ANALISI DELLE PRESTAZIONI DI ASSORBIMENTO ACUSTICO DI TENDAGGI IN CAMPO DIFFUSO E PER INCIDENZA NORMALE

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1 Associazione Italiana di Acustica 43 Convegno Nazionale Alghero, maggio 216 ANALISI DELLE PRESTAZIONI DI ASSORBIMENTO ACUSTICO DI TENDAGGI IN CAMPO DIFFUSO E PER INCIDENZA NORMALE Nicola Granzotto (1), Paolo Ruggeri (2), Antonino Di Bella (1), Fabio Peron (2) 1) DII - Università degli Studi di Padova, Padova 2) Università Iuav di Venezia, Venezia 1. Introduzione L utilizzo di tendaggi per la correzione acustica di ambienti confinati è una prassi molto diffusa soprattutto in situazioni dove risulta difficile intervenire in modo efficace sulle superfici riflettenti dell ambiente mediante l installazione di elementi fonoassorbenti non removibili. La definizione delle caratteristiche acustiche di tali tipologie di assorbitori non è facilmente prevedibile in quanto le prestazioni ottenibili dipendono, oltre che da parametri fisici propri del tessuto, anche dal tipo di posa e dalla quantità del drappeggio, cioè dal rapporto tra lo sviluppo superficiale effettivo del materiale e la sua proiezione sul piano di installazione. In questo lavoro viene esaminato l assorbimento acustico di diverse tipologie di tessuti applicati in modo differente sui supporti di posa. Le misurazioni sono state eseguite sia in campo diffuso che per incidenza normale. Vengono presentati i risultati delle correlazioni eseguite per prevedere l assorbimento acustico tra i diversi campi sonori e tra le diverse modalità di posa. Le misure sono state effettuate in camera riverberante presso il laboratorio LabAcus del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell Università degli Studi di Padova e mediante tubo ad impedenza presso il laboratorio di fisica tecnica ambientale FisTec dell Università Iuav di Venezia. 2. Misure effettuate È stato analizzato il coefficiente di assorbimento acustico in campo diffuso e per incidenza normale per quattro tipologie di tessuto in fibra di poliestere. Sono state eseguite 12 misurazioni del coefficiente di assorbimento acustico per incidenza diffusa, s, in camera riverberante [1] su campioni di dimensioni 3 m x 4 m (Fig. 1). Per le misure in campo diffuso, effettuate presso la camera riverberante del Laboratorio di Acustica LabAcus del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell Università degli Studi di Padova, sono state utilizzate 3 configurazioni: - 24 m² di tessuto drappeggiato posato con altezza massima di 185 mm e altezza minima di 9 mm; - 12 m² di tessuto teso posato con un intercapedine d aria di 185 mm; 1

2 - 12 m² di tessuto teso posato con un intercapedine d aria di 15 mm. Figura 1 Coefficiente di assorbimento per incidenza diffusa nelle 3 configurazioni esaminate (drappeggiato h=9/185 mm, teso h=185 mm, teso h=15 mm) Presso il laboratorio FisTec dell Università Iuav di Venezia, mediante tubo ad impedenza [2], è stato misurato il coefficiente di assorbimento acustico per incidenza normale, n, su quattro provini di diametro 45 mm realizzati dalle medesime tipologie di tessuto utilizzati nelle precedenti prove. La sperimentazione è stata svolta utilizzando 3 diverse intercapedini d aria tra il provino e il fondello rigido del tubo ad onde piane: 9 mm, 15 mm e 185 mm. In tabella 1 è riportato un quadro riassuntivo delle misurazioni fatte, indicando le modalità di posa e il parametro misurato. Infine è stata determinata la resistenza specifica al flusso d aria [3] su campioni del diametro di 1 mm; i risultati ottenuti sono riportati in tabella 2. In figura 2 sono raffigurati gli apparati di misura utilizzati per la determinazione del coefficiente d assorbimento per incidenza normale e la resistenza al flusso d aria. Figura 2 Misura della resistenza specifica al flusso d aria (a sinistra) e misura del coefficiente di assorbimento per incidenza normale con il tubo ad onde piane (a destra) I risultati ottenuti dalla campagna sperimentale sono riportati di seguito. In figura 3 sono rappresentate le curve dei coefficienti di assorbimento acustico per incidenza diffusa in bande di terzi d ottava in un intervallo compreso tra 1 Hz e Hz. Nei grafici delle figure 4 e 5 si riportano rispettivamente le differenze tra coefficienti di assor- 2

