Rumore in ambiente di lavoro: riduzione in fase di propagazione

Rumore in ambiente di lavoro: riduzione in fase di propagazione Massimo Garai massimo.garai@mail.ing.unibo.it http://acustica.ing.unibo.it Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 1 Sommario Leggi, norme, definizioni base: richiami essenziali Propagazione: modelli e loro affidabilità Generalità Modelli a campo semidiffuso (esempi) Modelli a campo non diffuso (esempi) Modelli numerici (affidabilità) Riduzione: metodi e loro efficacia (esempi) Trattamenti fonoassorbenti Schermi acustici Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 2 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 1

Leggi e norme Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 3 Leggi e norme D. Lgs. 81 del 9 Aprile 2008 e s.m.i. ISO 1999:1990 (in revisione) UNI 9432:2008 UNI EN ISO 11200-11204:1997 UNI EN ISO 11690-1..3:1998..2000 UNI ISO 14257:2004 UNI EN ISO 17624:2005 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 4 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 2

D. Lgs. 81/08: Valori limite Valori inferiori di azione Valori superiori di azione Valori limite di esposizione (con DPI) L EX,8h db(a) 80 85 87 L peak db(c) 135 137 140 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 5 Livello di pressione sonora in decibel L p = 10lg p( t) p0 2 db p0 = 20 μpa = 2 10-5 Pa Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 6 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 3

Livello di picco p peak (t) L peak = 20lg p peak p 0 ( t) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 7 Livello continuo equivalente di pressione sonora L eq, T T = 1 10lg T 0 2 p( t) p0 dt db L p L eq,t Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 8 t Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 4

L p [db] Lin (Z) Curve di ponderazione D 0-20 -40 D B C A B+ C A In origine: Curva A 40 Phon Curva B 70 Phon Curva C 100 Phon Curva D = bang sonico -60 10 20 50 100 200 500 1 k 2 k 5 k 10 k 20 k Frequenza [Hz] Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 9 Livello di pressione sonora ponderato A L pa n = 10lg 10 i= 1 ( L + C ) i i /10 db(a) i = 1,.., n bande di 1/3 ottava di frequenza C i = correzione data dalla curva A per la banda i-esima Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 10 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 5

Descrittore acustico da calcolare Livello di rumore nel tempo T e Correzione per T e diverso da 8 ore L EX, Te 8 h = LAeq, T + 10lg db(a), T0 = 8 h e T 0 L, ( L T ), ( L, T ),..., ( L, T ) p T e Media logaritmica pesata p1, 1 p2 2 pn N Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 11 Media logaritmica pesata L EX,8h N 1 = 10lg Ti T i= 1 10 L pi /10 db(a) T = N T i i= 1 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 12 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 6

Sorgente Ambiente Ricettore Emissione Propagazione Immissione Priorità 1 Priorità 2 Priorità 3 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 13 Modelli: generalità Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 14 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 7

Perché i modelli acustici? Progettazione acustica di nuovi ambienti Correzione acustica di ambienti esistenti Individuazione delle aree più rumorose Riorganizzazione del lay-out Valutazione dell efficacia degli interventi antirumore Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 15 Metodologia 1. Definire gli obiettivi (descrittori) 2. Raccogliere i dati di ingresso 3. Scegliere il metodo di previsione 4. Costruire il modello acustico 5. Eseguire il calcolo previsionale 6. Valutare i risultati Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 16 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 8

Scelta degli obiettivi Livelli di pressione sonora nei posti di lavoro (puntuali) 83,4 85,5 Livelli di pressione sonora in ambiente (mappe) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 17 Volume (lordo o netto?) Dati di ingresso - Ambiente Superfici (suddivisione?) Assorbimento acustico dei materiali (Sabine?) Perdite di inserzione (realistiche?) Silenziatori Arredi (densità media?) Schermi Grado di diffusione sonora Cabine operatori Cappottature Sorgenti Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 18 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 9

