sensibili al rumore in grado di schermare ricettori più sensibili 63