ELEMENTI DI ACUSTICA 08

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1 I.U.A.V. Scienze dell architettura a.a. 2012/2013 Fisica Tecnica e Controllo Ambientale Prof. Piercarlo Romagnoni ELEMENTI DI ACUSTICA 08

2 ACUSTICA ARCHITETTONICA 02 FONOISOLAMENTO

3 ASSORBIMENTO, RIFLESSIONE, TRASMISSIONE S I I I R I A L energia sonora che incide sulla superficie S si divide in tre componenti: una parte viene riflessa dalla superficie, una parte viene assorbita ed una parte trasmessa oltre il materiale/pacchetto I T COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO COEFFICIENTE DI TRASMISSIONE COEFFICIENTE DI RIFLESSIONE α = I I τ = I I ρ = I I Per il principio di conservazione dell energia le tre componenti in cui si divide I I sommate dovranno nuovamente dare I I : I + I + I = I I α + I τ + I ρ = I I (α + τ + ρ) = I α + τ + ρ = 1

4 FONOISOLAMENTO, la trasmissione del suono negli edifici Trasmissione per via aerea: rumore che si propaga nell ambiente disturbante attraversa le pareti divisorie e arriva nell ambiente disturbato. Trasmissione per via strutturale: rumore che si propaga dall ambiente disturbante all ambiente disturbato attraverso vibrazioni delle strutture.

5 FONOISOLAMENTO, la trasmissione del suono negli edifici Per proteggere un ambiente dal disturbo sonoro di un ambiente confinante o dell esterno possiamo applicare una DIFESA ATTIVA o una DIFESA PASSIVA DIFESA ATTIVA: si interviene direttamente sulla sorgente, ad esempio abbassandone il volume DIFESA PASSIVA: si interviene sulla propagazione del suono Al disturbo dovuto alla rumorosità della sorgente contribuisce anche la rumorosità dell ambiente in cui è inserita: più le superfici sono riflettenti e più il rumore è amplificato, per cui il potere fonoisolante contribuisce all effetto del fonoisolamento.

6 POTERE FONOISOLANTE La capacità di un ostacolo di impedire la trasmissione del suono è definita POTERE FONOISOLANTE dell ostacolo. La quantità di suono trasmesso oltre l ostacolo, che nel nostro caso sarà una parete, una finestra, una porta, ecc. sarà inversamente proporzionale al POTERE FONOISOLANTE dell elemento. Tale relazione si può scrivere, considerando il coefficiente di trasmissione: R ( ) = 10 log 1 τ [db] Il coefficiente di trasmissione, e di conseguenza il POTERE FONOISOLANTE, dipendono dalla frequenza f del suono incidente.

7 POTERE FONOISOLANTE R ( ) = 10 log 1 τ [db] τ = I I R ( ) = 10 log I I R ( ) = 10 log I I I I R ( ) = 10 log I I 10 log I I R ( ) = L L [db]

8 POTERE FONOISOLANTE L ostacolo - parete, finestra, porta, ecc. - dovrà essere continuo, non presentare possibili ponti acustici al passaggio del suono. Per un ostacolo senza discontinuità il potere fonoisolante dipende: dall angolo di incidenza del suono, α ; dalla frequenza del suono, f; dalla differenza di ρc (resistenza acustica del mezzo) del mezzo di propagazione, e della parete su cui il suono incide (che sarà un secondo mezzo di propagazione); dalle proprietà del materiale costituente l ostacolo: densità, modulo di Young, ecc.

9 LEGGE DI MASSA Per incidenza normale del suono sull ostacolo il potere fonoisolante dell ostacolo può essere, in prima approssimazione, tradotto dalla cosiddetta LEGGE DI MASSA. τ = 1,75x10 M f τ 0 : coefficiente di trasmissione per incidenza normale del suono M: massa frontale dell ostacolo in kg/m 2 f: frequenza del suono Si deduce che il POTERE FONOISOLANTE, che è inversamente proporzionale alla trasmissione sonora, è DIRETTAMENTE PROPORZIONALE A MASSA E FREQUENZA.

10 LEGGE DI MASSA R ( ) = 10 log 1 τ [db] τ = 1,75x10 M f R ( ) = 10 log M f 1,75x10 = 10 log M f 10 log(1,75x10 ) R ( ) = 20 log Mf 42,4

11 LEGGE DI MASSA Molti ricercatori hanno cercato di tradurre in una generica formula il comportamento fonoisolante dell ostacolo, ne sono nate varie definizioni della legge di massa. R ( ) = 15 log Mf 17 R ( ) = 18 log Mf 44 R ( ) = 18 log M + 12 log f 25 Per un suono di incidenza casuale è stata sviluppata la seguente legge. R = R 10 log 0,23R R = 20 log Mf 42,4 Il potere fonoisolante medio, per 40 kg/m 2 <M<400 kg/m 2, si può approssimare con la formula. R = log M

12 LEGGE DI MASSA M=180 kg/m 2 medio R ( ) = 20 log Mf 42, R ( ) = 15 log Mf 17 59, R ( ) = 18 log Mf , ,5 56 R ( ) = 18 log M + 12 log f ,5 55 R = R 10 log 0,23R 48, R = log M

13 LEGGE DI MASSA La Legge di Massa è utile solo a calcoli di prima approssimazione. Dai risultati di prove sperimentali si deduce che la Legge di Massa è sufficientemente precisa per le frequenza centrali del campo di udibilità. Nella zona delle basse frequenze l ostacolo risente dell effetto di risonanza Nella zona delle alte frequenze interviene invece l effetto della coincidenza.