Dati di ingresso - Sorgenti Livello di potenza sonora Direttività di emissione Grado di dettaglio in frequenza: globale ponderato A o in bande di ottava o 1/3 ottava Suddivisione in sotto-sorgenti Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 19 Classificazione dei modelli di previsione del rumore CATEGORIA MODELLO FORMA LOCALE DISTRIBUZIO- NE ARREDI ASSORBIMEN- TO ACUSTICO Campo semidiffuso regolare uniforme uniformemente distribuito e non elevato Campo non diffuso con simmetrie (locali bassi e vasti) uniforme prevalente a soffitto Simulazione numerica qualunque qualunque qualunque Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 20 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 10

Livello di pressione sonora al ricevitore Livello di potenza della sorgente Divergenza geometrica Fattore di correzione ambientale Q Lp = LW + 10lg + K 2 4πr r: distanza sorgente ricevitore Q: direttività sorgente Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 21 Direttività per emissione (Q i ) Q i p 2 i p 2 sfera Q i = p 2 i / p2 sfera Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 22 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 11

Direttività per posizione (Q Ω ) Q Ω = 1 Q Ω = 2 W 0 W = 2 W 0 W = 0 Q Ω = 4 Q Ω = 8 W = 0 W = 4 W 0 W = 0 W = 0 W = 8 W 0 W = 0 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 23 Fattore di correzione ambientale K K dipende dalle caratteristiche dell ambiente In campo libero K = 0 UNI EN ISO 374x K K 2 UNI EN ISO 14257 K DL f UNI EN ISO 11690-x K DL f Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 24 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 12

Modelli a campo sonoro semidiffuso Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 25 Modelli a campo sonoro semidiffuso (acustica statistica) Storicamente sono stati i primi dell acustica moderna (Sabine, inizio del 1900) Nati per l acustica delle sale da conferenza o da concerto Successivamente estesi (per quanto possibile) agli ambienti industriali Basati su ipotesi fortemente limitative Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 26 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 13

Tempo di riverberazione T 60 Il tempo che il suono impiega, dopo l interruzione di una sorgente sonora in regime stazionario, a decadere di 60 db L p 60 db T 60 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 27 t Formula di Sabine per T 60 T V 60 = 0,16 = n i= 1 α S i i 0,16 V αs α = n i= 1 α S i S i V: volume dell ambiente [m 3 ] S i : superfici delimitanti l ambiente [m 2 ] α i : coeff. d assorbimento acustico delle S i Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 28 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 14

Campo sonoro semidiffuso Ipotesi di base Le onde sonore si propagano con uguale probabilità ed ampiezza in tutte le direzioni L ambiente ha forma regolare Tutte le pareti hanno assorbimento acustico simile e non troppo elevato Il livello sonoro al ricevitore è dato da onda diretta + campo riverberato Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 29 Campo sonoro semidiffuso (acustica statistica) α 2 α 1 Sorgente α 1 α 2 α 3 α 4 campo diretto campo riverberato α 3 α 4 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 30 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 15

Campo sonoro semidiffuso livello sonoro al ricevitore Q Lp = LW + 10lg + K 2 4πr K 16πr = 10lg 1 + QA 2 A = αs Approssimazione drastica della realtà Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 31 Esempio (100 x 50 x 6 m) Ambiente parallelepipedo 100 x 50 x 6 m Volume V = 100x50x6 = 30000 m 3 Superficie S = 2(100x50+100x6+50x6) = 11800 m 2 α medio = 0.15 Sorgente puntiforme L w = 100 db Sorgente sul pavimento: Q = 2 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 32 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 16

