ISOLAMENTO ACUSTICO. Prof. Ing. Massimo Coppi

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1 ISOLAMENTO ACUSTICO Prof. Ing. Massimo Coppi

2 ISOLAMENTO ACUSTICO Si intende per isolamento acustico la capacità da parte di strutture divisorie di attenuare il trasferimento di energia sonora tra due ambienti contigui. L isolamento acustico tra due ambienti è definito come la differenza tra i due livelli di pressione sonora esistenti negli stessi ambienti: D = L1 - L2 Per realizzare un buon isolamento acustico tra due ambienti occorre intervenire sulle vie di trasmissione del rumore attraverso le strutture: - trasmissione attraverso la superficie di separazione tra i due ambienti (parete divisoria); -trasmissione attraverso elementi comuni ai due ambienti (pavimento, soffitto, pareti laterali ecc.) detta trasmissione di fiancheggiamento. Pagina 2

3 ISOLAMENTO ACUSTICO t W W t i Pagina 3

4 Trasmissione attraverso la parete divisoria L attitudine di un divisorio a ridurre la trasmissione del suono è rappresentata dal Potere Fonoisolante (R) del divisorio. R = 10log10 (Wi/Wt) =10 log10 1/t db dove t è il coefficiente di trasmissione t = Wt/Wi R dipende dalla frequenza dell onda incidente Potendo trascurare l energia trasmessa per fiancheggiamento l isolamento acustico vale: D = R - 10 log 10 S/A dove: S = superficie del tramezzo; A = unità assorbenti dell ambiente ricevente A= i S i a i Pagina 4

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6 Legge della massa La trasmissione del suono attraverso un tramezzo avviene mediante moti di vibrazione del materiale trasmessi dalla superficie investita dall onda sonora. L entità delle vibrazioni indotte sulla superficie del tramezzo sono tanto minori quanto maggiore è l inerzia della parete (peso superficiale). In caso di incidenza normale alla superficie: dove: f = frequenza dell onda incidente; M s = massa superficiale del tramezzo (kg/m 2 ) c = impedenza dell aria. generalmente si verifica che: ( f M s / c) 1 R n = 10 log ( f M s / c) 2 R n = 10 log 10 (f M s ) log 10 ( / c) = 20 log10 (f M s ) In caso di incidenza diffusa il potere fonoisolante risulta essere inferiore (entrano in giuoco le onde flessionali): R d = 20 log10 (f M s ) - 48 R d = R 0-10 log 10 (0.23 R 0 ) Pagina 6

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8 Il potere fonoisolante segue la legge della massa solamente in un intervallo di frequenze comprese tra f 1 ed f 2. Al di fuori di questo intervallo si ha una diminuzione del potere fonoisolante a causa di fenomeni di risonanza. Per f f 1 si ha l effetto della rigidità della parete (la parete è sollecitata da onde di frequenza coincidenti con quelle proprie di vibrazione della parete. Generalmente f Hz e spesso è inferiore al campo dell udibile. Per f f 2 si ha l effetto della coincidenza. Si verifica per incidenze oblique. Il fenomeno si manifesta quando la velocità di propagazione delle onde flessionali della parete eguaglia la componente lungo la parete della velocità di propagazione del suono nell aria. In tali condizioni i massimi ed i minimi dell onda flessione coincidono, istante per istante, con quelli dell onda sonora incidente (il profilo dell onda sonora che si propaga lungo la parete segue il profilo dell onda flessionale). f = 1/( f a sen ) f f = f a sen Tale condizione è verificata per diversi valori di f a e di angolo di incidenza. Per = 90 si ottiene la minima frequenza f a per cui si ha l eguaglianza con la frequenza di risonanza flessione f f della parete. Tale frequenza si dice frequenza critica: dove: c = velocità del suono nell aria; h = spessore della parete; E = modulo di Young del materiale (N/m 2 ); = densità del materiale (kg/m 3 ); = modulo di Poisson (adimensionale). c fc h 3 ( 1 ) E 2 2 Pagina 8

