Caratterizzazione delle prestazioni acustiche di infissi antirumore con misure di laboratorio

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1 Caratterizzazione delle prestazioni acustiche di infissi antirumore con misure di laboratorio F. ASDRUBALI, G. BALDINELLI Università degli Studi di Perugia, Dipartimento di ingegneria Industriale, 1.INTRODUZIONE Il rumore prodotto dalle sorgenti sonore esterne si trasmette all interno degli edifici attraverso le superfici dell involucro edilizio meno resistenti al passaggio delle onde sonore; sono questi componenti ad influenzare pertanto la prestazione acustica globale della facciata. Nella maggioranza dei casi i componenti più deboli sono rappresentati dalle finestre, dagli infissi e dai cassonetti per gli avvolgibili; risulta pertanto estremamente importante la caratterizzazione in laboratorio delle proprietà acustiche di questi elementi, al fine di consentire ai progettisti la scelta del componente più idoneo a garantire le prestazioni acustiche di facciata richieste. Il Laboratorio di Acustica della Facoltà di Ingegneria di Perugia dispone di due camere riverberanti accoppiate nelle quali sono stati testati negli ultimi anni numerosi prototipi di infissi antirumore, con particolare riguardo alla tipologia innovativa di infissi ventilati antirumore, nonché diversi cassonetti per avvolgibili dotati di elevate proprietà di isolamento acustico. Il lavoro presenta la metodologia per la misura del potere fonoisolante R secondo la norma UNI EN ISO e dell indice del potere fonoisolante RW secondo la norma UNI EN ISO 717-1, al fine di definire le proprietà di isolamento acustico globali dei campioni sottoposti a prova. Inoltre, sono illustrate le metodiche per la misurazione dei livelli di intensità sonora con sonda intensimetrica, grazie alle quali è possibile costruire le mappe acustiche in prossimità dei campioni testati ed avere una visione più dettagliata del comportamento dei singoli componenti degli infissi testati, localizzando le fughe sonore. Tali tecniche sono fondamentali in vista del perfezionamento e dell ottimizzazione delle proprietà acustiche di prototipi di componenti finestrati. Il lavoro è completato dai risultati delle campagne di misura più significative realizzate in questi ultimi anni dal Laboratorio di Acustica dell Università di Perugia. 2. STRUMENTAZIONE E METODOLOGIA DI MISURA 2.1 Strumentazione di misura Le prove di potere fonoisolante sono eseguite grazie all impiego di due camere riverberanti, realizzate in maniera conforme alla norma UNI EN ISO 140-1; le camere devono essere provviste di un apertura di prova che le rende comunicanti e nella quale viene montato il campione sottoposto all indagine durante le misure di fonoisolamento. Durante l esecuzione delle prove, una camera funge da camera emittente e l altra da camera ricevente (fig. 1). Il Laboratorio di Acustica dell Università di Perugia è dotato di due camere riverberanti accoppiate aventi le seguenti dimensioni: - camera emittente: dimensioni interne: 4.6 m x 4 m x 2.9 m; volume interno netto: V = m³ ; - camera ricevente: dimensioni interne: 4.6 m x 3.9 m x 3.5 m; volume interno netto: V= m³ 49

2 La camere sono costituite da due strutture scatolari in cemento armato, tra loro indipendenti, dello spessore 0,4 m; l apertura di prova ha dimensioni 4.16 m x 2.47 m (10.28 m²). Per l esecuzione delle prove è utilizzata la seguente strumentazione di misura (con p è indicata la strumentazione utilizzata per le misure di livello di pressione e con i quella per le misure intensimetriche): - Sorgente: dodecaedrica omnidirezionale; su ogni faccia è installato un altoparlante modello GHX 165 Audio Design ( p, i ); - Amplificatore: bicanale modello SU-A900 di fabbricazione Technics ( p, i ); - Microfoni: a condensazione GRAS 40AR da ½ ( p ); - Preamplificatori: 01dB-Stell PRE12H ( p ); - Condizionatore di segnale: 01dB-Stell Opus ( p ); - Sonda intensimetrica modello 50 AI-B GRAS comprendente due microfoni: a condensazione GRAS 40AK da ½ ( i ); - Sistema d acquisizione: 01dB-Stell Symphonie ( p, i ); - Software d analisi: 01dB-Stell dbbati32 ( p ); - Software d analisi: 01dB-Stell dbfa32 ( i ); - Software per la definizione delle mappe: Surfer ( i ). Microfono Sorgente omnidirezionale Microfono Fig. 1 - misure di potere fonoisolante in camere riverberanti accoppiate. 2.2 Misure dei livelli di pressione sonora Le prove sono compiute rispettando le ben note procedure prescritte dalla norma UNI EN ISO In particolare vanno misurati contemporaneamente i livelli di pressione sonora nella camera emittente, L1, e nella camera ricevente, L2 in presenza di una sorgente sonora che emette nella camera emittente un rumore bianco e per diverse posizioni dei microfoni e della sorgente. Dai valori mediati di tali livelli di pressione e dalla conoscenza del tempo di riverberazione T60 (misurato nella camera ricevente secondo le procedure prescritte dalla norma UNI EN ISO 354) è possibile calcolare il valore del potere fonoisolante R del campione sottoposto a prova. 50

