MISURA IN SITU DEL COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO DI MATERIALI ECOCOMPATIBILI

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1 Associazione Italiana di Acustica 35 Convegno Nazionale Milano, -3 giugno 28 MISURA IN SITU DEL COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO DI MATERIALI ECOCOMPATIBILI Gino Iannace, Massimiliano Masullo, Amhad Qandil, Maria Di Gabriele Centro Interdipartimentale per il Controllo dell Ambiente Costruito - Ri.A.S. Seconda Università degli Studi di Napoli, Aversa. Introduzione I materiali di origine vegetale quali: canapa, kenaf, legno e sughero, trovano sempre più spazio nelle applicazioni dell edilizia [] [2] come materiali per l isolamento termico ed acustico [3]. Nell acustica edilizia questi materiali possono però essere impiegati anche per le loro caratteristiche di fonoassorbimento, per la correzione acustica di ambienti ed il controllo della riverberazione. Il corretto utilizzo di questi prodotti in fase di progettazione richiede, però, la conoscenza di alcune proprietà acustiche che non sempre sono disponibili in letteratura. In questo lavoro sono presentati i risultati delle misure del coefficiente di assorbimento acustico realizzate con tubo ad onde stazionarie ed in situ con la tecnica del doppio microfono oltre che i valori della resistività di alcuni materiali ecocompatibili in commercio. 2. Metodo di misura La misura del coefficiente di assorbimento è stata effettuata inizialmente mediante l utilizzo di un tubo ad onde stazionarie, con diametro interno di mm e di lunghezza 57 mm, e con una distanza del primo microfono dal provino di 27 mm. Un segnale acustico (rumore bianco) è generato da un altoparlante posto ad una estremità del tubo, mentre nella parte opposta è collocata una terminazione in cui è alloggiato il materiale in prova, su parete rigida. Il coefficiente di assorbimento è ottenuto dalla combinazione delle funzioni di trasferimento rilevate nei due microfoni di misura, posti all interno del tubo ad una distanza di 5 mm. Con le suddette dimensioni il sistema di misura fornisce

2 35 Convegno Nazionale AIA G. Iannace, M. Masullo, A. Qandil, M. Di Gabriele valori del coefficiente di assorbimento soddisfacenti in un intervallo di frequenza compreso tra 2 8 Hz. Per frequenze superiori a 8 Hz, non essendo più garantite le condizioni di onda sonora piana, la misura del coefficiente di assorbimento non può essere realizzata allo stesso modo, ma richiede l adozione di un tubo di dimensioni minori e con diametro interno dell ordine di pochi centimetri. Tale configurazione necessita di provini di dimensioni ridotte e di difficile realizzazione, sia perché durante il taglio del provino le fibre del materiale si sfilacciano, sia perché gli eventuali granuli presenti sono di dimensioni non compatibili con il diametro interno del tubo di misura. Per tali motivi si è ritenuto opportuno effettuare la misura del coefficiente di assorbimento in situ con la tecnica del doppio microfono che consente di avere informazioni dirette circa il comportamento in opera del materiale in prova in un intervallo di frequenze più ampio (5-5 Hz). La misura è stata effettuata posizionando due microfoni (tipo Gras da ½ pollice), posti tra loro ad una distanza di 2 mm (Figura ) sulla superficie in prova [4]. La sorgente sonora, un tweeter della RCF di dimensioni compatte, tale da poter essere considerata puntiforme nel campo delle frequenze di interesse, è alimentata con un segnale MLS ed è posta ad una distanza di circa 3, metri dalla superficie in prova, in tal modo l onda sonora incidente sul materiale può ritenersi piana nel campo di frequenze di misura. I due microfoni consentono di misurare, simultaneamente, le risposte all impulso come combinazioni del suono diretto emesso dalla sorgente e quello riflesso dal materiale in prova. Figura - Schema di misura dell impedenza normale, ζ. Altezza della sorgente dalla superficie in prova 3, m. Distanza tra i microfoni Δn = 2 mm. Dalle risposte all impulso (P e P2) è possibile determinare la corrispondente parte reale e quella immaginaria che combinate tra loro mediante la formula (), consentono di ottenere l impedenza specifica z.

3 G. Iannace, M. Masullo, A. Qandil, M. Di Gabriele 35 Convegno Nazionale AIA ζ jδn 2c P2 P P2 P () Il coefficiente di assorbimento (alfa) ad incidenza normale è ottenuto combinando opportunamente l impedenza specifica normale (z) secondo la seguente formula. 2 (2) La misura della resistenza al flusso è stata effettuata con il metodo del flusso d aria alternato, con un sistema a camme che realizza un flusso d aria alternato ad una frequenza di 2 Hz in accordo con la norma ISO 953 ed UNI EN Per la misura della resistenza al flusso sono stati utilizzati provini di materiale a sezione circolare di diametro di mm. 3. Materiali in prova I materiali in uso per garantire prestazioni minime di fonoassorbimento devono essere costituiti da sostanze granulari o fibrose compattate in piastre e feltri per compressione o con qualche sistema di tessitura o legate con una certa quantità di adesivo. Un onda sonora che incide sulla superficie in vista di un materiale poroso, tende a propagarsi al suo interno; gli effetti dello strato limite termico e dello strato limite viscoso si estendono a tutta la superficie interna della struttura, cioè alle pareti dei canali e delle cavità, che contribuiscono all assorbimento associato alla superficie in vista finché sono accessibili all onda sonora incidente. I materiali considerati per le prove del coefficiente di assorbimento sono stati scelti consultando le rete di vendita dei prodotti per l edilizia ecocompatibile e sono riportati in tabella. Tabella. Caratteristiche dei materiali in prova Tipologia pannelli Resistività (Rayl /m) Fibre di legno e cemento 8 Fibre di canapa densità 4 kg/m 3 4 Fibre di kenaf densità 5 kg/m 3 25 Fibre di kenaf densità kg/m 3 35 Granulari di sughero Risultati Nelle figure seguenti sono riportati gli andamenti del coefficiente di assorbimento, in funzione della frequenza, nell intervallo 5-5 Hz.

