Isolamento acustico. Andrea Nicolini

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1 Isolamento acustico Andrea Nicolini Università degli Studi di Perugia Dipartimento di Ingegneria Industriale, sezione di Fisica Tecnica

2 ISOLAMENTO ACUSTICO Strutture fonoisolanti Isolamento acustico: questione tecnica di difficile soluzione: la via principale di propagazione del campo acustico è l'aria: perciò, utilizzando occorre verificare che su un isolante acustico non siano presenti aperture, in quanto si perde gran parte del vantaggio derivante dall'installazione del materiale; anche quando le vie aeree sono chiuse, il rumore continua a trasmettersi attraverso il materiale di chiusura; per ottenere una riduzione più significativa si può ricorrere alla creazione di una struttura fonoisolante, intesa come complesso di materiali e loro disposizione architettonica finalizzati ad ottenere la riduzione più elevata possibile del rumore trasmesso. 2

3 ISOLAMENTO ACUSTICO Strutture fonoisolanti Il coefficiente di trasmissione t dipende dall'angolo di incidenza φ, dalla frequenza f, dalla velocità del suono c, dalla densità ρ dei materiali con cui è costruito il divisorio: W t( ϕ, f,c, ρ ) t( ϕ, f,c, ρ ) = W ( ϕ, f,c, ρ ) i A seguito della non linearità tipica dei fenomeni sonori, per caratterizzare le pareti dal punto di vista della trasmissione dei campi acustici, si preferisce introdurre il potere fonoisolante R, grandezza di tipo logaritmico: R( ϕ, f,c, ρ ) = 10 log 1 t( ϕ, f,c, ρ ) Caso di un'onda sonora piana incidente ortogonalmente su una parete piana di dimensioni infinite 3

4 ISOLAMENTO ACUSTICO Strutture fonoisolanti Onda sonora piana incidente ortogonalmente su una parete piana di dimensioni infinite: R 0 ( f 2 π f M R s 0( f ) = 20 log f M s ) = 10 log c ρ 0 legge della massa per incidenza normale essendo: M s = massa per unità di superficie della parete; ρ 0 = densità dell'aria in condizioni standard; =velocità del suono in aria in condizioni i i standard. d c 0 Incidenza obliqua: R ( f ) = 20 log f M cosϕ Incidenza casuale: 0 s casuale ) = Campo acustico diffuso: R ( f ) = R ( f ) 5 R ( f R Rdiffuso 0 0 ( f ) 10 log ( 0.23 R ) 0 4

5 ISOLAMENTO ACUSTICO Strutture fonoisolanti Evidenza sperimentale: l'isolamento acustico aumenta con la massa della struttura fonoisolante (se la massa superficiale i raddoppia, si ha un incremento di R pari a 6 db); a parità di massa per unità di superficie, le alte frequenze 10 subiscono 0 un'attenuazione maggiore. R (db) R normale R diffuso R casuale f x M s (Hz x kg/m 2 )

6 ISOLAMENTO ACUSTICO Strutture fonoisolanti La legge della massa ha validità entro un intervallo di frequenze limitato, poiché si riferisce a condizioni teoriche ideali dimensioni infinite del divisorio ed elevata inerzia, ovvero rigidità molto bassa. La struttura, se sollecitata con onde sonore di frequenza (bassa) pari alla propria frequenza naturale di oscillazione ( effetti di risonanza), oscilla con ampiezza maggiore, con conseguente diminuzionei i di R. R f ij 2 2 1,8 = cl d i j, 4 + i l j x l y = 0,1,2,... c L è la velocità del suono nel pannello, lx e ly le dimensioni del pannello, d il suo spessore f 0 è la più bassa tra queste frequenze, solitamente t inferiore a 20 Hz (quindi non significativa) 6

7 ISOLAMENTO ACUSTICO Strutture fonoisolanti f c = c 2 o 1,8 c L d oppure, per mat. edilizi f c = c 2 o π d 2 3ρ(1 σ ) E C 0 = vel. Suono in aria, ρ, σ e E Sono rispettivamente densità, mod. di Poisson e mod. di Young del materiale Un altro tipo di risonanza è legato al propagarsi di onde flessionali (trasversali): il pannello vibra λ perpendicolarmente alla sua superficie e R risulta inferiore a quanto previsto dalla legge della n massa. Per le frequenze più alte c'èsempreun ϕ angolo d'incidenza ϕ per il quale la proiezione in direzione θ della lunghezza d'onda del suono (λ) ϕ risulti uguale alla lunghezza d'onda flessionale (λ F ) effetto di coincidenza, che ha θ influenza nel campo delle medie e alte frequenze. direzione dell'onda flessionale divisorio 7 λ F

8 ISOLAMENTO ACUSTICO Strutture fonoisolanti L'andamento del potere fonoisolante R in funzione della frequenza f si può dunque suddividere in 4zone: frequenze molto basse: R è regolato dalla rigidità del pannello; frequenze intorno alla frequenza fondamentale di risonanza f 0 : R è regolato dall'effetto di risonanza, con irregolarità dovute alle frequenze naturali; zona in cui vale la legge della massa; frequenze intorno alla frequenza critica f c: prevale l'effetto di coincidenza. f 0 f c 8

