Elementi di acustica Tipi di rumori negli edifici

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1 Elementi di acustica Tipi di rumori negli edifici s.r.l. Via della Cantina GROPPOLI (MS) Tel Fax uff. comm Fax uff. tecnico uff. comm.: comm@.it - uff. tecnico.: service@.it -

2 ELEMENTI DI ACUSTICA 1. COS'E' UN SUONO: Dal punto di vista fisico, per un suono in un certo punto dello spazio si intende una rapida variazione di pressione atmosferica (compressione e rarefazione), intorno a una sorgente sonora. Si definisce sorgente sonora qualsiasi dispositivo che provochi direttamente o indirettamente (p.es. per percussione), dette variazioni di pressione. Le sorgenti sonore quindi in natura sono infinite. Affinchè il suono si propaghi occorre poi che il mezzo che circonda la sorgente sia dotato di elasticità. La porzione di spazio interessata da tali variazioni di pressione è allora definita campo sonoro. Un suono si propaga tramite delle onde sonore, proprio come quando un sasso cade nell'acqua. Per esempio, immaginiamoci che la generazione del suono avvenga mediante una sfera pulsante in un mezzo elastico come l'aria; le pulsazioni provocano delle variazioni di pressione intorno al valore della pressione atmosferica. Queste si propagano nello spazio circostante a velocità finita come onde sferiche progressive nell'aria stessa (vedi disegno a fianco), proprio come quando si getta un sasso in uno stagno. Le varie particelle del mezzo (aria, acqua, ecc...), entrano in vibrazione propagando la perturbazione alle particelle vicine e così via fino alla cessazione del fenomeno perturbatorio. A proposito è importante anche il mezzo di propagazione delle onde sonore: un mezzo elastico (aria, cemento, legno, ecc...), non oppone particolare resistenza alla propagazione delle onde sonore. Viceversa un mezzo smorzante (quindi un mezzo poco elastico), come l'acqua oppone una forte resistenza alla propagazione delle onde sonore, smorzandole appunto, facendole diminuire di intensità. 2. COS'E' IL RUMORE: Il rumore è la somma di più suoni puri (es. A+B=C). I suoni si sommano realizzando un grafico chiamato diagramma di Bode, ma i rumori non si sommano (vedremo più avanti come sommare due rumori). Se abbiamo 2 sorgenti di rumore, per calcolare il rumore totale dobbiamo prendere la sorgente con maggiore intensità ed aggiungerci una costante opportunamente calcolata, che dipende dalla differenza dei due rumori. Vedremo in seguito come fare con il calcolo logaritmico. 3. COME IL NOSTRO ORECCHIO SENTE I RUMORI: Le onde sonore arrivano nell'orecchio e fanno vibrare il timpano; a sua volta il timpano trasmette l'informazione al cervello che pensa a codificarla. Ogni rumore è caratterizzato da una frequenza e da un'ampiezza. Il nostro orecchio sente rumori che hanno una frequenza compresa all'incirca tra 20 e Hz (Hertz) ed un' ampiezza minima di 2x 10-5 Pa (0, atm), un valore circa 5 miliardi di volte inferiore alla pressione atmosferica di 1 atm. La frequenza è il numero di cicli che si fanno in un secondo e l'ampiezza è la forza con cui queste si propagano. Maggiore è l'ampiezza, maggiore è l'intensità del rumore percepito. La frequenza da' luogo a rumori gravi o acuti; maggiore è la frequenza più il rumore è acuto. I rumori più disturbanti sono quelli acuti. 1