0.35 0.30 Potenza sonora della sorgente e assorbimento acustico 0.25 0.20 α 0.15 0.10 0.05 0.00 120 110 100 90 80 125 250 500 1,000 2,000 4,000 70 Frequenza f, Hz 60 LW, db Coeff. assorbimento acustico 50 125 250 500 1,000 2,000 4,000 Frequenza f, Hz Livello di potenza sonora Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 33 Campo sonoro semidiffuso: esempio 125 250 500 1000 2000 4000 α medio 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 A = α x S m 2 590.0 1180.0 1770.0 2360.0 2950.0 3540.0 T 60 s 8.14 4.07 2.71 2.03 1.63 1.36 R m 2 621.1 1311.1 2082.4 2950.0 3933.3 5057.1 K db 7.0 4.6 3.4 2.7 2.1 1.8 Q 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 10lg(Q/4πr 2 ) db -28.0-28.0-28.0-28.0-28.0-28.0 L W db 90.0 100.0 100.0 95.0 110.0 80.0 L p db 69.0 76.7 75.5 69.7 84.2 53.8 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 34 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 17

T 60 (unico) e L p in un punto fisso 9.0 T60, s 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 90 85 80 75 70 65 125 250 500 1,000 2,000 60 4,000 Lp, db Frequenza f, Hz 55 50 Campo semidiffuso 45 40 125 250 500 1,000 2,000 4,000 Frequenza f, Hz Campo semidiffuso r=20 m Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 35 L p in funzione della distanza dalla sorgente sonora 105 100 95 Lp, db(a) 90 85 80 75 70 65 60 1 10 100 Distanza r, m Campo libero Campo semidiffuso r = p 20 m L = 83.2 db(a) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 36 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 18

Modelli a campo sonoro non diffuso Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 37 Campo sonoro non diffuso Le onde sonore non si propagano in modo uniforme in tutte le direzioni L ambiente ha forma irregolare Le pareti hanno assorbimento acustico differente (p.es. soffitto più assorbente) Vi sono superfici con assorbimento acustico elevato Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 38 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 19

Campo sonoro non diffuso DL 2 : indice di attenuazione spaziale del livello di pressione sonora al raddoppio della distanza DL f : eccesso di livello di pressione sonora (rispetto al campo libero) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 39 Curva di decadimento spaziale del livello di pressione sonora L p DL 2 DL f r r 1 2r 1 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 40 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 20

Curva di decadimento spaziale del livello di pressione sonora L p r 1 ~ 5 m r 2 ~ 16 m Campo vicino Campo intermedio r 1 r 2 Campo lontano r Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 41 Misurazione del decadimento spaziale del livello di pressione sonora Secondo UNI EN ISO 14257:2004 Sorgente omnidirezionale, h S = 1.2 m o 1.55 m Distanze sorgente-microfono, in m: 1, 2, 3,.., 10, 12, 14,.., 20, 24, 28,.., 40, 48, 56,.. 2, 3, 4, 6, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64,.. Incertezza in condizioni di ripetibilità: ±0.3 B per DL 2 e ±2 db per DL f Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 42 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 21

Più sorgenti: somma energetica L 1 L 2 L 3 r 1 r r 2 r r 3 r L tot = 10lg 10 L / 10 2 /10 3 /10 ( 10 10...) 1 L L + + + Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 43 Teoria di F. Bianchi per locali bassi e vasti (1974) Altezza locale << lunghezza e larghezza Assorbimento acustico concentrato a soffitto Campo sonoro non diffuso r K = 3 + 10lg 8,6α m H r H r > H m ( α α )/ 2 α = + soff pav Correzione onde cilindriche Contributo aggiuntivo Incidenza obliqua Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 44 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 22

L p in un punto fisso Lp, db 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 125 250 500 1,000 2,000 4,000 Frequenza f, Hz Campo semidiffuso Teoria Bianchi Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 45 Esempio (100 x 50 x 6 m) Lp, db(a) 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 1 10 100 Distanza r, m Campo libero Campo semidiffuso Teoria Bianchi r = 20 m L r = 20 m L p p = 83.2 db(a) (campo semidiffuso) = 78.8 db(a) (teoria Bianchi) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 46 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 23