9 MISURA DEL POTERE FONOISOLANTE IN LABORATORIO 9

10 Misura del potere fonoisolante in laboratorio Principio del metodo Principio del metodo: La differenza dei livelli di pressione sonora registrati in due camere riverberanti accoppiante, a seguito dell emissione di un rumore bianco all interno di una di esse, permette di misurare il potere fonoisolante R della parete che le separa e il suo indice di valutazione R W R = L L log S A L 1,L 2 = livelli medi di pressione sonora in camera emittente e ricevente S = area del provino A = area di assorbimento equivalente in camera ricevente, valutato a partire dal tempo di riverberazione T R 10

11 Misura del potere fonoisolante in laboratorio Apparato sperimentale Camere riverberanti (conformi alle norme UNI EN ISO 10140): le camere sono isolate l una dall altra per impedire propagazione acustica per via strutturale. tt Il campione di prova viene installato nell apertura che le separa 3,90 m 4, m isolante h = 3 3, m h = 290 2,90 m porte insonorizzate 4,60 m 0,50 m 11

12 Misura del potere fonoisolante in laboratorio Metodologia di misura Il numero e la posizione della sorgente sonora e dei microfoni deve soddisfare i requisiti stabiliti dalle UNI EN ISO 10140, che riguardano le distanze reciproche tra microfoni e sorgente e le distanze dalle pareti della camera e dal campione di prova ESEMPIO Sono state selezionate 5 posizioni ottimali per la sorgente m5 m5 m4 m4 m3 m3 e 5 posizioni del microfono in m2 m2 ciascuna camera m1 posizione della sorgente m1 S1 posizioni dei microfoni Il livello medio di pressione sonora è stato ottenuto calcolando co a la media su base energetica nelle diverse posizioni 12

13 Misura del potere fonoisolante in laboratorio Strumentazione di misura Sorgente sonora: Microfoni: Microfono a condensatore Amplificatore e sistema di acquisizione: 13

14 Misura del potere fonoisolante in laboratorio Risultati 50 Il potere fonoisolante è 40 calcolato per ogni frequenza di misurazione 30 compresa nel campo 20 1 Hz 50 Hz Potere fonoisolante L indice R W nasce dall esigenza di poter associare ai valori di R alle varie frequenze un unico valore, che caratterizzi globalmente la prestazione acustica dell elemento R per ogni frequenza ISO 717/1 R W unico valore 14

15 Misura del potere fonoisolante in laboratorio Calcolo dell indice R W - I valori del potere fonoisolante sono confrontati con valori di riferimento alle frequenze di misurazione comprese nel campo 1 Hz 3150 Hz per le bande di terzo di ottava. - Si trasla quindi la curva di riferimento lungo l asse delle ordinate, avvicinandola all altra progressivamente per passi di 1 decibel fino a quando la somma degli scarti sfavorevoli raggiunge il massimo valore, comunque non maggiore di 32 db curva di riferimento ISO 717 potere fonoisolante (db) R W = 48 db Frequenza (Hz) 15

16 Requisiti acustici passivi Altri parametri Tempo di riverberazione (T): è definito dalla norma UNI EN ISO 3382 come il tempo affinché, in un determinato punto dell ambiente, il livello di pressione sonora si riduca di 60 db rispetto a quello che si ha nell istante in cui la sorgente sonora cessa di funzionare. I valori ottimali del tempo di riverberazione sono diversi a seconda della destinazione d uso dusodell edificio edificio, infatti, per sale destinate all ascolto ascolto del parlato, deve assumere valori minori rispetto alle sale destinate all ascolto della musica, a parità di condizioni. Sono prescritti valori solo per le scuole: con riferimento all' edilizia scolastica, i limiti per il tempo di riverberazione sono quelli riportati nella circolare del Ministero dei lavori pubblici n del 22 maggio 1967, recante i criteri di valutazione e collaudo dei requisiti acustici negli edifici scolastici. La media dei tempi di riverberazione misurati alle frequenze Hz, non deve superare 1,2 sec. ad aula arredata, con la presenza di due persone al massimo. Nelle palestre la media dei tempi di riverberazione (qualora non debbano essere utilizzate come auditorio) non deve superare 2,2 sec. Eventuali aule per musica e spettacolo devono adeguarsi, per quanto riguarda il trattamento acustico, alle norme generali per le sale di spettacolo. 16

17 Requisiti acustici passivi Altri parametri Isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione (D 2m,nT ): viene definito dalla norma come l isolamento acustico in decibel, offerto da una parete divisoria tra l ambiente esterno, dove vi è la sorgente sonora, e l ambiente interno. D 2m,nT = D 2m + 10 Log 10 (T/T 0 ) L 1,2m livello medio di pressione sonora alla distanza di due metri dalla facciata, in decibel; L 2 livello medio di pressione sonora nell ambiente ricevente, in decibel; T tempo di riverberazione nell ambiente ricevente, in secondi; T0 tempo di riverberazione di riferimento; per le abitazioni T0 = 0,5s. 17

18 Requisiti acustici passivi Altri parametri Livello di pressione sonora di calpestio normalizzato (L n): viene definito come il livello medio di pressione sonora, in decibel, all interno di un ambiente quando sul solaio dell ambiente disturbante agisce un generatore di rumore da calpestio normalizzato. Con il pedice n si indica che la misura viene normalizzata rispetto all area equivalente di assorbimento acustico. L n =L i -10lgA 0 /A L i livello di pressione sonora di calpestio nell ambiente ricevente; A area, in metri quadri, di assorbimento equivalente dell ambiente ricevente; area di assorbimento equivalente di riferimento; per le abitazioni A 0 =10 m². A 0 18

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