3 A puro titolo informativo la voce umana generalmente emette suoni (differenti da persona a persona) compresi fra 300 e 3400 Hz; il telefono ad esempio lascia passare solo questa banda di frequenze ed è per questo che a volte alcune persone si sentono male al telefono indipendentemente dalle condizioni della linea (vuol dire che gran parte delle fequenze emesse dalla loro voce non rientrano nella banda Hz. Il nostro cervello comunque non riesce a sentire tutte le frequenze diverse, ma le raggruppa in bande di frequenza. Si dice che i fenomeni acustici sono fenomeni tipicamente spettrali, ovvero i loro effetti dipendono dalla frequenza e dal contenuto energetico. 4. PRINCIPALI GRANDEZZE ACUSTICHE: La quantità di energia irradiata da una sorgente sonora nell'unità di tempo è denominata potenza sonora Pw (W). La potenza sonora (Pw) emessa da una sorgente, è irradiata nel mezzo elastico (come l'aria) con densità, attaverso una determinata supericie S (chiamata anche fronte d'onda), come lavoro dovuto dal prodotto della forza di pressione p per la velocità di spostamento delle particelle c intorno al punto di equilibrio. La potenza sonora Pw può quindi essere correlata alla pressione sonora (quella che noi sentiamo), dall'equazione: Pw = p * (p / *c) * S = (p 2 / *c) * S [ W ] Intensità sonora: L'intensità sonora è invece l'energia che, nell'unità di tempo, fluisce attraverso l'unità di area del fronte d'onda. L'intensità sonora ci dice quanta energia passa su una superficie determinata, in un tempo determinato. Si ha la seguente relazione: I = p 2 / *c [W / m 2 ] Mentre la frequenza discrimina la percezione dei suoni (il loro tono), da gravi (bassa frequenza), ad acuti (alta frequenza); analogamente l'intensità discrimina i suoni da deboli a forti. 5. I LIVELLI SONORI: Nei problemi pratici, considerando l'enorme campo di variazione delle grandezze in gioco (potenza e frequenza), non conviene esprimere le grandezze acustiche quali la pressione sonora, la potenza, e l'intensità in valori assoluti. Si è deciso quindi di trasformare queste grandezze in db (decibel), ovvero facendo il logaritmo del rapporto tra le stesse e determinati valori di riferimento assunti come livelli zero. Questo sistema si è rivelato utile, sia perchè la scala logaritmica comprime i valori numerici, sia perchè l'orecchio umano è sensibile alla pressione, ma non in modo lineare e risponde in maniera molto simile alla curva logaritmica. Una pressione doppia non corrisponde ad una sensazione doppia. Si hanno quindi i vari livelli: livello di potenza sonora Lw = 10 Log (Pw / Po) [ db ] Pw è la potenza sonora in esame [W] e Po è la potenza sonora di riferimento (10-12 W) livello di intensità sonora Li = 10 Log (I / Io) [db] I è l'intensità sonora in esame [W/m 2 ] e Io l'intensità sonora di riferimento (10-12 W/m 2 ) livello di pressione sonora LP = 10 Log (p 2 / p 2 o) = = 20 Log (p / po) [db] p è la pressione sonora in esame [Pa] e po è la pressione sonora di riferimento (2*10-5 Pa, soglia di udibilità a 1000 Hz). Da sottolineare il fatto che spesso questi valori vengono forniti dalle case costruttrici quindi rappresentano il dato noto su cui fare l'analisi. 2

4 Grafico logaritmico applicato all'acustica Notare che al raddoppio dei valori sull'asse X, corrisponde un incremento di soli 2-3 db dell'asse Y Livello di potenza sonora Lw [db] ,0001 0,0004 0,0007 0,0010 0,0013 0,0016 0,0019 0,0022 0,0025 0,0028 0,0031 0,0034 0,0037 0,0040 Potenza sonora Pw [W] Può essere utile sapere a questo punto come si possono sommare più sorgenti sonore: Esempio: Si sommino due livelli di pressione sonora di due condizionatori pari a Lp1 = 70dB e Lp2 = 40dB, il livello totale sarà: LpTot = 10 Log (10 70/ /10 ) = 70 db Se anche Lp2 è 70 db: LpTot = 10 Log (10 70/ /10 ) = 73 db Si noti che un raddoppio del livello energetico ha comportato un aumento di solo 3 db. Possiamo dire che nella pratica per poter fare una prima stima del livello di rumorosità in casi come questo, possiamo aggiungere, per ogni fonte di rumore 2-3 db in più rispetto alla fonte con il livello di rumorosità più alto. Può tornare inoltre utile sapere che in campo aperto si ha un'attenuazione di circa 6 db ogni metro di distanza dalla fonte di rumore. Questi sono dati indicativi, ma possono essere utili per per farsi un'idea quando capitano questi problemi. N.B.: Per l'orecchio umano la fastidiosità di un rumore rispetto ad un altro non dipende solo dalla pressione sonora ma anche dalla frequenza (più è alta, più il rumore è fastidioso); per questo una musica a 90 db è meno fastidiosa del rumore in abitacolo di un auto a 130 Km/h (circa 70 db). 3