Modelli numerici Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 47 Metodo degli Elementi Finiti (FEM) Discretizzazione del dominio spaziale integrazione dell equazione delle onde Qualunque geometria Qualunque proprietà del mezzo Converge all aumentare del numero degli elementi finiti Passo di discretizzazione < λ / 8 Limitato a domini piccoli (per es. autoveicoli) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 48 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 24

Metodo degli Elementi di Contorno (BEM) Discretizzazione solo sul contorno del dominio spaziale Più rapido e/o più accurato del FEM Applicabile a domini illimitati Tempi di calcolo comunque elevati Formulazione complessa Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 49 Acustica Geometrica λ << dimensione tipica Si trascura la natura ondulatoria del suono raggi sonori Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 50 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 25

Acustica Geometrica: Sorgenti Virtuali R S S 1 S 2 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 51 Albero delle Sorgenti Virtuali Sorgente Reale SV 1 SV 2 SV 3 SV 4 SV 5 SV 6 SV 1.2 SV 1.3 SV 1.4 SV 1.5 SV 1.6 SV 6.1 SV 6.2 SV 6.3 SV 6.4 SV 6.5 SV 1.2.1 SV 1.2.3 SV 1.2.4 SV 1.2.5 SV 1.2.6 SV 6.5.1 SV 6.5.2 SV 6.5.3 SV 6.5.4 SV 6.5.6 Costruzione + potatura secondo criteri di visibilità: il punto di riflessione deve appartenere alla superficie di riflessione un raggio non deve essere interrotto da altre superfici Computazionalmente poco efficiente Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 52 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 26

Sorgenti Virtuali Caratteristiche del modello Deterministico costruzione sistematica SV Indiretto sorgenti reali in un ambiente confinato sorgenti virtuali in campo libero + test di visibilità Poco efficiente costruzione e potatura dell albero delle SV con i test di visibilità lunghi tempi di calcolo possibile ricostruire fino al 5-6 ordine di riflessioni Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 53 Esempio di ecogramma Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 54 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 27

Acustica Geometrica: Ray Tracing Energia della sorgente divisa in pacchetti raggi sonori lanciati in tutte le direzioni S R Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 55 Ray Tracing Ricevitori = volumi finiti zona di sensibilità S R Computazionalmente mediamente efficiente Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 56 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 28

Ray Tracing Attenuazione per divergenza geometrica divergenza dei raggi stessi t 1 t 2 > t 1 t 3 > t 2 > t 1 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 57 Ray Tracing Caratteristiche del modello Statistico convergenza statistica del metodo Diretto simula esplicitamente il processo di propagazione sonora Mediamente efficiente il tempo di calcolo cresce linearmente con il numero di raggi Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 58 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 29

Confronto SV-RT Sorgenti Virtuali Ray Tracing Natura Deterministica Statistica Metodo Indiretto Diretto Precisione Alta Media Ricevitori Puntiformi Volumi fittizi Tempo di calcolo Molto lungo Accettabile Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 59 Modelli ibridi - Vorländer (1989) Passo 1. Ray tracing per cercare le SV valide S1 Passo 2. SV valide per calcolare i livelli ai ricevitori R2 3 5 1 7 R5 1 6 R3 4 2 5 R1 R3 R2 R4 1 R3 3 R1 R5 R1 R4 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 60 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 30

Cone tracing Raggi sonori a sezione infinitesima fasci ad apertura progressiva (coni) Ricevitori sferici ricevitori puntiformi S S R Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 61 Problema del cone overlapping R S individuazioni multiple della stessa SV memorizzare i percorsi sorgente-ricevitore ed eliminare i duplicati Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 62 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 31

