Isolamento acustico
L’isolamento acustico del tramezzo è dunque dovuto all’inerzia della massa del materiale costituente il tramezzo, secondariamente è dovuto alla viscosità dello stesso.
E’ stata elaborata in base a tali concetti la cosiddetta legge di massa che è data dalla relazione:
D = 20•(-2 + 10 log f•M)
Si nota quindi che l’isolamento dipende anche dalla frequenza, oltre che dalla massa.
L’isolamento acustico può migliorare quando le pareti sono multistrato, soprattutto quando al loro interno è prevista un’intercapedine d’aria, in quanto aumentando la porosità della stratigrafia interna, dal lato dell’intercapedine si smorza l’effetto amplificante che il riverbero tra le superfici può generare.
Velocità del suono
La velocità con cui il suono può essere propagato identifica una serie di grandezze caratteristiche del mezzo in cui è trasmesso. Nei solidi il suono è trasmesso secondo la relazione:
C=K *radq(E/m)
Nell’aria la velocità del suono è di circa 344 m/s.
Il suono si propaga più velocemente nei solidi che nell’aria. Per esempio la velocità del suono nel mattone è circa 11 volte più elevata che nell’aria.
Le onde sonore
Fronti d’onda: quando le onde sonore hanno tutte la stessa direzione di propagazione sono definite “onde piane”, in quanto tutti i punti di massima compressione del mezzo formano superfici piane perpendicolari alla direzione di propagazione. Tali piani sono definiti “fronti d’onda”. Quando i fronti d’onda generano punti di massima compressione con forma sferica (ovvero compressione e rarefazione sono una serie di sfere concentriche), allora si dice che il fronte d’onda è sferico.
Sinusoide: La sinusoide è la forma d’onda fondamentale, strettamente correlata con il moto armonico semplice.
Frequenza: la frequenza è una caratteristica di un fenomeno periodico (come un’onda sonora), e per definizione rappresenta il numero di volte in un secondo con cui il fenomeno si ripete. Normalmente la frequenza è rappresentata da un numero e dalla propria unità di misura l’hertz (Hz).
Lunghezza d’onda/Periodo: la lunghezza d’onda è la distanza, in direzione perpendicolare al moto, tra 2 fronti aventi la stessa fase, per esempio tra i punti di massima compressione. La lunghezza d’onda coincide con la distanza percorsa dall’onda sonora in un ciclo completo di vibrazione. La lunghezza d’onda si esprime con la lettera greca (lambda) e si misura in metri (o piedi). La lunghezza d’onda è legata alla frequenza “f” e alla velocità del suono “c”:
C = l * f
Il tempo impiegato dalla lunghezza d’onda a completare il proprio e unico ciclo è definito “periodo” “T” ed è espresso in m.
Moto armonico semplice: toni puri. Un suono può essere rappresentato attraverso un’onda sinusoidale (ex. Diapason). La pressione sonora risultante p varia sopra e sotto la pressione statica dell’atmosfera, secondo la relazione p = po sen (2 pf ) t
E’ detta periodica perché da un’oscillazione a quella successiva si ripete identicamente nel tempo di un periodo.
Un’onda sonora contenente una sola frequenza è detta tono puro.
Pressione sonora: In un punto ipotetico di osservazione posto nello spazio (comunque immerso in un mezzo), prima del passaggio delle onde sonore la pressione P è uguale alla pressione statica dell’atmosfera. Quando delle onde sonore passano attraverso il ns. punto di osservazione, la pressione atmosferica è sottoposta ad una pressione aggiuntiva a volte positiva e a volte negativa (a causa delle compressioni e delle rarefazioni) già calcolata nella p = po sen(2 p f)t La pressione totale è quindi pari a Pio = pam +posen (2 p f ) t . La pressione sonora è normalmente espressa in micropascal (mPa), dove 1 mPa = 10-6 Pa. Nelle misure di livello di pressione sonora la pressione di riferimento è 2 • 10-5 N/m2 che alla frequenza di 1000 Hz rappresenta il valore di soglia dell’uditomedio.