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11 L effetto di coincidenza si manifesta nell intorno della frequenza f c, con una perdita del potere fonoisolante fino a db rispetto al valore teorico prevedibile con la legge della massa. Al di sopra di tale frequenza il potere fonoisolante torna a crescere mantenendosi sempre 5-10 db al di sotto del valore determinato con la legge della massa. Per le pareti in muratura (per spessori abituali), la frequenza critica è compresa tra una decina ed un centinaio di Hz per cui le frequenze acustiche cadono quasi tutte nella III regione del grafico della legge della massa. Per le lastre di vetro, gesso, i metalli, la frequenza critica ha un valore elevato, per cui la legge della massa può essere applicata fino alle alte frequenze. Effetto delle aperture o discontinuità delle pareti In caso di parete non omogenea costituita da zone con potere fonoisolante diverso o comprendente strutture di diverso materiale (porte, finestre o al limite un apertura non protetta) il potere fonoisolante viene determinato in base al valore del coefficiente di trasmissione composito. Tale coefficiente risulta pari alla media pesata con le rispettive superfici dei coefficienti di trasmissione dei singoli componenti: dove: i S i t i = S 1 t 1 + s 2 t S n t n S t = superficie totale della struttura Il potere fonoisolante medio risulta: t m = ( i S i t i ) /S t R m = 10log 10 1/t m Pagina 11

12 Esempio: -Parete continua in mattoni di superficie S 1 =10m 2 con potere fonoisolante R 1 = 30 db; Calcoliamo quanto si riduce l isolamento dell intera struttura dopo l inserimento di una porta di superficie S 2 =2.5m 2 con potere fonoisolante R 2 = 10dB. R 1 = 10 log 10 1/t 1 t 1 = 10^-3 R 2 = 10 log 10 1/t 2 t 2 = 10^-1 t m = (7.5 x 10^ x 10^-1 )/ 10 = da cui: R m = 10log 10 1/ = 16 db Il potere fonoisolante si è ridotto di 14 db. Pagina 12

13 Incremento del potere fonoisolante mediante l aumento di massa Considerando che il potere fonoisolante di un tramezzo dipende dalla massa superficiale della struttura, un aumento del potere fonoisolante può essere ottenuto attraverso un appesantimento della struttura. Esempio: Parete con massa superficiale M 1 R 1 = 20 log10 (f M 1 ) - 48 dopo l aumento di peso massa superficiale = M 2 R 2 = 20 log10 (f M 2 ) 48 l incremento del potere fonoisolante prima e dopo il trattamento vale: se M 2 = 2 M 1 (raddoppiando la massa) R = R 2 -R 1 = 20 log 10 M 2 / M 1 R = 20 log 10 (2 M 1 )/ M 1 = 20 log 10 2 = 6 db Pagina 13

14 Potere fonoisolante di una parete doppia Il potere fonoisolante di una parete doppia con intercapedine di aria (opportunamente progettata e realizzata) risulta alquanto superiore su buona parte delle frequenze a quello di una parete singola la cui massa superficiale fosse uguale alla somma di quelle dei due divisori che compongono la parete. Il valore del potere fonoisolante della parete composita vale: R t R 1 + R 2 il valore R 1 + R 2 rappresenta il limite teorico che potrebbe essere raggiunto solo in assenza di accoppiamento acustico tra i due componenti (ivi compreso il contributo dovuto alle riflessioni multiple all interno dell intercapedine). Tali condizione per motivi costruttivi non può mai essere raggiunta. Il sistema costituito dai due divisori può essere paragonato ad un sistema meccanico costituito da due pesi collegati da una molla. In corrispondenza della frequenza di risonanza di tale sistema si ha una netta diminuzione del potere fonoisolante. La frequenza di risonanza vale: f r d M 1 1 M2 dove: d= spessore dell intercapedine di aria (cm); M 1,M 2 = masse superficiali dei divisori (kg/m 2 ). Pagina 14

15 Per frequenze al di sotto della frequenza di risonanza la parete doppia si comporta come una parete singola di massa pari alla somma delle masse superficiali delle singole pareti componenti. Per frequenze maggiori a quella di risonanza ( f f r ) il potere fonoisolante può essere calcolato in prima approssimazione con la formula: dove: S t = superficie del tramezzo; A i = unità assorbenti dell intercapedine d aria. R t = R 1 + R 2-10 log 10 Al fine di ottenere un buon isolamento occorre scegliere masse superficiali e larghezze di intercapedini tali da ottenere una frequenza di risonanza bassa (al limite sotto le frequenze udibili). Per evitare l effetto della frequenza di coincidenza è opportuno che le due pareti abbiano masse diverse in modo da evitare coincidenza tra le frequenze caratteristiche dei due tramezzi. L apposizione di materiale fonoassorbente nell intercapedine limita tale fenomeno. Altro fenomeno che diminuisce di fatto il potere fonoisolante è la presenza delle onde stazionarie all interno dell intercapedine d aria. Anche tale fenomeno può essere limitato apponendo materiali fonoassorbenti nell intercapedine. Nel caso di interposizione di materiale fonoassorbente nell intercapedine, la frequenza di risonanza può essere determinata con la: f r 840 Ka 1 1 d M1 M2 dove: d= spessore dell intercapedine di aria (cm); M 1,M 2 = masse superficiali dei divisori (kg/m 2 ). K a = modulo di compressione del materiale fonoassorbente (kg/cm 2 ). Pagina 15