3 Successivamente è possibile eseguire il calcolo dell indice di valutazione del potere fonoisolante RW e dei termini di adattamento C e Ctr secondo la norma ISO (fig. 2) 50 potere fonoisolante R curva di riferimento secondo ISO R (db) Frequenza f (Hz) INDICE DI VALUTAZIONE DEL POTERE FONOISOLANTE secondo ISO 717/1 SINGLE-NUMBER QUANTITY FOR AIRBORNE SOUND INSULATION RATING according to ISO 717/1 Rw ( C;Ctr )= 38 ( -1;-4) db C = -2 db ; Ctr, = -4 db Fig. 2 - esempio di espressione dell indice di valutazione del potere fonoisolante. 2.3 Misure dei livelli di intensità sonora Le prove sono compiute secondo le procedure prescritte dalle norme UNI EN ISO e Le operazioni da eseguire sul campione di prova per la definizione delle mappe dei livelli di intensità sonora sono le seguenti: 1. rilevazione della temperatura e dell umidità relativa all interno delle camere in diversi momenti dell esecuzione della prova; 2. collocazione della sorgente nella camera emittente in una posizione stabilita; 3. collocazione della griglia (Fig. 3) davanti al campione di prova; la suddetta griglia permette di visualizzare materialmente i punti di misura; 4. definizione della griglia dei punti di misura all interno del software; 5. prima di effettuare le misure vere e proprie, occorre effettuare due verifiche, come prescritto dalla norma UNI EN ISO : - verifica di stazionarietà: si posiziona la sonda, con la parte positiva verso la sorgente, nel punto centrale della griglia, perpendicolare alla superficie; si accende la sorgente sonora, che emette rumore bianco, e si effettuano più misure consecutive per verificare la stazionarietà del segnale acquisito. Si ottiene il valore dell indicatore F1 che deve risultare inferiore a 0,6; - controllo di calibrazione: si posiziona la sonda, con la parte positiva verso la sorgente, nel punto centrale della griglia, si accende la sorgente sonora e si effettua la misura. Questa verifica prevede, però, anche una seconda misura, effettuata posizionando la sonda in modo inverso, ruotata di 180 attorno all asse 51

4 perpendicolare all asse di misurazione, nello stesso centro sonoro della prima posizione. Il software calcola la differenza tra i due valori d intensità misurati, che deve risultare inferiore a 1,5 db; 52 Fig. 3 - griglia utilizzata per la visualizzazione dei punti di misura. 6. definizione, sulla griglia definita per mezzo del software, di un ordine di misura dei punti; 7. immissione nella camera emittente di rumore bianco; 8. collocazione della sonda nel punto segnalato dal software; 9. ripetizione dell operazione 8 per tutti i punti della griglia, nell ordine indicato dal software; 10. visualizzazione dei risultati: - livello di intensità, LI; - livello di pressione, LP; - livello di potenza, LW; 11. definizione delle mappe dei livelli di intensità sonora LI. 3. GLI INFISSI VENTILATI ANTIRUMORE Come detto in precedenza, presso il Laboratorio di Acustica dell Università di Perugia sono stati testati negli ultimi anni numerosi prototipi di infissi antirumore, con particolare riguardo alla tipologia innovativa di infissi ventilati antirumore, nonché diversi cassonetti per avvolgibili dotati di elevate proprietà di isolamento acustico. Le finestre ventilate antirumore sono caratterizzate da prestazioni di fonoisolamento elevate, pur garantendo un adeguato ricambio d aria dell ambiente interno attraverso aeratori insonorizzati a ventilazione naturale o forzata. Di seguito sono brevemente descritti i singoli componenti che solitamente costituiscono tali infissi. Le vetrate isolanti sono formate generalmente da due lastre di vetro piano separate da un intercapedine riempita con aria disidratata o gas inerte (ad es. Argon). I telai sono realizzati ed installati in modo da garantire: - disaccoppiamento acustico telaio-vetro; tra telaio ed anta sono inserite guarnizioni fermavetro per impedire che i vetri doppi trasmettano direttamente il suono per vibrazione dalla prima lastra alla seconda attraverso il telaio dell anta.