Armoniche: Se una lamina divisoria rigida si muove avanti e indietro con moto sinusoidale a una frequenza di 50 Hz, si genererà una variazione risultante che varia alla frequenza di 50 Hz. Poiché i corpi non sono infinitamente rigidi, questi flettono producendo oscillazioni addizionali. Queste oscillazioni addizionali generano onde a frequenze maggiori (100, 150, 200, 250,… Hz).
In questo esempio ne deduciamo le seguenti definizioni:
a) 50 Hz frequenza fondamentale;
b) 100, 150, 200, 250 … Hz armoniche;
Fenomeno di fase/controfase – Ampiezza quadratica media: 2 distinte onde sonore possono essere considerate in “fase” quando le onde incrociano la loro posizione di Ø nella stessa direzione e nello stesso tempo. Per contro sono definite in controfase quando nel momento in cui i loro valori sono nulli, i 2 moti sono opposti.
L’ampiezza quadratica media consente di identificare la pressione sonora quadratica media o pressione effettiva, quindi quella pressione (addizionale alla pressione atmosferica), che effettivamente si aggiunge a quella statica dell’atmosfera, quando venga esaminato un moto d’onda complesso.
Onda complessa. Vengono denominate onde complesse (in contrasto con le onde armoniche semplici), perché contengono più di una componente di frequenza. E’ dimostrato che un’onda complessa può essere considerata come costituita da una combinazione di più onde armoniche semplici.
Diffrazione del suono: per diffrazione del suono si intende il cambiamento di direzione di propagazione che subiscono le onde sonore quando trovano un ostacolo. Tutte le onde sinusoidali (anche quelle fotometriche) una volta incontrato un ostacolo convergono verso la proiezione del baricentro dell’ostacolo stesso.
Il suono
Il suono è la percezione uditiva di un fenomeno fisico che consta nella possibilità di un mezzo (solido, liquido o gassoso), di trasmettere un’oscillazione della propria pressione. Nell’aria per esempio le onde sonore sono generate da variazioni della pressione al di sopra e al di sotto del valore statico della pressione atmosferica.
Perché il segnale possa essere trasmesso il mezzo ha bisogno di avere massa e elasticità, ovvero deve avere la capacità di ritornare allo stato di quiete una volta che cessi la sollecitazione su di esso. Per queste motivazioni il vuoto non è in grado di trasmettere rumore.
Le singole particelle d’aria (o comunque del mezzo), vibrano in avanti e indietro, trasmettendo le onde ma mantengono all’incirca inalterata la loro posizione media.
Ogni corpo solido, liquido o gassoso possiede quindi una massa ed un’elasticità ed è in grado di trasmettere il suono; ciò che differisce proporzionalmente alle caratteristiche di massa e di elasticità del mezzo è la velocità con cui il suono può essere propagato.
Livelli
Livello e decibel: per definizione il livello è il logaritmo del rapporto tra una grandezza data e una di riferimento della stessa specie. La grandezza di riferimento rimane sempre invariata. Il termine livello stesso indica che è utilizzata una scala logaritmica e che la misura è il decibel (dB).
L’adozione delle scale logaritmiche e l’utilizzo dei livelli è adottato quando la gamma di grandezze da misurare impone una scala che avrebbe ampiezza enorme.
Il dB è il simbolo dell’unità di misura di un livello ed indica la relazione esistente tra 2 quantità proporzionali.
Potenza sonora: E’ l’indice di emissione d’energia acustica. Ove esista energia acustica e quindi potenzialmente forze, masse e superfici esiste la presenza di un lavoro effettuato da queste grandezze. In fisica perché possa esserci lavoro deve esserci potenza. La potenza sonora è una caratteristica intrinseca di una sorgente e di conseguenza è un dato invariabile di questa.
La potenza sonora indica la capacità della sorgente di emettere energia acustica. La potenza sonora è generalmente espressa in watt o in picowatt seconda l’equivalenza:
1 pW = 10-12 W
Di per se la potenza sonora di una sorgente non sarebbe neppure misurabile, ma soltanto calcolabile a seguito di rilevazioni effettuate con strumentazioni particolari e in condizioni particolari. Per quale motivo è più opportuno operare con la potenza sonora e non con la pressione se si considera che la potenza è un dato calcolabile da valori di pressione?
