VALUTAZIONE DEL COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO PER INCIDENZA DIFFUSA UTILIZZANDO UNA SORGENTE SONORA DI POTENZA NOTA

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1 Associazione Italiana di Acustica 38 Convegno Nazionale Rimini, giugno 2011 VALUTAZIONE DEL COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO PER INCIDENZA DIFFUSA UTILIZZANDO UNA SORGENTE SONORA DI POTENZA NOTA Paolo Ruggeri, Nicola Granzotto, Antonino Di Bella Dipartimento di Fisica Tecnica, Università degli Studi di Padova, Padova 1. Introduzione In questo lavoro sono riportati i valori del coefficiente di assorbimento acustico per incidenza diffusa in camera riverberante per alcuni materiali piani, ottenuti mediante misurazioni di pressione sonora di una sorgente sonora di riferimento con un metodo derivato dalla norma UNI EN ISO Tali risultati sono stati confrontati con quelli ricavati utilizzando il metodo della norma UNI EN ISO 354, che permette di calcolare il coefficiente di assorbimento dalla differenza delle aree di assorbimento equivalenti della camera riverberante con e senza provino, ottenute da misure del tempo di riverberazione. Contrariamente al metodo comunemente utilizzato in camera riverberante, la valutazione del coefficiente di assorbimento mediante misura di pressione, non utilizza il tempo di decadimento del livello di pressione sonora nella camera, ma ricava una differenza diretta tra aree di assorbimento equivalente, della camera riverberante con e senza provino. 2. Campioni in prova In questo lavoro sono stati valutati i coefficienti di assorbimento di pannelli fibrosi flessibili in lana di vetro (dimensioni 100x60 cm, spessore 1,5 cm) e porosi rigidi in lana di legno mineralizzata con cemento Portland (dimensioni 60x60 cm, spessore 3,5 cm). Il posizionamento dei provini all interno della camera riverberante è stato fatto in accordo con le prescrizioni della norma UNI EN ISO 354; sono stati utilizzati in un primo momento 12 m² ed in seguito 9 m² di pannelli piani, posti in aderenza al pavimento della camera con un rapporto tra i lati compreso tra 0,7 e 1 e ad una distanza superiore a un metro dalle pareti della camera. 1

2 38 Convegno Nazionale AIA 3. Misura dell assorbimento acustico mediante risposta all impulso Il coefficiente di assorbimento è stato calcolato dalla differenza tra l area di assorbimento equivalente della camera con e senza il provino, come indicato nell equazione (1), utilizzando misurazioni del tempo di riverberazione ottenute mediante risposta all impulso con un segnale sine-sweep esponenziale. (1) A A s ,3V 4V ( m2 m1 ) S c2t2 c1t [-] 1 S dove: A 1, A 2 è l area di assorbimento equivalente riferita rispettivamente alla camera vuota e alla camera con provino [m²]; c 1, c 2 è la velocità del suono riferita rispettivamente alla camera vuota e alla camera con provino [m/s]; T 1, T 2 è il tempo di riverberazione riferito rispettivamente alla camera vuota e alla camera con provino [s]; m 1, m 2 è l attenuazione dovuta dalle condizioni climatiche, valutato secondo i metodi descritti nella norma ISO riferiti rispettivamente alla camera vuota e alla camera con provino; S è superficie del provino [m²]; V è il volume della camera riverberante [m³]. 4. Misura dell assorbimento acustico mediante misura di potenza sonora L assorbimento acustico per incidenza diffusa è stato ottenuto mediante delle misurazioni di pressione sonora di una sorgente sonora di potenza nota riferendosi ai metodi indicati nella norma UNI EN ISO Nel metodo descritto dalla norma, la potenza sonora in camera riverberante è stimabile dai valori di pressione sonora misurati in sei differenti punti, tali che la deviazione standard dei diversi valori di pressione sonora rilevati sia inferiore a 1,5 db, dall area di assorbimento acustico dell ambiente di prova, e da parametri ambientali quali la temperatura, la pressione e l umidità relativa. Essendo noto il livello di potenza della sorgente, si è potuto calcolare l area di assorbimento equivalente mediante la seguente formula: (2) A S c B LW Lp 4,34 10lg 1 25lg 6 /10 S 8 V f B0 A 10 [m²] dove: L W è la potenza sonora della sorgente sonora di riferimento [db]; L p è la pressione sonora misurata all interno della camera riverberante [db]; B è la pressione atmosferica [Pa]; B 0 è la pressione atmosferica di riferimento, pari a [Pa]; c è la velocità del suono [m/s]; Θ è la temperatura [ C]; S è superficie della camera riverberante [m²]; V è il volume della camera riverberante [m³]; f è la frequenza centrale di misurazione per banda di 1/3 d ottava [Hz]. 2