5 6. COME SI TRASMETTE IL RUMORE: Il suono si propaga nell'aria, ma anche nei diversi materiali, con velocità diversa (si dice che più il materiale è elastico, più lascia passare le onde sonore ed è quindi più rumoroso). 7. TIPI DI RUMORE NEGLI EDIFICI Nelle nostre case siamo sottoposti a diversi tipi di disturbo: rumori aerei, provenienti dell'esterno o dai vicini; rumori impattivi, provenienti dal calpestio dei vicini, dei giochi, ecc... rumori di impianti di riscaldamento, sanitari, ecc LA TRASMISSIONE DEL RUMORE ATTRAVERSO LE STRUTTURE EDILIZIE: Il potere fonoisolante di un elemento caratterizza la capacità di ridurre la trasmissione dell'energia acustica incidente su di esso attraverso meccanismi di dissipazione dipendenti dalle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali che lo costituiscono. Quando un elemento viene investito dalle onde sonore incidenti, che esercitano sulla sua superficie una pressione fluttuante, esso vibra e diventa a sua volta un generatore sonoro, irraggiando il suono nello spazio dal lato opposto. Tanto maggiore è la resistenza che l'elemento oppone ad essere messo in vibrazione, a causa della sua massa o della sua composizione, tanto minore sarà l'energia trasmessa (sarà quindi attenuata l'ampiezza della vibrazione). E' possibile stabilire una relazione fra il potere fonoisolante, la massa dell'elemento e la frequenza del suono: è la cosidetta legge della massa. Nel campo di validità della legge della massa, il potere fonoisolante di elementi omogenei aumenta di 6 db al raddoppio della massa superficiale. E' evidente che nella maggior parte dei casi, l'incremento di massa non rappresenta una soluzione tecnologicamente attuabile ed economicamente vantaggioso per conseguire elevati valori di potere fonoisolante. Per questo per ottenere un buon potere fonoisolante dobbiamo utilizzare materiali compositi. 4

6 7.2 RUMORI PROVENIENTI DALL' ESTERNO: Le finestre ed i cassonetti degli avvolgibili sono i maggiori responsabili del rumore proveniente dall'esterno. Per ottenere un buon risultato si devono migliorare le caratteristiche del vetro, del serramento, del cassonetto, del sottofinestra, delle bocchette di aerazione. La tenuta all'aria dei serramenti è un buon sistema per migliorare il fonoisolamento. La tenuta all'aria dei serramenti è identificata da 5 diverse classi. La classe 0 per i serramenti non sottoposti a prova, le classi da 1 a 4 sono ordinate dalla permeabilità più alta alla più bassa. La classe 4 è quindi la migliore. Anche le griglie di ventilazione sono elementi attraverso cui il rumore si trasmette. Esistono dispositivi che consentono di limitare la rumorosità delle prese d'aria. 7.3 RUMORI ATTRAVERSO I MURI: I muri isolano dal rumore in due modi: con il loro peso (la legge della massa: maggiore è il peso, maggiore è l'isolamento offerto), o con il loro effetto smorzante (pareti leggere). Per migliorare l'isolamento di una parete si può intervenire con sistemi leggeri, molto efficaci alle alte frequenze. Si tratta di contropareti di gesso rivestito che possono essere incollate (senza punti rigidi) alle pareti esistenti, oppure fissate su orditure metalliche montate sulle pareti. Attenzione che non vengano a contatto con con il pavimento o il soffitto: ogni punto rigido ne diminuisce enormemente l'efficacia. Servono quindi nastri e guarnizioni elastiche. 7.4 GLI EFFETTI LATERALI: Attenzione: il rumore è uno scansafatiche e fa sempre il percorso più facile: basta un buco o un ponte acustico in una parete isolata benissimo che il rumore passa tutto di là. Il rumore si trasmette in tutti i modi possibili e su tutti i percorsi possibili. Le vibrazioni prodotte in un ambiente emergono in quello contiguo come rumori aerei (vibrazioni nell'aria), ma si trasmettono anche sulle strutture vicine. I rumori aerei si trasformano in vibrazioni nelle strutture e si trasmettono agli ambienti vicini. 5

