ELEMENTI DI ACUSTICA 05

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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 05

2 PROPAGAZIONE DEL SUONO ALL APERTO ATTENUAZIONE BARRIERE

3 PROPAGAZIONE DEL SUONO ALL APERTO

4 PROPAGAZIONE DEL SUONO IN CAMPO LIBERO GENERICA LEGGE DELLA PROPAGAZIONE DEL SUONO L p : Livello di pressione sonora, db L W : Livello di potenza sonora, db Q : direttività della sorgente r : distanza tra sorgente e ricevitore, m

5 PROPAGAZIONE DEL SUONO IN CAMPO LIBERO 8 S: L W1000Hz = 90 db S R r = 8 m Q = 1 8 S: L W1000Hz = 90 db S R r = 8 m Q = 2

6 PROPAGAZIONE DEL SUONO IN CAMPO LIBERO 8 S R r = 8 m ; Q = 2 L W sorgente L p al ricevitore a 8 m Pesatura A Lp al ricevitore a 8 m L W63Hz = 70 db L p63hz = 44 db 63 Hz= -26,2 db L p63hz (A) = 17,8 db(a) L W125Hz = 70 db L p125hz = 40 db 125 Hz = -16,1 db L p125hz (A) = 27,9 db(a) L W250Hz = 80 db L p250hz = 54 db 250 Hz = -8,6 db L p250hz (A) = 43,4 db(a) L W500Hz = 80 db L p500hz = 54 db 500 Hz = -3,2 db L p500hz (A) = 50,8 db(a) L W1000Hz = 80 db L p1000hz = 54 db 1000 Hz = 0,0 db L p1000hz (A) = 54 db(a) L W2000Hz = 90 db L p2000hz = 64 db 2000 Hz = +1,2 db L p2000hz (A) = 65,2 db(a) L W4000Hz = 90 db L p4000hz = 64 db 4000 Hz = +1 db L p4000hz (A) = 65 db(a) L p (A) TOT = 68 db(a)

7 Lp A DISTANZA r NOTO Lp AD UN ALTRA DISTANZA r rif Sorgente omnidirezionale L W sconosciuto L prif a una distanta r rif conosciuti L = L 20 log r r L = L + 20 log r + 11 L = L + 20 log r + 11 L + 20 log r + 11 = L + 20 log r + 11 L = L + 20 log r 20 log r L = L (20 log r 20 log r ) Noto il livello L p del suono ad una certa distanza r è comunque sempre possibile ricostruire il livello di potenza sonore L W della sorgente e poi conoscere L p in qualunque punto

8 ALTRE ATTENUAZIONI La divergenza dell onda sonora non è l unica causa di attenuazione del suono nella sua propagazione dalla sorgente, esistono altre attenuazioni: ASSORBIMENTO ATMOSFERICO: A e1 PRECIPITAZIONI O NEBBIE: A e2 PRESENZA DI VEGETAZIONE: A e3 FLUTTUAZIONI DOVUTE A VENTO, TEMPERATURA, TURBOLENZA: A e4 Un attenuazione imposta dall uomo per ridurre gli effetti del rumore nell ambiente circostante è la BARRIERA

9 ASSORBIMENTO ATMOSFERICO, METODO 01 ASSORBIMENTO ATMOSFERICO A t=20 C ASSORBIMENTO ATMOSFERICO A t 20 C, ϕ=50% f = 125 Hz, r = 5m, t=20 C ϕ=50% A e1 =0, db f = 4000 Hz, r = 5m, t=20 C ϕ=50% A e1 =0,12 db f = 125 Hz, r = 15m, t=20 C ϕ=50% A e1 =0, db f = 4000 Hz, r = 15m, t=20 C ϕ=50% A e1 =0,35 db

10 ASSORBIMENTO ATMOSFERICO, METODO 02 ASSORBIMENTO ATMOSFERICO α: coefficiente di attenuazione atmosferico [db/km] d: distanza sorgente-ricevitore in km f = 125 Hz, r = 5m, t=15 C ϕ=50% A e1 =0, db f = 4000 Hz, r = 5m, t=15 C ϕ=50% A e1 =0,00018 db f = 125 Hz, r = 15m, t=15 C ϕ=50% A e1 =0, db f = 4000 Hz, r = 15m, t=15 C ϕ=50% A e1 =0,00054 db

11 ATTENUAZIONE PER PRECIPITAZIONI O NEBBIE Può sembrare che con nebbia o lieve precipitazioni la propagazione del suono subisca minor attenuazione. L impressione è dovuta in realtà ad una diminuzione del rumore di fondo, per la riduzione delle attività umane con tali condizioni atmosferiche LA SPERIMENTAZIONE HA DIMOSTRATO CHE NEBBIA O PRECIPITAZIONI NON COMPORTANO ATTENUAZIONI SIGNIFICATIVE AL SUONO, NE IN DIFETTO, NE IN ECCESSO. A e2 = 0 db

12 ATTENUAZIONE PER VEGETAZIONE ATTENUAZIONE PER TERRENO COPERTO DA VEGETAZIONE FITTA A = (0,18 log f 0,31)r [db] N.B.: Non considerare attenuazioni superiori a 30 db ATTENUAZIONE PER ALBERI (IN DISCRETA DENSITA, RICCHI DI FOGLIE) A = 0,01f / r [db] N.B.: L attenuazione è direttamente proporzionale a distanza e frequenza

13 DISOMOGENEITA E FLUTTUAZIONI Il vento può influenzare la propagazione del suono, influenzando la direttività ed incrementando il livello sonoro nella direzione in cui spira, all opposto può portare a decrementi consistenti, fino a 20 db. Come si è visto la velocità del suono è direttamente proporzionale alla temperatura per cui in atmosfera, dove la temperatura diminuisce con l aumentare della quota dal terreno, l effetto può farsi sentire. Il fronte d onda si piega con la quota, verso l alto se la velocità diminuisce salendo, verso il basso al contrario. Possono crearsi così zone di attenuazione, ombre acustiche ma anche aumento della distanza di propagazione, come su di un lago ghiacciato con temperatura più alta in quota.