16 PARETI DOPPIE Nella figura seguente viene riportato l andamento qualitativo del potere fonoisolante, al variare della frequenza, per pareti doppie leggere. Nella figura si osservano: curva relativa al pannello singolo e curva del pannello di massa uguale alla somma dei due pannelli. Nel caso di pareti doppie l andamento di R è influenzato dalla presenza o meno di materiale fonoassorbente nell intercapedine. Pagina 16

17 MATERIALI FIBROSI L introduzione di uno strato di materiale fibroso all interno dell intercapedine, rispetto all assenza di materiale, introduce un notevole miglioramento delle prestazioni acustiche della parete doppia. La percentuale di riempimento della cavità fa migliorare ulteriormente le prestazioni acustiche anche se con benefici meno evidenti. L effetto del materiale fonoassorbente all interno delle cavità in pareti doppie pesanti è minore rispetto a quello che si verifica con le pareti leggere in cartongesso. Pagina 17

18 MATERIALI FIBROSI Per i materiali porosi si può supporre un incremento dell assorbimento acustico all aumentare della resistenza al flusso. Nella figura seguente viene riportato l andamento teorico di R per una parete doppia al variare delle proprietà assorbenti del materiale nella cavità. Pagina 18

19 Isolamento acustico normalizzato rispetto all assorbimento acustico (Dn) L isolamento acustico relativo ad un tramezzo si può esprimere con la: dove: S= superficie del tramezzo; A = unità assorbenti del locale ricevente. il potere fonoisolante risulta essere: D = R - 10 log 10 (S/A) R = D + 10 log 10 (S/A) (1) L isolamento acustico relativo allo stesso tramezzo, ma misurato in un ambiente di riferimento con A 0 = 10 m 2 viene detto normalizzato e cioè riferito ad un ambiente con A = A 0. per cui Uguagliando la 1 e la 2 si ottiene: D n = R - 10 log 10 (S/A 0 ) R = D n + 10 log 10 (S/A 0 ) (2) D n = D - 10 log 10 (A/A 0 ) (3) Pagina 19

20 Isolamento acustico normalizzato rispetto al tempo di riverberazione (DnT) Tempo di riverberazione dell ambiente in prova: T = V/A (4) Tempo di riverberazione dell ambiente di riferimento: T 0 = V/A 0 (5) (T 0 = 0.5 s) Sostituendo la (4) e la (5) nella (3), si ottiene: D nt = D + 10 log 10 (T/T 0 ) (3) Potere fonoisolante apparente di elementi si separazione tra ambienti (R ) R = 10 log 10 W 1 /(W 2 +W 3 ) dove: W 1 = potenza sonora incidente sulla parete sottoposta a prova; W 2 = potenza sonora trasmessa attraverso la parete; W 3 = potenza sonora trasmessa per fiancheggiamento. Pagina 20

21 Indice di valutazione del potere fonoisolante apparente (Rw) Per determinare l indice di valutazione l andamento del potere fonoisolante apparente con la frequenza deve essere confrontato con una curva di riferimento. Le bande di frequenza considerate sono: 100 Hz Hz per le bande di terzo di ottava; Hz per le bande di ottava. La curva di riferimento viene spostata (a passi di 1 db) fino a quando la somma degli scarti sfavorevoli è più grande possibile e comunque non maggiore di 32 db (per i terzi di ottava) o 10 db (per le bande di ottava). Scarto sfavorevole Risultato delle misure valore riferimento L indice di valutazione è il valore del potere fonoisolante apparente determinato sulla curva di riferimento a 500 Hz. Pagina 21

22 RUMORI IMPATTIVI I rumori impattivi negli edifici, sono quelli causati dai passi, dalla caduta di oggetti, ecc.. La maggior parte di questi rumori interessano il complesso pavimento-solaio. Per propagarsi questi tipi di rumori, l ambiente disturbato, deve essere collegato rigidamente con il punto in cui è stato innescato il rumore. Se nel pavimento è presente uno strato resiliente, la forza impattiva viene trasferita con un picco più basso ma in un tempo più lungo, dovuto alla deformazione del materiale resiliente. L impulso complessivamente fornito alla struttura è lo stesso ma il rumore e le vibrazioni che si generano hanno uno spettro maggiormente spostato verso le basse frequenze. Il rumore reirradiato avrà quindi un livello complessivamente inferiore. Pagina 22