14 LEGGE DI MASSA Zona 1, RISONANZA: La parete viene messa in vibrazione da un onda di frequenza in grado di mandare in risonanza il materiale, per tale frequenza e quelle limitrofe il POTERE FONOISOLANTE DEL MATERIALE E COMPROMESSO. Per le normali pareti da costruzione è in frequenze più basse delle udibili. Acquista importanza per pareti sottili e molto rigide. Zona 2, LEGGE DI MASSA: vale la legge di massa, con un potere fonoisolante che aumenta di 6 db per ogni ottava. Zona 3, COINCIDENZA: quando si verifica l EFFETTO DI COINCIDENZA la frequenza delle componenti tangenziali dell onda sonora incidente coincide con la frequenza di risonanza delle onde flessionali della parete. Si può calcolare la frequenza critica. f = c πh 3ρ(1 η ) Y [Hz] c: velocità del suono, m/s h: spessore della parete, m ρ: densità della parete, kg/m 3 η: rapporto di Poisson Y: modulo di elasticità o di Young, N/m 2

15 PARETI COMPOSTE IN FACCIATA Per una parete composta in facciata il POTERE FONOISOLANTE sarà dato da una media pesata della trasmissione dei vari elementi, tenendo cioè conto del coefficiente di trasmissione e della superficie di ogni elemento. t = t S S = t S + t S + + t S A t : coefficiente di trasmissione medio t i : coefficiente di trasmissione di ciascun elemento S i : superficie di ciascun elemento A : area totale della parete R = 10 log 1 t [db]

16 PARETI COMPOSTE IN FACCIATA ,500 m 2 Parete R 500Hz = 55 db A = 13,5 m 2 R ( ) = 10 log 1 τ τ = 1 10 / = 1 = 0, ,

17 PARETI COMPOSTE IN FACCIATA 500 Parete Finestra 270 1,680 m 2 R 1-500Hz = 55 db A 1 = 11,8 m 2 R 2-500Hz = 38 db A 2 = 1,7 m 2 11,820 m 2 R ( ) = 10 log 1 τ τ = 1 10 / = 1 10, = 0, τ = 1 10 / = 1 = 0, , τ = τ A + τ A A + A = 0, R = 10 log 1 0, = 46 db

18 PARETI COMPOSTE IN FACCIATA 500 Parete R 1-500Hz = 55 db Foro R 2-500Hz = 10 db 270 A 1 = 13,48 m 2 A 2 = 0,02 m 2 0,023 m 2 13,478 m 2 R ( ) = 10 log 1 τ τ = 1 10 / = 1 10, = 0, τ = 1 10 / = 1 10 = 0,1 τ = τ A + τ A A + A = 0,00015 R = 10 log 1 0,00015 = 38,2 = 38 db

19 PARETI COMPOSTE IN FACCIATA 500 Parete Foro Finestra 270 1,680 m 2 R 1-500Hz = 55 db A 1 = 11,78 m 2 R 2-500Hz = 10 db A 2 = 0,02 m 2 R 3-500Hz = 38 db A 3 = 1,7 m 2 0,023 m 2 11,798 m 2 R ( ) = 10 log 1 τ τ = 1 10 / = 1 = 0, , τ = τ A + τ A + τ A A + A + A = 0,00017 τ = 1 10 / = 1 10 = 0,1 R = 10 log 1 0,00017 = 37,7 = 38 db τ = 1 10 / = 1 = 0, ,

20 PARETI MULTISTRATO Quando si desideri migliorare l isolamento di una parete senza aumentare in modo eccessivo il suo peso è possibile ottenere buoni risultati con pareti costituite da più strati di materiali diversi alcuni rigidi e pesanti tra i quali vengono interposti materiali leggeri aventi funzione elastico-smorzante. Quando infatti il suono che si propaga in un mezzo ne incontra un altro di caratteristiche diverse il secondo oppone una resistenza al passaggio delle onde. Il parametro che descrive la diversità dei vari strati rispetto alla propagazione del suono è l impedenza acustica o resistenza acustica del mezzo. In particolare si possono utilizzare le cosiddette doppie pareti: pareti costituite da un doppio tavolato in laterizio con interposta un intercapedine libera o riempita di materiale fonoassorbente. IMPEDENZA ACUSTICA ρc kg m s c: velocità del suono, m/s ρ: densità della parete, kg/m 3