14 CONTRIBUTO DELLE BARRIERE Per limitare la rumorosità di una sorgente o meglio, l effetto della rumorosità di questa sorgente sul ricevitore, si può attenuare il livello che raggiunge il ricevitore interponendo una barriera fonoimpedente. La soluzione è spesso adottata nelle strade, ma non solo, anche inscatolare un macchinario rumoroso, ecc. CARATTERISTICHE DI UNA BARRIERA: Altezza sufficiente a nascondere la linea di vista tra sorgente e ricettore Dimensione orizzontale dell ostacolo, in direzione ortogonale alla congiungente sorgente-ricettore, maggiore della lunghezza d onda λ Superficie continua Massa superficiale superiore a 10 kg/m 2

15 CONTRIBUTO DELLE BARRIERE BARRIERA DI ALTEZZA h, LUNGHEZZA INFINITA, SPESSORE TRASCURABILE a b S x δ=a+b-x R NUMERO DI FRESNEL N = 2 δ λ = 2 δf c = 2(a + b x) f c FORMULE DI MAEKAWA ΔL = 10 log(3 + 20N) ΔL = 10 log(2 + 5,5N) N>0, Sorgente PUNTIFORME N>0, Sorgente LINEARE

16 CONTRIBUTO DELLE BARRIERE N = 2 δ λ = 2 δf c = 2(a + b x) f c IL NUMERO DI FRESNEL E DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALL ATTENUAZIONE: PIU AUMENTA E PIU LA BARRIERA E EFFICACE E DIRETTAMENTE PROPORZIONALE A (a+b-x): PIU LA BARRIERA «NASCONDE» IL RICEVITORE ALLA SORGENTE E PIU E EFFICACE E DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALLA FREQUENZA: PIU ALTA E LA FREQUENZA E PIU LA BARRIERA E EFFICACE E INVERSAMENTE PROPORZIONALE ALLA VELOCITA DEL SUONO, CHE PERO IN CONDIZIONI DI STUDIO POSSIAMO APPROSSIMARE A UNA COSTANTE

17 CONTRIBUTO DELLE BARRIERE BARRIERA DI ALTEZZA h, LUNGHEZZA INFINITA, SPESSORE NON TRASCURABILE, AD ESEMPIO UNA LINEA DI EDIFICI c b NUMERO DI FRESNEL N = 2 δ λ = 2 δf c = 2(a + b + c x) f c S a x δ=a+b+c-x R FORMULE DI MAEKAWA ΔL = 10 log(3 + 20N) ΔL = 10 log(2 + 5,5N) N>0, Sorgente PUNTIFORME N>0, Sorgente LINEARE

18 CONTRIBUTO DELLE BARRIERE BARRIERA DI ALTEZZA h, LUNGHEZZA FINITA

19 CONTRIBUTO DELLE BARRIERE

20 SORGENTI LINEARI Alcune sorgenti possono essere approssimate più che a delle sorgenti puntiformi a delle sorgenti LINEARI o AREALI In particolare le SORGENTI LINEARI possono approssimare meglio la conformazione ed il comportamento di alcuni fenomeni come una strada interessata da traffico continuo od un tubo attraversato da un liquido. I W S W 2 r W m L = L 10 log r 10 log 2π L = L 10 log r 8 Raddoppiando la distanza da una sorgente lineare il livello ha un decremento pari a 10log2 = 3 db

21 POSSIBILE TRADUZIONE DEL RUMORE STRADALE b b b b α 1 L p = L + 10 log α α r b 8 [db] r 0 α n L p = L + 10 log α α 10 log(r b) 8 [db] La misura degli angoli è in radianti, la formula è valida se: ricevitore n>3 r b cos α > 1 π L W =cost. SE n infinito α n -α 1 3,14 10log(α n -α 1 ) 5 L p = L log r b 8 = L 10 log r b 3

22 APPLICAZIONE 01 Tratto rettilineo autostrada 1000 veicoli/h a uguale distanza uno dall altro v = 80 km/h Osservatore a 200 m Lp autoveicolo a 15 m: 125 Hz, 71 db 250 Hz, 68 db 500 Hz, 66 db 1000 Hz, 68 db 2000 Hz, 66 db 4000 Hz, 60 db Lptot(A) = 72 db(a) Lp a osservatore senza attenuazioni? Lp a osservatore con attenuazione terreno? N.B.: in un ora passano veicoli a 80 km/h, quando passa l ultimo il primo è a 80 km, per cui ci sono veicoli in 80 km, la loro distanza dunque è: b = m / veicoli = 80 m

23 APPLICAZIONE 01 Aereo a m di altezza da osservatore t = 0 C U.R. = 50 % Lp aereo a 250 m: 125 Hz, 101 db 250 Hz, 97 db 500 Hz, 99 db 1000 Hz, 100 db 2000 Hz, 103 db 4000 Hz, 100 db Lp a osservatore senza attenuazioni? Lp a osservatore con attenuazione atmosferica?