3 Livello di potenza sonora [db] 38 Convegno Nazionale AIA 4.1 Calibrazione della sorgente Come riferimento è stata utilizzata una sorgente meccanica Bruel & Kjær 4202, la cui potenza sonora è certificata in bande 1/3 d ottava nelle seguenti condizioni: temperatura TC 18,5 C, pressione atmosferica BC 994 hpa, velocità di rotazione del motore FC 2880 giri/min. I dati di potenza variano a seconda delle condizioni di temperatura (T), pressione atmosferica (B) e in base alla velocità di rotazione della ventola (F), pertanto si utilizza le seguente espressione, che fornisce il valore di ΔL da sommare al livello di potenza certificato per ottenere il livello di potenza corrente. T B 5 C T B [db] C C (3) L lg 10lg 0, 5 F F 4.2 Misura di potenza sonora della sorgente di riferimento È stata effettuata una prima misura di potenza sonora a camera vuota atta a valutare l effettiva corrispondenza tra il dato tabellare di certificazione della sorgente di riferimento ed il dato sperimentale. Come si può vedere dal grafico in figura 1, e dalla relativa tabella 1 i risultati mostrano un ottima correlazione per frequenze superiori a 200 e evidenti differenze alle basse frequenze. Tabella 1 - Confronto tra i dati di potenza sonora tabellare e dati sperimentali di potenza sonora in camera riverberante Frequenza [Hz] L W misurato [db] 72,4 73,4 74,5 76,3 76,4 76,5 76,9 76,8 77,3 L W certificato [db] 76,3 75,9 76,5 76,7 76,4 76,6 76,7 77,0 77,5 Frequenza [Hz] L W misurato [db] 79,0 80,1 81,9 82,3 81,8 79,8 79,5 79,4 78,8 L W certificato [db] 79,1 80,2 82,0 82,3 81,8 79,6 79,4 79,3 78,6 85 Potenza sonora misurata 80 Potenza sonora certificata Frequenza [Hz] Figura 1 Confronto tra l andamento in frequenza del livello di potenza sonora certificato della sorgente di riferimento ed il livello di potenza sonora ottenuto sperimentalmente in camera riverberante 3

4 38 Convegno Nazionale AIA 4.3 Misura differenziale dell assorbimento acustico Nella norma UNI EN ISO 3741 viene descritto il metodo per valutare la potenza sonora di una sorgente all interno di una camera riverberante, indicando dei parametri da rispettare per ridurre gli errori di misura, tra cui le distanze minime tra la sorgente di riferimento e le pareti della camera e punti di misura. Utilizzando 12 m² di materiale da testare posto in aderenza al pavimento della camera, la scelta della posizione della sorgente, era subordinata alla disposizione del provino. La sorgente sonora di riferimento è stata quindi collocata in un angolo da una camera ad una distanza di 1,5 metri dalle pareti e a ridosso campione in prova come indicato in figura 2. La misura di pressione sonora con la camera vuota ha dato dei risultati di assorbimento molto simili a quelli ottenuti utilizzando il metodo della norma UNI EN ISO 354. Ripetendo la misura di potenza sonora dopo aver introdotto del materiale fonoassorbente, i valori di assorbimento tra i due metodi hanno portato a delle differenze significative con una conseguente sovrastima del coefficiente di assorbimento ottenuto dalla misura differenziale con la sorgente sonora di riferimento (figura 3). Tale tendenza si è riproposta anche allontanando la sorgente sonora di riferimento dalle pareti della camera e dagli elementi in prova, e diminuendo la superficie provino in esame da 12 m² a 9 m² (figura 4). Figura 2 - Misura differenziale del coefficiente di assorbimento acustico mediante valutazione della potenza sonora della sorgente di riferimento con camera vuota e piena 4