21 PARETI DOPPIE Lo spessore dell intercapedine tra i due strati deve essere sufficientemente elevato altrimenti alle basse frequenze entrano in risonanza. Al limite inferiore l isolamento è pari a quello di una parete con massa pari alla somma delle masse delle due partizioni. Se invece lo spessore dell intercapedine è sufficiente (almeno 4 cm) l isolamento tende alla somma dei poteri fonoisolanti delle due componenti separate. La presenza del materiale fonoassorbente migliora le prestazioni alle medie-alte frequenze. La presenza di fessure o di fori (spesso a causa di posa dei laterizi di cattiva qualità e delle tracce degli impianti) peggiora drasticamente le prestazioni del divisorio. E bene riempire evitando qualsiasi collegamento rigido tra i due pannelli che costituiscono la parete. Disaccoppiando gli elementi che costituiscono la parete si arriva ad un aumento anche di 9-10 db; In ogni caso l'isolamento che si ottiene non supera i db. Per oltrepassare tale limite è necessario intervenire anche su pavimento e soffitto e desolidarizzare la parete dal resto della struttura.

22 PARETI DOPPIE d M 1 M 2 f = 84 K d r M + r M [Hz] K: modulo di compressione del materiale in intercapedine, N/m 2 (per aria K=1) d: spessore della parete, m r: ordine del modo di risonanza M n : massa frontale pareti, kg/m 2

23 PARETI DOPPIE intonaco Pannello in mattoni Parete laterale Materiale fonoassorbente solaio Materiale resiliente Pannello in mattoni

24 PARETI DOPPIE

25 INDICE DI VALUTAZIONE DEL POTERE FONOISOLANTE Si può descrivere in modo sintetico con un unico valore la capacità fonoisolante di una parete usando l indice di valutazione del potere fonoisolante, R W. Curva di riferimento da norma UNI 717-1:2007 SI trasla la curva sommando gli scarti rispetto alla curva di rilievo fino a che la somma è più prossima possibile a: 10 db per valutazioni in bande d ottava 32 db per valutazioni in bande in terzi d ottava Eseguita la traslazione il valore a 500 Hz della curva normalizzata corrisponde all INDICE DI VALUTAZIONE DEL POTERE FONOISOLANTE

26 INDICE DI VALUTAZIONE DEL POTERE FONOISOLANTE

27 INDICE DI VALUTAZIONE DEL POTERE FONOISOLANTE

28 INDICE DI VALUTAZIONE DEL POTERE FONOISOLANTE

29 RIGIDITA DINAMICA La RIGIDITA DINAMICA s è il parametro fondamentale che caratterizza le guaine anticalpestio di un pavimento galleggiante. Si ricorre al pavimento galleggiante per ridurre il LIVELLO DI RUMORE DA CALPESTIO tra due ambienti sovrapposti. Minore è la rigidità dinamica della guaina e migliori risultano le prestazioni del pacchetto di solaio, sia per la riduzione del rumore da calpestio sia per l isolamento ai rumori aerei. Guaine con s molto bassa (8/10 MN/m 3 ) sono molto performanti al momento della posa ma rischiano una perdita di prestazione con l andare del tempo a causa dello schiacciamento dovuto agli strati di finitura e ai mobili che le sormontano. Conviene scegliere guaine un po più rigide (30-35 MN/m 3 ). Sono meno performanti inizialmente ma in grado di avere migliori garanzie con il trascorrere del tempo.

30 INCREMENTO DEL POTERE FONOISOLANTE

31 INCREMENTO DEL POTERE FONOISOLANTE

32 LIVELLO DI RUMORE DA CALPESTIO

33 LIVELLO DI RUMORE DA CALPESTIO

34 POTERE FONOISOLANTE E LIVELLO DI RUMORE DA CALPESTIO POTERE FONOISOLANTE e LIVELLO DI RUMORE DA CALPESTIO sono due valori che valutano le prestazioni di una partizione, in particolare il LIVELLO DA CALPESTIO riguarda nello specifico le partizioni orizzontali. I due parametri sono opposti: Il primo traduce la capacità di limitare la trasmissione del suono, per cui più è elevato e migliore è la prestazione della partizione. Il secondo invece specifica il livello di rumore che si percepisce nella stanza ricevente sottostante quando sopra viene prodotto del rumore impattivo, per cui più alto è il livello e peggiore è la prestazione isolante della partizione. La differenza è evidente nelle due curve normalizzate che sono una all opposto dell altra: Curva normalizzata INDICE DEL POTERE FONOISOLANTE: UNI 717-1:2007 Curva normalizzata LIVELLO DEL RUMORE DA CALPESTIO: UNI 717-2:2007

35 POTERE FONOISOLANTE E LIVELLO DI RUMORE DA CALPESTIO

36 INCREMENTO DEL POTERE FONOISOLANTE - ESEMPIO

37 INCREMENTO DEL POTERE FONOISOLANTE - ESEMPIO

38 POTERE FONOISOLANTE APPARENTE

39 D.P.C.M. 5/12/1997 REQUISITI ACUSTICI PASSIVI

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