5 - disaccoppiamento acustico telaio-controtelaio, ottenuto installando i telai fissi in modo totalmente indipendente dal controtelaio, mediante guarnizioni fisse che chiudono lo spazio dovuto alle usuali tolleranze di posa: in questo modo viene assicurata le tenuta all aria e si evita la trasmissione di vibrazioni dal telaio al muro (isolamento da rumori che si trasmettono per via strutturale). Fig. 4 - finestra ventilata antirumore: lato interno (sinistra) e lato esterno (destra); l aeratore è posto nella zona inferiore. Tab. 1 - proprietà dei prototipi di infissi ventilati antirumore testati e risultati delle prove. Campione Anta Spessore Portata d'aria Gas Aeratore R w del vetro (m 3 /h) 1 Doppia SF6 RENSON Doppia Aria RENSON Doppia SF6 RENSON 40/V Doppia Aria RENSON 40/V Singola SF6 CIR Z150/P Singola SF6 CIR ZR - E150/P Singola Argon SAICOVENT "NAT" Singola Argon SAICOVENT "300" Doppia Argon + SF6 ARALCO DECI - AIR K Doppia Argon + SF6 RENSON 40/V Singola Argon RENSON Singola Argon RENSON 40/V Doppia Argon AEROMAT VT Le guarnizioni acquistano un importanza fondamentale nelle finestre antirumore. Sono solitamente realizzate in materiale termoplastico e sono inserite in apposite sedi, sia fra anta e telaio che fra anta e vetro, contribuendo a migliorare l isolamento acustico e termico, la tenuta all acqua e all aria dei serramenti. Per quanto riguarda gli aeratori, sul lato rivolto verso l esterno è presente la bocchetta d ingresso dell aria, dotata di filtro e con conformazione adeguata ad evitare le infiltrazioni d acqua; sul lato rivolto verso l interno è, invece, presente la bocchetta d uscita dell aria, dotata di una serranda, manuale o motorizzata, per la regolazione del flusso. La struttura del condotto di passaggio dell aria è caratterizzata da tratti con diverse sezioni, in modo tale da avere continui disaccoppiamenti acustici (labirinto); esiste inoltre un rivestimento con materiale fonoassorbente nelle pareti interne. Il passaggio dell aria può avvenire per ventilazione naturale o forzata: in quest ultimo caso all interno dell aeratore è presente un ventilatore elettrico. Nel cassonetto per l avvolgibile, infine, sono solitamente installate delle lamine ad alto peso specifico, per limitare la trasmissione dei rumori. 53

6 Un campione di finestra ventilata antirumore testato presso il Laboratorio di Acustica dell Università di Perugia è mostrato in fig. 4, mentre i risultati delle prove acustiche ed aerauliche su diversi prototipi di infissi sono riportati in tab. 1. Si tratta di valori piuttosto elevati, che raggiungono anche 38 db, con portate di ventilazione significative. 4. OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI INFISSI ANTIRUMORE Le misure intensimetriche possono essere di grande aiuto nel rilevare le eventuali problematiche legate alla corretta posa in opera di infissi antirumore, e più in generale di tutte quelle strutture destinate all abbattimento della trasmissione di rumori; tali problematiche sono di difficile analisi se si eseguono unicamente misure di livelli di pressione. Attraverso la misura dei livelli di intensità sonora, invece, è possibile costruire delle mappe che forniscono indicazioni puntuali sulle proprietà di isolamento delle singole zone dei campioni sottoposti a prova. Di seguito si riportano due esempi nei quali le misure intensimetriche hanno permesso di evidenziare alcuni errori di posa in opera compiuti nell installare i campioni di infissi da testare nelle camere riverberanti accoppiate del Laboratorio di Acustica dell Università degli Studi di Perugia. Nel primo caso (vedi fig. 5), dall analisi della mappa dei livelli di intensità sonora acquisiti in prossimità del campione di infisso testato, sono stati individuati dei livelli non trascurabili di intensità sonora localizzati soprattutto nel lato destro della zona di connessione telaio - muratura di sostegno cassonetto aeratore Fig. 5 - mappa dei livelli di intensità sonora prima delle operazioni di miglioramento della posa in opera; primo campione Dal confronto con i progettisti dell infisso e con gli installatori, si è optato per una nuova posa in opera dell infisso con un miglioramento della connessione telaio - muratura di sostegno e si è eseguita una successiva sessione di misura. Dagli andamenti del potere fonoisolante (vedi fig. 6) si riscontra un miglioramento costante di R pari a 1-2 db in tutto il campo di frequenze esaminate a partire da 300 Hz: questo è confermato anche dal valore di RW che passa da 39 db per la prima sessione di misura a 40 db per la seconda. 54