7 7.5 RUMORI IMPATTIVI PROVENIENTI DAL SOLAIO SOVRASTANTE: Le vibrazioni del solaio vengono generalmente trasferite all'aria sottoforma di rumore aereo, che se compreso entro una certa gamma di frequenze è apprezzato dall'orecchio umano ( Hz per convenzione): Per isolare un pavimento dai rumori di calpestio ci sono almeno 3 modi: per i pavimenti già esistenti si può utilizzare un sistema resiliente a secco costituito da pannelli rigidi e feltrini preaccoppiati di basso spessore, su cui incollare il nuovo rivestimento (abbattimento del rumore db). Se l'altezza del soffitto lo permette, è efficace un pavimento galleggiante costituito da un materiale elastico, ma ammortizzato su cui realizzare il massetto che deve poter vibrare senza alcun punto di contatto con il solaio e con le pareti (in questo modo si ottengono abbattimenti di oltre 20 db, necessari per rientrare nei limiti stabiliti dalla legge quadro 447/95 sull'inquinamento acustico e dal D.P.R. 5 Dicembre 1997). N.B: Realizzando un impanto a pavimento con pannelli che oltre ad avere caratteristiche di isolamento termico, hanno anche caratteristiche di isolamento acustico, tipo i pannelli PS-T del sistema Rotaflex, PS-TK 30-2 del sistema Delta Noppe o il pannello in fibra di legno del sistema Biofloor si raggiungono due obiettivi con un intervento unico. Isolamento termico e acustico del solaio. I pannelli in polistirolo espanso aventi caratteristiche di isolamento termico ed acustico, sono definiti dalla norma UNI-EN 13163, vengono chiamati EPS-T e sono classificati in 5 classi (CP5, CP4, CP3, CP2), in funzione del livello di comprimibilità. Di ogni pannello deve essere inoltre dichiarata la rigidità dinamica e l'indice di abbattimento del rumore di calpestio. Nel caso vengano utilizzati pannelli aventi solo caratteristiche di isolamento termico, si dovrebbe prima posare un tappetino fonoassorbente, poi il pannello dell'impianto a pavimento per rientrare nei limiti stabiliti dalla normativa (livello del rumore di calpestio con prova normalizzata L'n,w < 58 db per ospedali e assimilabili, < 63 per abitazioni e assimilabili, < 58 per attività scolastiche, < 55 per uffici e assimilabili), con aggravi di costi e tempo. Un terzo sistema, quando non si può proprio intervenire sul pavimento, è quello di isolare il soffitto del piano di sotto ed intercettare il rumore aereo. Consiste nel realizzare un controsoffitto il più possibile continuo (ottimo il gesso rivestito) e riempire l'intercapedine con materiale fibroso (lana minerale, fibra di poliestere, ecc...) o poroso come polistirolo espanso, ecc...), per evitare che l'intercapedine diventi una cassa armonica. In questo modo non si può evitare che il rumore scappi via dalle pareti laterali, ma si può ottenere comunque un buon risultato. ATTENZIONE: Si ribadisce l'importanza di isolare il massetto anche sui lati con un nastro di bordatura al fine di non rendere vano il lavoro eseguito. 6

8 7.8 RUMORI DEGLI IMPIANTI: Le vibrazioni prodotte dagli impianti e dall'acqua che vi circola si trasmettono ai muri (negli attraversamenti e negli appoggi). Bisogna perciò interrompere la continuità delle tubazioni con appositi materiali elastici e supporti. E' anche possibile utilizzare tubazioni e scarichi preisolati, cioè costruiti con materiali antivibranti e assemblati con supporti e giunti speciali in modo da contenere il rumore. Rumore prodotto dagli impianti tecnologici La rumorosità prodotta dagli impianti tecnologici non deve superare i seguenti limiti: 35 db per i servizi a funzionamento discontinuo; 25 db per i servizi a funzionamento continuo. Le misure di livello devono essere eseguite nell'ambiente nel quale il livello di rumore è più elevato. Tale ambiente deve essere diverso da quello in cui il rumore si origina. 8. RUMORE ALL'APERTO: Il rumore all'aperto si attenua con la distanza; si può ulteriormente ridurre la trasmissione con apposite barriere, dette barriere acustiche. Queste separano la zona da proteggere (es. un edificio abitato) da una fonte di rumore. Il rumore percepito è il più disturbante in ambiente; spesso però è mascherato dal rumore di fondo. Il rumore di fondo in un ambiente è prodotto da molte sorgenti vicine e lontane che insieme formano un tutt'uno. Quanto più il rumore di fondo diminuisce tanto più gli altri rumori presenti in ambiente sembrano più forti. E' il caso del rumore da traffico: quando chiudiamo bene le finestre sentiamo di più il rumore del vicino. Lo stesso avviene in campagna: abituati al traffico cittadino, sentiamo come forte e disturbante il cinguettio degli uccelli. 7