3 1 2 Coefficiente di assorbimento acustico, s [-] bimento per incidenza diffusa in configurazione tessuto drappeggiato/teso ad altezza 185 mm e in configurazione teso 185 mm/teso 15 mm. I coefficienti di assorbimento acustico per incidenza normale, in un intervallo compreso tra 1 Hz e Hz, sono riportati nel grafico di figura 6. Tabella 1 Configurazioni esaminate e parametri misurati in camera riverberante e mediante tubo ad impedenza Denominazione tessuto Tessuto drappeggiato. Intercapedine 9 mm / 185 mm Tessuto teso. Intercapedine 9 mm Tessuto teso. Intercapedine 15 mm Tessuto teso. Intercapedine 185 mm 1733 s n s, n s, n 184 s n s, n s, n 187 s n s, n s, n 1849 s n s, n s, n Tabella 2 Valori misurati della esistenza specifica al flusso d aria Denominazione tessuto Resistenza specifica al flusso d aria [Pa s/m] h185 drap aw= h185 drap aw= h185 drap aw= h185 drap aw= h 185 teso aw= h185 teso aw= h185 teso aw= h185 teso aw= h15 teso aw= h15 teso aw= h15 teso aw= h15 teso aw=.45 Figura 3 Coefficiente di assorbimento per incidenza diffusa per 4 tessuti e 3 configurazioni, sia drappeggiati (drap) che tesi (teso) 3

4 1 2 Differenza teso_185 - teso_15 [-] 1 2 Differenza drappeggiato - teso [-] h185 drap-teso h185 drap-teso 187 h185 drap-teso h185 drap-teso -.2 Figura 4 Differenza tra tessuto drappeggiato (drap) e teso (teso) con la medesima altezza massima (185 mm) h185-h h185-h h185-h h185-h Figura 5 Differenza tra tessuto teso ad altezza 185 mm e teso ad altezza 15 mm 4

5 1 2 Coefficiente di assorbimento acustico, s [-] h h h h h h h h h h9 187 h h9 Figura 6 Coefficiente di assorbimento per incidenza normale (4 tessuti 3 configurazioni) 3. Analisi teorica I coefficienti di assorbimento sono stati calcolati in funzione dell angolo Θ mediante l equazione 1 [4] utilizzando il valore di resistenza specifica al flusso d aria R s [Pa s/m] misurato (vedi tabella 2). L influenza dell intercapedine d aria è determinata dal suo spessore L [m], dall impedenza acustica Z [N s/m 3 ] e numero d onda k [m -1 ]. (1) NL R Rs 4 cos Z 2 s 2 1 cos cot kl cos Z [-] Il calcolo del coefficiente di assorbimento per incidenza diffusa è stato effettuato considerando un sistema non localmente reagente. Il valore del coefficiente di assorbimento α in campo diffuso è ottenuto integrando l angolo di incidenza Θ tra e 78. Le equazioni 2 e 3 rappresentano rispettivamente l equazione di Paris e di London [5]. Quest ultima ha un differente approccio statistico e restituisce dei risultati che meglio rappresentano i valori ottenuti sperimentalmente. (2) sin 2 lim [-] a NL d (3) sin max [-] b NL d 5