7 R w = 40 db R [db] 30 R w = 39 db I sessione II sessione Frequenza [Hz] Fig. 6 - confronto tra l'andamento del potere fonoisolante prima e dopo le operazioni di miglioramento della posa in opera; primo campione Dall analisi della mappa dei livelli di intensità sonora (vedi Fig. 7) misurati successivamente all intervento di miglioramento della connessione telaio - muratura di sostegno si può notare come l effetto precedentemente sottolineato diventi pressoché trascurabile cassonetto aeratore Fig. 7 - mappa dei livelli di intensità sonora dopo le operazioni di miglioramento delle posa in opera; primo campione. Il secondo esempio riguarda un campione di infisso antirumore, che, a differenza di quello analizzato in precedenza, non presenta né il cassonetto per l avvolgibile né l aeratore (solitamente i componenti più critici nella propagazione del suono). Le prime misure di livelli di pressione avevano fornito dei valori insolitamente bassi per R e RW (pari a 38 db); per questo motivo è stata eseguita una sessione di misure intensimetriche, i cui risultati, sotto forma di mappa dei livelli di intensità sonora, sono mostrati in Fig. 8. Come si vede in figura, sono ben evidenti delle fughe sonore localizzate in particolare nell angolo superiore sinistro del campione, nella zona di contatto anta - telaio. Da un indagine dimensionale sull infisso, è stata riscontrata una difformità sulla lunghezza delle ante; queste ultime, risultando di dimensioni minori a quanto previsto in fase progettuale, generavano una battuta sul telaio insufficiente di 6 mm complessivi e ciò ha causato una non perfetta aderenza al telaio, con conseguente generazione di una via 55

8 preferenziale per la propagazione del rumore. In seguito alla sostituzione dell anta con un altra di dimensioni ottimali, è stata eseguita una nuova campagna di misure del potere fonoisolante R: in fig. 9 è riportato il confronto tra gli andamenti del potere fonoisolante. Il miglioramento nelle prestazioni in termini di potere fonoisolante R è valutabile in 2-4 db in tutto l intervallo di frequenze esaminate. Anche per ciò che riguarda RW si vede come questo passi da 38 db per la prima sessione di misura a 41 db per la seconda, evidenziando la bontà dell intervento eseguito Fig. 8 - mappa dei livelli di intensità sonora; secondo campione R w = 41 db R [db] 30.0 R w = 38 db I sessione II sessione Frequenza [Hz] Fig. 9 - confronto tra l'andamento del potere fonoisolante prima e dopo le operazioni di miglioramento della posa in opera; secondo campione. 5. OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI CASSONETTI PER AVVOLGIBILI Le misure intensimetriche possono essere impiegate anche per la valutazione delle prestazioni acustiche di cassonetti per avvolgibili i quali, se non sono correttamente progettati ed insonorizzati, possono rappresentare una via preferenziale per l ingresso del rumore in un edificio e possono quindi compromettere la prestazione acustica complessiva di una facciata. 56

9 Il Laboratorio di Acustica dell Università di Perugia ha testato numerosi prototipi di cassonetti metallici insonorizzati, evidenziando grazie alle misure intensimetriche le proprietà di isolamento delle singole zone dei campioni sottoposti a prova, nonché l influenza delle aperture. La fig. 10 riporta il confronto tra le mappe intensimetriche di due cassonetti, con diverso grado di sigillatura delle giunzioni; la fig. 11 riporta i risultati dell ottimizzazione realizzata grazie all inserimento di un materiale fonoassorbente quale rivestimento interno del cassonetto in luogo di un materiale fonoisolante (a) (b) Fig mappa dei livelli di intensità sonora per due prototipi di cassonetti. a) Rw = 38; b) Rw =