Beam tracing Vian, van Maercke & Martin (1993) Distribuzione non uniforme dell energia sulla sezione del fascio Le individuazioni multiple sono compensate dal minor peso energetico dei bordi del fascio Overlapping sfumato Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 63 Pyramid tracing - Tenenbaum (1992) Nessun overlapping Copertura dell angolo solido totale copertura della superficie sferica con triangoli curvilinei Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 64 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 32

SV mancanti: correzione Captazioni per unità di tempo (s -1 ) 70.000 60.000 50.000 40.000 30.000 20.000 10.000 0 0,00 tempo critico t c 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40 1,50 n Correzione moltiplicativa della coda riverberante corr n( t ) ( t ) = 1 e 2 t c t 2 Tempo (s) Sorgenti virtuali Teoria di Van Maercke e Martin Andamento effettivo Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 65 Cone-Beam-Pyramid tracing Riflessione diffusa split up dei fasci: S Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 66 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 33

Costruzione del modello Operatore competente ha una preparazione specifica e dimostrata rispetta il protocollo operativo Protocollo operativo procedura normalizzata per eseguire tutte le fasi di input, elaborazione, restituzione dell output, interpretazione Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 67 Modello 3D minimale Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 68 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 34

Superfici curve piane Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 69 Verificare la tenuta stagna Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 70 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 35

Dati di ingresso - Sorgenti Livello di potenza sonora Direttività di emissione Grado di dettaglio in frequenza: globale ponderato A o in bande di ottava o 1/3 ottava Suddivisione in sotto-sorgenti Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 71 Scelta dei materiali Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 72 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 36

Calibrazione del modello costruito Calibrazione del livello di pressione sonora 1.5 1.0 + Scarto tipo Media scarti, db 0.5 0.0-0.5-1.0-1.5 - Scarto tipo 0 1000 2000 3000 4000 5000 Frequenza, Hz Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 73 Accuratezza attesa Finnish Institute of Occupational Health (2003) Studio della modellazione acustica al computer di grandi ambienti industriali Linee guida Livello sonoro : 3 ± 2 db (125 Hz 4 000 Hz) Perdita inserz. : 2 ± 1 db (125 Hz 4 000 Hz) Tempo riverb. : 0,4 ± 0,3 s (500 Hz 4 000 Hz) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 74 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 37

Esempio 100x50x6 m Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 75 Esempio 100x50x6 m Lp, db(a) 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 1 10 Distanza r, m 100 Campo libero Campo semidiffuso Bianchi Odeon r = 20 m L r = 20 m L r = 20 m L p p p = 83.2 db(a) (campo semidiffuso) = 78.8 db(a) (teoria Bianchi) = 83.0 db(a) (simulazione Odeon) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 76 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 38

Esempio 100x50x6 m 105 Lp, db(a) 100 95 90 85 80 75 y = -5.5767Ln(x) + 99.589 R 2 = 0.9855 70 65 60 1 10 Distanza r, m 100 Campo libero Odeon Log. (Odeon) Per regolarizzare la curva di decadimento spaziale, si può eseguire una regressione sui dati misurati Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 77 Esempio 100x50x6 m 105 100 95 90 Lp, db(a) 85 80 75 70 65 60 1 10 Distanza r, m 100 Campo libero Bianchi Campo semidiffuso Odeon regressione r = 20 m L r = 20 m L r = 20 m L p p p = 83.2 db(a) (campo semidiffuso) = 78.8 db(a) (teoria Bianchi) = 82.9 db(a) (regressione Odeon) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 78 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 39

T 60 (medio) e L p in un punto fisso T60, s 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 90 85 80 75 70 65 60 125 250 500 1,000 2,000 55 4,000 Frequenza f, Hz 50 Lp, db Campo semidiffuso Odeon (EDT) 45 40 125 250 500 1,000 2,000 4,000 Frequenza f, Hz Campo semidiffuso Teoria Bianchi Odeon Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 79 Ottimizzazione tecnica + economica Costo, euro 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 0 0 20 40 60 80 100 120 Ore-uomo Studio Intervento Totale Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 80 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 40