9 9. LA NORMATIVA: La normativa che regola la rumorosità negli edifici è la LEGGE QUADRO 447/95 e il D.P.R. 5 Dicembre '97: In ogni caso in un ambiente non vi può essere una differenza di più di 5 db rispetto al rumore di fondo di giorno, e di più di 3 db di notte (dopo le ore 23.00). La verifica viene eseguita con misurazione fonometrica. Per i rumori prodotti in ambienti aperti, la legge che li regolamenta è il D.M. 14/11/'97 : Le immissioni rumorose nell'ambiente da parte delle attività non possono superare il valore previsto per le diverse zone nei diversi comuni, in prossimità di autostrade, ferrovie, aeroporti. Anche il rumore della maggior parte delle sorgenti è regolamentato (macchine operatrici, auto, tosaerba, ecc...). Lasciamo sospesa la spiegazione di questa legge, perchè non è un compito che riguarda noi, il progettista o l'installatore. Ci soffermiamo invece sulla legge quadro e il D.P.R.: Il D.P.R. 5 Dicembre 1997 (Determinazione dei requisiti acustici passivi degli edifici), emanato in attuazione della legge 447/95 (Legge quadro sull'inquinamento acustico), ha introdotto un quadro di riferimento alquanto articolato, affiancando e integrando la scarsa legislazione preesistente. Le prescrizioni ivi contenute riguardano il potere fonoisolante apparente R'w (che tiene conto anche delle trasmissioni laterali attraverso le strutture che delimitano una parete), lìisolamento di facciata D2m,nT,w e il livello di rumore di calpestio L'n,w: vengono fissati i valori limite dell'indice di valutazione dei citati parametri, per le differenti categorie di edificio, come riportato nelle tabelle successive: 8

10 TABELLA A - CLASSIFICAZIONE DEGLI AMBIENI ABITATIVI: - categoria A: edifici adibiti a residenza o assimilabili; - categoria B: edifici adibiti ad uffici e assimilabili; - categoria C: edifici adibiti ad alberghi, pensioni ed attività assimilabili; - categoria D: edifici adibiti ad ospedali, cliniche, case di cura e assimilabili; - categoria E: edifici adibiti ad attività solastiche a tutti i livelli e assimilabili; - categoria F: edifici adibiti ad attività ricreative o di culto e assimilabili; - categoria G: edifici adibiti ad attività commerciali o assimilabili. TABELLA B REQUISITI ACUSTICI PASSIVI DEGLI EDIFICI, DEI LORO COMPONENTI E DEGLI IMPIANTI TECNOLOGICI: Cat. Di cui alla R' w D 2m,n,Tw L' n,w L ASmax L Aeq Tab. A D A,C E B,F,G Livello di rumore di calpestio I valori di R'w sono riferiti a elementi di separazione tra due distinte unità immobiliari. Nota: con riferimento all'edilizia scolastica, i limiti per il tempo di riverberazione sono quelli riportati nella circolare del Ministero dei lavori pubblici del 22 maggio 1967, recante i criteri di valutazione e collaudo dei requisiti acustici negli edifici scolastici Il decreto precisa che i valori limite di R'w si applicano a elementi di separazione tra due distinte unità abitative. Per quanto riguarda in particolare il potere fonoisolante, si può osservare che i limiti stabiliti possono essere difficilmente raggiunti da pareti monolitiche e che con le pareti doppie possono risultare necessari rilevanti spessori globali se non si adottano particolari accorgimenti. 9

11 10. LA DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DEL POTERE FONOISOLANTE E DELL'ISOLAMENTO ACUSTICO: Le prescrizioni per la determinazione delle capacità fonoisolanti di un elemento edilizio (o di un insieme di elementi), sono contenute nella norma ISO 140, che fornisce le specifiche riguardanti le attrezzature e le metodologie da utilizzare per le valutazioni in laboratorio ed in opera. La prima parte della norma ISO 140 indica i requisiti generali per i laboratori; la seconda parte riguarda sostanzialmente la verifica e la precisione dei dati di misura. Le parti successive trattano dei vari metodi di valutazione della proprietà fonoisolanti degli elementi di prova. Un quadro riassuntivo delle quantità misurate, dei metodi e dei campi di applicazione è riportato nella tabella sotto: 11. LA DETERMINAZIONE DEL POTERE FONOISOLANTE IN LABORATORIO: La norma UNI-EN ISO prescrive il metodo laboratorio per la determinazione del potere fonoisolante per via aerea ( R ) di elementi di edificio. I risultati ottenuti con questo metodo sono rappresentativi delle capacità fonoisolanti caratteristiche di un determinato elemento e possono essere utilizzati per la progettazione, il confronto e la classificazione degli elementi di edificio. 12. LA DETERMINAZIONE DELL'ISOLAMENTO ACUSTICO IN OPERA: La norma UNI-E ISO prescrive il metodo per la determinazione in opera dell'isolamento acustico per via aerea di elementi di edificio. Il metodo di misura è analogo, seppur semplificato, a quello previsto per le misure in laboratorio. Questo manualetto è stato concepito con l'intento di essere un valido aiuto nella fase iniziale di un'analisi acustica generale di un'abitazione; per questo non si parla di eco, tempo di riverbeazione, ecc..., utili solo in una fase più approfondita. Damiano Quilici Servizio Tecnico 10