10 Sound reduction index[db] frequency [Hz] sample A1 (Rw = 33 db) sample A2 (Rw = 34 db) sample A3 (Rw = 34 db) sample A6 (Rw = 34 db) (a) Sound reduction index [db] frequency [Hz] sample A1 (Rw = 33 db) sample A4 (Rw = 37 db) sample A7 (Rw = 37 db) sample A8 (Rw = 38 db) (b) Fig indice di potere fonoisolante di diversi campioni di cassonetti per avvolgibili: a) rivestimento interno fonoisolante; b) rivestimento interno fonoassorbente. 6. CONCLUSIONI La caratterizzazione delle proprietà acustiche di infissi e componenti finestrati attraverso procedure standardizzate di Laboratorio consente ai progettisti di disporre di dati accurati, indispensabili per una corretta progettazione dei requisiti acustici passivi degli edifici. Presso il Laboratorio di Acustica dell Università di Perugia, dotato di due camere riverberanti accoppiate e di strumentazioni acustiche di precisione, sono in corso da anni attività di ricerca applicata, volte alla caratterizzazione ed ottimizzazione e di infissi e cassonetti. Si sono in particolare valutate le proprietà acustiche e di ventilazione di diversi prototipi di finestre ventilate antirumore, ottenendo risultati soddisfacenti in rapporto ai livelli prestazionali delle finestre tradizionali. Le esigenze architettoniche e funzionali delle finestre antirumore prevedono l integrazione dell infisso con un cassonetto per l alloggiamento dell avvolgibile. La cavità del cassonetto rappresenta un veicolo di trasmissione sonora, pertanto, sono stati realizzati prototipi con elevata insonorizzazione di tale componente; l ottimizzazione costruttiva dell infisso è stata realizzata attraverso metodi intensimetrici, che permettono l analisi locale delle caratteristiche acustiche del campione in esame ed evidenziando i contributi alla trasmissione sonora di ogni singolo 58

11 componente. Infine, si sottolinea come la corretta posa in opera del serramento sia essenziale per mantenere le caratteristiche prestazionali: una posa in opera non corretta, infatti, è tale da diminuire drasticamente, se non annullare, tutti i livelli prestazionali misurati nelle condizioni controllate di laboratorio. Bibliografia 1. F. Asdrubali, C. Buratti, G. Baldinelli, Investigation on the performances of high sound insulation ventilating windows, Proc. Inter-noise 2004, Prague, Czech Republic, UNI EN ISO 140-3, Acustica. Misurazione dell'isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio. Misurazione in laboratorio dell'isolamento acustico per via aerea di elementi di edificio, UNI EN ISO 717-1, Acustica. Valutazione dell'isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio. Isolamento acustico per via aerea, UNI EN ISO 140-1, Acustica. Misurazione dell'isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio. Requisiti per le attrezzature di laboratorio con soppressione della trasmissione laterale, F. D Alessandro, G. Pispola, Sound absorption properties of sustainable fibrous materials in an enhanced reverberation room, Proc. Inter-noise 2005, Rio de Janeiro, Brazil, UNI EN ISO 354, Acustica. Misura dell'assorbimento acustico in camera riverberante, UNI EN ISO , Acustica. Misurazione mediante intensità sonora dell'isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio. Misurazione in laboratorio, UNI EN ISO Acustica. Determinazione dei livelli di potenza sonora delle sorgenti di rumore mediante il metodo intensimetrico. Misurazione per punti discreti, UNI EN Finestre e porte. Permeabilità all aria. Classificazione, 2000 (sostituisce la norma UNI 7979). 10. UNI EN Finestre e porte. Tenuta all acqua. Classificazione, 2000 (sostituisce la norma UNI 7979). 11. UNI EN Finestre e porte. Resistenza al carico del vento. Classificazione, 2000 (sostituisce la norma UNI 7979). 12. UNI EN Finestre e porte. Permeabilità all aria. Metodo di prova, 2001 (sostituisce la norma UNI EN 42). 13. UNI EN Finestre e porte. Tenuta all acqua. Metodo di prova, 2001 (sostituisce la norma UNI EN 86). 14. UNI EN Finestre e porte. Resistenza al carico del vento. Metodo di prova, 2001 (sostituisce la norma UNI EN 77). 15. UNI F.A.1. Edilizia. Accessori per finestre e porte finestre. Criteri di accettazione per prove meccaniche sull insieme serramento accessori, UNI EN 107. Metodi di prova delle finestre. Prove meccaniche, pren Windows and pedestrian doorsets. Product standard, performance characteristics, Direttiva 89/106/CEE. Ravvicinamento delle disposizioni legislative, regolamentari e amministrative degli Stati membri concernenti i prodotti da costruzione,