Metodi di riduzione del rumore in fase di propagazione Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 81 Metodi di riduzione del rumore Alla sorgente Selezione di processi meno rumorosi Selezione di macchine meno rumorose Sul percorso di propagazione Disposizione adeguata delle sorgenti Cappottatura delle sorgenti Applicazione di silenziatori Trattamenti fonoassorbenti Schermi acustici Divisori Antivibranti e pavimenti galleggianti Al ricevitore Cabine fonoisolanti per operatori Intervalli in ambiente silenzioso Dispositivi di protezione individuali Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 82 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 41

Controllo attivo del rumore Principio base: la sovrapposizione lineare di due campi sonori in opposizione di fase risulta in un campo totale nullo Si crea deliberatamente un campo sonoro (campo secondario) per interferire distruttivamente con un campo sonoro indesiderato (campo primario) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 83 Esempio: controllo attivo del rumore di un ventilatore Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 84 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 42

Controllo attivo Il controllo attivo del rumore funziona meglio alle basse frequenze Il controllo attivo del rumore è realizzabile con maggior facilità per rumori stazionari ripetitivi Il controllo attivo del rumore è applicabile per regioni limitate dello spazio Attualmente il controllo attivo del rumore richiede competenze estremamente specialistiche ed ha costi elevati Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 85 Processi alternativi (ISO 11690) MOLTO RUMOROSI Comando ad aria compressa Ricalcatura con stampo Taglio a spinta Ossitaglio al plasma Tranciatura, punzonatura Fissaggio con rivetti Stampaggio meccanico POCO RUMOROSI Comando elettrico Rastrematura/estrusione Taglio a trazione Ossitaglio in acqua Taglio al laser Fissaggio a pressione Stampaggio idraulico Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 86 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 43

Disposizione delle macchine Distanziare le sorgenti dalle superfici riflettenti per ridurre al minimo le riflessioni dannose Raggruppare le sorgenti più rumorose per ridurre al minimo la zona d influenza Isolare le sorgenti più rumorose in locali separati e trattati Separare le mansioni a bassa esposizione per es. manutenzione, imballaggio, pianificazione Utilizzare comandi a distanza per allontanare l operatore dalle sorgenti di rumore Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 87 Raggruppare le sorgenti più rumorose: prima Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 88 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 44

Raggruppare le sorgenti più rumorose: dopo Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 89 Isolare le sorgenti più rumorose Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 90 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 45

Isolare le sorgenti più rumorose Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 91 Cabine per macchinari Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 92 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 46

Silenziatori Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 93 Valori caratteristici (ISO 11690) DISPOSITIVO DESCRITTORE VALORI TIPICI Cappottatura, Cabina Silenziatore Schermo + trattamento fonoassorbente Perdita per inserzione, D i Perdita per inserzione, D i Perdita per inserzione, D i 10-25 db 10-20 db 3-10 db Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 94 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 47

Materiali fonoassorbenti: classificazione in base alla natura Origine minerale lana di vetro lana di roccia Origine vegetale fibre di cellulosa fibre di legno mineralizzato fibre di cotone Origine animale lana di pecora o simili Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 95 Materiali fonoassorbenti: classificazione in base alla natura Materiali sintetici 1. materiali termoplastici aumentando la temperatura diventano fluidi polietilene espanso poliestere in fibre 2. materiali termoindurenti aumentando la temperatura prima rammolliscono poi reticolano poliuretano espanso Pannelli compositi uno o più strati di materiali fibrosi/porosi inclusi in uno scatolato in lamiera forata o stirata o in buste Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 96 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 48