6 1 2 Nelle pagine seguenti sono riportati dei grafici che rappresentano la differenza tra i valori ottenuti sperimentalmente con il tubo ad onde piane e quelli teorici per incidenza normale (Fig. 7). In figura 8 e 9 sono riportate, rispettivamente le differenza tra valori sperimentali in camera riverberante e quelli teorici ottenuti mediante l equazione di Paris e l equazione di London. In tabella 3 sono riportate la media degli scarti e la media delle deviazioni standard, alle varie frequenze, ottenuti per tutte le configurazioni esaminate. Tabella 3 Media degli scarti e media delle deviazioni standard tra tutte le configurazioni esaminate Calcolo Media degli scarti Deviazione standard Media Previsione incidenza normale con la formula 1,,7 Previsione incidenza diffusa con le formule 2 e 3 -,13,8 Previsione incidenza diffusa con formula 2 e 4 -,3,6 Si può notare come vi sia una correlazione molto buona tra valori misurati e teorici nel caso del calcolo previsionale per incidenza normale ottenuto mediante l equazione 1 (con Θ = 1). Nel caso di campo diffuso, utilizzando l integrazione della formula di London si ottengono correlazioni in linea con l incertezza di misura del metodo e nettamente migliori rispetto all utilizzo della formula di Paris (miglioramento medio del coefficiente di assorbimento pari a,1). Differenza misurato - teorico,5,4,3,2,1, -,1 -,2 -,3 -,4 -, norm h185 mis-teo 184 norm h185 mis-teo 187 norm h185 mis-teo 1849 norm h185 mis-teo 1733 norm h15 mis-teo 184 norm h15 mis-teo 187 norm h15 mis-teo 1849 norm h15 mis-teo 1733 norm h9 mis-teo 184 norm h9 mis-teo 187 norm h9 mis-teo 1849 norm h9 mis-teo Figura 7 Differenze tra coefficienti di assorbimento per incidenza normale misurati e teorici 6

7 ,5,4, NL h185 mis-teo 1733 NL h15 mis-teo Differenza misurato - teorico,2,1, -,1 -,2 184 NL h185 mis-teo 184 NL h15 mis-teo 187 NL h185 mis-teo 187 NL h15 mis-teo -,3 -,4 -, NL h185 mis-teo 1849 NL h15 mis-teo Figura 8 Differenze tra coefficienti di assorbimento per incidenza diffusa misurati e coefficienti di assorbimento teorici ricavati con la formula di Paris (eq. 2), considerando i campioni come non localmente reagenti,5,4, NL h185 mis-teo 1733 NL h15 mis-teo Differenza misurato - teorico,2,1, -,1 -,2 184 NL h185 mis-teo 184 NL h15 mis-teo 187 NL h185 mis-teo 187 NL h15 mis-teo -,3 -,4 -, NL h185 mis-teo 1849 NL h15 mis-teo Figura 9 Differenze tra coefficienti di assorbimento per incidenza diffusa misurati e coefficienti di assorbimento teorici ricavati con la formula di London (eq. 3), considerando i campioni come non localmente reagenti 7

8 4. Conclusioni In questo lavoro sono stati esaminati i coefficienti di assorbimento acustico per incidenza diffusa e normale di quattro diverse tipologie di tessuti in fibra di poliestere posati in differenti configurazioni. Dalle misure effettuate e da una analisi dei dati è stato possibile notare che: - l utilizzo di tessuti drappeggiati rispetto a quelli tesi porta ad un sensibile miglioramento alle medio alte frequenze (al di sopra della lunghezza d onda corrispondente a quattro volte la dimensione dell intercapedine massima, L, questo a discapito dell assorbimento tra le frequenze corrispondenti a lunghezze d onda 4L e 8L (questo non accade per il tessuto avente resistenza specifica al flusso d aria maggiore); - l aumento dell intercapedine porta ad un aumento dell assorbimento a bassa frequenza a discapito dell assorbimento ad alta frequenza (questo non per il tessuto avente resistenza specifica al flusso d aria minore); - vi sono correlazioni molto buone tra misure e previsioni teoriche nel caso di coefficienti di assorbimento per incidenza normale; - nel caso di campo diffuso si ottengono le migliori correlazioni utilizzando l integrazione della formula di London; le differenze tra misurazione e modello teorico sono in linea con l incertezza di misura del metodo in camera riverberante. 5. Bibliografia [1] UNI EN ISO 354:3, Acustica - Misura dell assorbimento acustico in camera riverberante [2] UNI EN ISO :1, Acustica - Determinazione del coefficiente di assorbimento acustico e dell impedenza acustica in tubi di impedenza - Metodo della funzione di trasferimento [3] UNI EN 2953:1994, Acustica. Materiali per applicazioni acustiche. Determinazione della resistenza al flusso d aria [4] I.L. Vér, L.L. Beranek, Noise and vibration control engineering, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 6 [5] Maekawa Z., Rindel J. H., Lord P., Enviromental and Architectural Acoustics, CRC Press, Boca Raton, Florida, 211 8