4 alfa alfa alfa 35 Convegno Nazionale AIA G. Iannace, M. Masullo, A. Qandil, M. Di Gabriele Figura 2 - Andamento del coefficiente di assorbimento. Pannelli in fibre di legno e cemento, spessore 26 mm Figura 3 - Andamento del coefficiente di assorbimento. Pannelli di sughero, spessore 2 mm Figura 4 - Andamento del coefficiente di assorbimento. Pannelli con fibre di canapa, spessore 6 mm, densità 4 kg/m 3. Linea rossa tratteggiata: misura con tubo ad onda stazionarie. Linea nera: misura con doppio microfono.

5 alfa alfa G. Iannace, M. Masullo, A. Qandil, M. Di Gabriele 35 Convegno Nazionale AIA Figura 5 - Andamento del coefficiente di assorbimento. Pannelli con fibre di kenaf, spessore 6 mm, densità 5 kg/m 3. Linea rossa tratteggiata: misura con tubo ad onde stazionarie. Linea nera: misura con doppio microfono Figura 6 Andamento del coefficiente di assorbimento. Pannelli con fibre di kenaf, spessore 6 mm, densità kg/m 3. Linea rossa tratteggiata: misura con tubo ad onde stazionarie. Linea nera: misura con doppio microfono. Conclusioni Nelle figure 4, 5 e 6 sono messi a confronto, gli andamenti del coefficiente di assorbimento dei materiali in prova ottenuti con la tecnica del tubo ad onde stazionarie e quella del doppio microfono. Il tubo ad onde stazionarie utilizzato, con diametro interno di mm, presenta un limite superiore in frequenza a 8 Hz, che non consente di ottenere informazioni del coefficiente di assorbimento a frequenze superiori a questo valore. La tecnica del doppio microfono, già da tempo collaudata, ha consentito di ottenere, nell intervallo di frequenze 5 5 Hz, gli andamenti del coefficiente di assorbimento in funzione della frequenza nella configurazione in cui il pannello è installato in opera.

6 35 Convegno Nazionale AIA G. Iannace, M. Masullo, A. Qandil, M. Di Gabriele I dati misurati su pannelli composti da fibre di kenaf e canapa mostrano ottimi andamenti del coefficiente di assorbimento acustico (alfa) al variare della frequenza. I materiali composti da fibre di canapa possono essere utilizzati per la correzione acustica degli ambienti, in sostituzione di pannelli di lana di vetro o lana di roccia. A riguardo le figure 4, 5 e 6 mostrano come a parità di spessore, all aumentare della densità, aumenta il coefficiente di assorbimento del materiale, anche alle basse frequenze. Differentemente da questi, i pannelli composti da fibre di legno e cemento (figura 2) e quelli composti con granuli di sughero (figura 3) presentano bassi valori del coefficiente di assorbimento; la presenza di elementi granulari comporta un massimo valore dei coefficiente di assorbimento concentrato in una banda di frequenze prefissata dipendente dalla granulometria, dallo spessore e dalla resistenza al flusso del materiale in prova [4]. Bibliografia [] Legge Regionale 9 marzo 27 n. 4 della Regione Veneto, BUR n. 25/27, Iniziative ed interventi regionali a favore dell edilizia sostenibile ; [2] Deliberazione della Giunta Regionale n. 35 del 2 ottobre 27 della Regione Veneto, Disposizioni generali in materia di lavori pubblici di interesse regionale e per le costruzioni in zone classificate sismiche": Capitolato Speciale d'appalto per Opere afferenti l'edilizia Sostenibile; [3] DPCM 4 novembre 997, Determinazione dei valori limite delle sorgenti sonore. Gazzetta Ufficiale - Serie generale n. 28 del /2/97; [4] G. Iannace, C. Ianniello, L. Maffei, "Misura dell'impedenza acustica specifica normale di una superficie in campo libero mediante sequenze pseudo casuali periodiche", Rivista Italiana di Acustica, vol. XVII n., 993, pp. -6; [5] G. Iannace, C. Ianniello, L. Maffei, R. Romano, Prediction of the Intrinsic Acoustical Properties of Loose Granular Materials by Fitting Measurements with a Theoretical Model - Proceedings of the 7th International Congress on Acoustics ICA 2, Rome, Italy 2-7 September 2, paper 5886.