5 Coefficiente di assorbimento [-] Area di assorbimento equivalente, A [m²] 38 Convegno Nazionale AIA Assorb. acustico (RT) Camera vuota Assorb. acustico (Lp) Camera vuota Assorb. acustico (RT) Camera piena (LV 12 m²) Assorb. acustico (Lp) Camera piena (LV 12 m²) Frequenza [Hz] Figura 3 - Confronti tra i valori dell area di assorbimento equivalente ottenuti mediante misure di tempo di riverberazione e di pressione con camera riverberante piena (con 12 m² di provino) e vuota 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 α (RT) LV 12 m² α (Lp) LV 12 m² α (RT) LLM 12 m² α (Lp) LLM 12 m² α (RT) LV 9 m² α (Lp) LV 9 m² 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Frequenza [Hz] Figura 4 - Confronto tra i valori del coefficiente di assorbimento di 12 m² e 9 m² di lana di vetro ( LV 12 m² e LV 9 m²) e pannelli di lana di legno mineralizzata ( LLM ) ottenuti mediante misurazioni di tempo di riverberazione (RT) e di livello di pressione (Lp) 5

6 38 Convegno Nazionale AIA 5. Conclusioni Il calcolo del coefficiente di assorbimento mediante la misura di pressione di una sorgente sonora di potenza si basa sulla valutazione della variazione dell area di assorbimento equivalente, e di conseguenza del livello di pressione sonora medio in campo diffuso, derivante dall introduzione di materiale fonoassorbente all interno della camera riverberante. Il metodo proposto tende sistematicamente a sovrastimare l assorbimento acustico misurato in camera riverberante rispetto a quanto determinato con il metodo descritto nella norma UNI EN ISO 354. La differenza tra i risultati ottenuti con i due metodi tende ad aumentare con l accrescere della capacità fonoassorbenti dei materiali impiegati e della superficie del provino. Questo risultato appare particolarmente interessante se si tiene conto che entrambe i metodi si basano sugli stessi principi, derivanti dalla sussistenza di un campo sonoro perfettamente diffuso in camera riverberante. Tale condizione si verifica effettivamente solo a camera vuota, con la sostanziale equivalenza dei due metodi, e decade con la presenza in camera riverberante di provini molto estesi o molto assorbenti. Da questo punto di vista non sembra particolarmente efficace l utilizzo di oggetti diffondenti per ridurre questo divario, che può rappresentare un serio problema nel caso della determinazione della potenza sonora di sorgenti caratterizzate da un elevato assorbimento acustico intrinseco o da un rilevante sviluppo superficiale. Gli aspetti legati all accuratezza nella determinazione del coefficiente di assorbimento acustico e della potenza sonora in camera riverberante potranno essere valutati anche in relazione alle differenze sistematiche individuate, così come per il controllo della diffusività del campo sonoro in camera riverberante. La comparazione tra i risultati ottenuti con diverse tecniche o tra quantità derivabili attraverso metodi di valutazione alternativi si conferma, quindi, particolarmente utile per verificare le procedure e le prescrizioni di misura. 6. Bibliografia - UNI EN ISO 354:2003, Acustica - Misura dell'assorbimento acustico in camera riverberante. - UNI EN ISO 3741:2010, Acustica - Determinazione dei livelli di potenza sonora e dei livelli di energia sonora delle sorgenti di rumore mediante misurazione della pressione sonora - Metodi di laboratorio in camere riverberanti. 6