Materiali fonoassorbenti: modalità di applicazione Rivestimento di pareti o soffitto materiali spruzzati (intonaco acustico) materiali in aderenza (per es. incollati) pannelli su intelaiatura portante: all effetto fonoassorbente del materiale si somma quello dell intercapedine Creazione di un nuovo controsoffitto all effetto fonoassorbente del materiale si somma quello della diminuzione del volume in cui il suono si propaga A baffles all effetto fonoassorbente del materiale si somma quello della diffrazione sulla schiera di baffles Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 97 Trattamenti fonoassorbenti: intonaco acustico Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 98 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 49

Curve di decadimento spaziale prima, durante e dopo il trattamento 90 85 80 DL DL DL 2 2 2 = = 4.2 db(a) prima 4.6 db(a) durante = 5.1 db(a) dopo Lp, db(a) 75 70 65 60 55 1 10 100 distanza r, m Prima Durante Dopo Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 99 Misurazione delle curve di decadimento spaziale Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 100 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 50

Trattamenti fonoassorbenti: nuovo controsoffitto Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 101 Trattamenti fonoassorbenti: pannelli sospesi a baffles Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 102 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 51

Valori tipici di α m, DL f e DL 2 in campo intermedio (ISO 11690) Locale α m DL f, db DL 2, db V<10000 m 3 e H<5 m, senza soffitto ass., vuoto < 0,2 da 8 a 13 da 1 a 3 V 10000 m 3 e H 5 m, senza soffitto ass., con arredi < 0,2 da 6 a 9 da 2,5 a 4 Con soffitto ass. e arredi > 0,3 da 5 a 8 da 3,5 a 5 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 103 Caratteristiche importanti dei materiali Coefficiente di assorbimento acustico (apparente) α Misurato in camera riverberante secondo ISO 354 Misurato in tubo ad impedenza secondo ISO 10534 Resistenza agli agenti chimici e biologici leganti idraulici e bituminosi, vernici e colle batteri, muffe, insetti, roditori Assorbimento d acqua attitudine del materiale ad essere imbibito d acqua Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 104 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 52

Caratteristiche importanti dei materiali Comportamento al fuoco reazione al fuoco: grado di partecipazione alla combustione e produzione di calore, fumi, gocce resistenza al fuoco: tenuta meccanica, termica e ai fumi Proprietà meccaniche resistenza a compressione Stabilità dimensionale dopo ripetuti cicli termici in presenza di acqua Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 105 Assorbimento per porosità Assorbimento acustico crescente con la frequenza e con lo spessore di materiale Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 106 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 53

Assorbimento per risonanza di d membrana m f 0 = c 0 2π ρ cav m' d Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 107 Assorbimento per risonanza di S cavità L V f 0 = c0 S 2π VL e L L e e = L + 1,7 a flangiato = L + 1,5a non flangiato Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 108 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 54

Camera riverberante (UNI EN ISO 354) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 109 Misurazione di α in camera riverberante α S = V 0,16 S 1 T 1 T V: volume della camera riverberante S: superficie del campione in prova T 1 : tempo di riverberazione senza campione T 2 : tempo di riverberazione con campione 2 1 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 110 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 55

Tubo ad impedenza (UNI EN ISO 10534-2) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 111 Misurazione di α nel tubo ad impedenza Metodo della funzione di trasferimento microfoni 1 2 altoparlante campione Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 112 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 56

Schermi acustici soffitto suono riflesso S suono diffratto R suono diretto pavimento Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 113 Schermi acustici Gli schermi vanno posizionati in prossimità delle sorgenti o dei ricevitori Gli schermi dovrebbero essere fonoassorbenti sul lato rivolto alla sorgente In ambienti molto riverberanti, schermi fortemente fonoassorbenti possono contribuire a migliorare l assorbimento acustico totale Gli schermi acustici in ambienti chiusi hanno un insertion loss molto inferiore a quello ottenibile in campo libero, a meno che non siano associati ad un trattamento fonoassorbente delle superfici circostanti È sufficiente un R w 20 db Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 114 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 57

Potere fonoisolante 1 W R = 10lg = 10lg τ W i t [db] W i W t Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 115 Potere fonoisolante Indice di valutazione UNI EN ISO 717 46 55 50 45 R, db 40 35 Curva di riferimento Curva del potere fonoisolante R 30 25 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 Frequenza, Hz Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 116 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 58

Esempio: schermo 2x2 m (a): in campo libero (b): in un ambiente chiuso riverberante Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 117 Esempio: schermi + trattamento fonoassorbente Schermi abbinati al trattamento fonoassorbente di soffitto e pareti Attenuazione di 8-10 db(a) misurati Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 118 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 59

Altri vantaggi degli schermi acustici Protezione da eventuali frammenti proiettati dalle lavorazioni (battitura, molatura, ecc.) Protezione degli occhi dalla luce di saldatrici ad arco e simili Protezioni da schizzi di sostanze chimiche o molto calde Suddivisione degli ambienti in aree di lavoro Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 119 Svantaggi degli schermi acustici Limitazione del controllo visuale delle macchine Limitazione dell accesso alle postazioni di lavoro Riduzione dell illuminamento della postazione Limitazione del trasporto di materiali o pezzi in lavorazione Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 120 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 60

Schermi: valori tipici di attenuazione sonora globale in ambienti bassi r/h h/h < 0,3 da 0,3 a 1 da 1 a 3 < 0,3 7 db 4 db - da 0,3 a 0,5 10 db 7 db 4 db > 0,5-9 db 6 db h: altezza schermo - r : distanza sorgente-ricevitore H: altezza locale - da UNI EN ISO 17624:2005 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 121 Calcolo della attenuazione sonora ridotta (UNI EN ISO 17624) z D z r = 10lg 1 + 20, ( r < r λ, r z : differenza tra il minimo percorso del suono tangente al bordo di diffrazione meno efficace ed il percorso diretto in assenza dello schermo [m] λ : lunghezza d onda del suono [m] r r : raggio di riverberazione [m] La formula fornisce valori ottimistici ) Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 122 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 61

Raggio di riverberazione (UNI EN ISO 17624) In condizioni di campo diffuso (A = area di assorbimento equivalente del locale) r r = A 16π Per ambienti con molti oggetti diffondenti (S f = superficie totale degli arredi) r r 4V = 3S Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 123 f Raggio di riverberazione (UNI EN ISO 17624) Per ambienti bassi con pochi oggetti diffondenti e soffitto poco assorbente (H = altezza del locale) r r = 3H 2 Per ambienti lunghi e stretti con pochi oggetti diffondenti e pareti poco assorbenti (B = larghezza del locale) 3B r r = 2 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 124 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 62

Esempio: schermo 2 x 2 m soffitto H =6 m trattamento fonoassorbente con L 2h 0 h 0 h screen =2 m S h S =1 m d S =1 m d R =1 m R h R =1.5 m pavimento Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 125 Esempio: schermo 2 x 2 m 125 250 500 1000 2000 4000 A λ = m 2.74 1.37 0.69 0.34 0.17 0.09 - r r = m 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0 9.0 - L W db 90 100 100 95 110 80 111.5-20lg( r ) db -6.0-6.0-6.0-6.0-6.0-6.0 - L p,1 = db 84.0 94.0 94.0 89.0 104.0 74.0 105.5 D z,r = db -8.5-11.2-14.0-16.9-19.9-22.9 - L p,2 = db 75.5 82.8 80.0 72.1 84.1 51.1 86.3 su 3 lati db 80.3 87.6 84.7 76.8 88.9 55.9 92.5 Attenuazione globale in db(a) 12.9 Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 126 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 63

Rumore in ambiente di lavoro: riduzione in fase di propagazione FINE Massimo Garai massimo.garai@mail.ing.unibo.it http://acustica.ing.unibo.it Bolzano 30/10/2009 Massimo Garai - Università di Bologna 127 Previsione e riduzione del rumore in ambiente di lavoro 64