La potenza sonora è un dato invariante della sorgente; una volta determinata è utilizzabile in qualunque situazione, mentre al contrario la pressione sonora varia con la distanza dalla sorgente e con le caratteristiche fonoriflettenti dell’ambiente.
Livello di pressione sonora in funzione della direzione – sorgenti direzionali: Le sorgenti presentano emissioni sonore più consistenti verso alcune direzioni piuttosto che da altre. Le sorgenti direzionali presentano 2 caratteristiche fondamentali:
– quando la lunghezza d’onda del suono emesso è molto elevata in confronto alle dimensioni della sorgente, il suono è irradiato uniformemente in tutte le direzioni, cioè la sorgente non è direzionale;
– quando la lunghezza d’onda è piccola rispetto alle dimensioni della sorgente, il suono emesso dalla superficie della sorgente tende a essere confinato entro un fascio relativamente ristretto. Più la frequenza è alta, più il fascio è stretto;
Livello di pressione sonora in funzione della distanza da una sorgente: Se il suono è emesso da una sorgente puntiforme in un’atmosfera omogenea e indisturbata, lontano da ogni superficie riflettente o assorbente, il suono si irradia sotto forma di onde sferiche. La pressione sonora delle onde sferiche diminuisce in modo inversamente proporzionale alla distanza della sorgente. Il livello di pressione sonora diminuisce di 6 dB ogni volta che si raddoppia la distanza dalla sorgente. Per calcoli rapidi a grandi distanze si può dire che il rumore diminuisce di 20 dB ogni volta che si riduce la distanza di un fattore 10.
Livello di pressione sonora in funzione della distanza dalla sorgente quando è nota la potenza sonora: Se il suono è irradiato da una sorgente in modo eguale in tutte le direzioni in uno spazio libero, allora la relazione tra Livello di Pressione e Livello di Potenza sonora è espresso dalla relazione:
Lp = Lw – 20 log r – 10.9 + C
La formula vale esclusivamente quando la divergenza è in campo libero.
Livelli sonori ponderati: l’orecchio umano non è sensibile in ugual misura a tutte le frequenze. Per questo motivo 2 livelli di pressioni sonora identici possono essere giudicati in maniera differente per il disturbo che provocano. Può darsi che quello giudicato più fastidioso contenga al suo interno una pressione sonora più consistente a frequenze in cui l’orecchio è più sensibile. Il fonometro che è lo strumento designato ad effettuare misurazioni di pressione sonora (ovvero misura la pressione che le molecole d’aria esercitano su un timpano), contiene al suo interno la possibilità di effettuare misurazioni introducendo curve di peso in frequenza, ovvero è capace di ponderare i segnali. I fonometri sono stati dotati di 3 curve di ponderazione. Prenderemo in considerazione solo la curva di ponderazione “A” che rappresenta la simulazione dell’orecchio umano.
Livelli di banda d’ottava: I livelli di banda d’ottava sono misurabili attraverso il fonometro mediante l’impiego di analizzatori di spettro in essi intergrati. L’analizzatore di spettro più comune divide il campo sonoro udibile in bande larghe 1/8, ovvero un’ottava è un intervallo di frequenza tra 2 suoni il cui rapporto tra le frequenze è 2 (per esempio 707 e 1414)
16 32 63 125 250 500 1K 2K 4K 8K 16K
Livelli di un terzo di banda d’ottava: Vengono utilizzati per ottenere informazioni più dettagliate rispetto a un’analisi effettuata per banda d’ottava.
Combinazione di livelli: Spesso è necessario effettuare combinazioni di livello, come per esempio:
– Calcolare il livello sonoro risultante dalla combinazione di sorgenti di rumore;
– Determinare il livello sonoro risultante da una sorgente e da un rumore di fondo;
– Calcolare il livello sonoro globale a partire dai livelli di banda d’ottava (o di banda di 1/3 d’ottava);
– Calcolare il livello sonoro ponderato “A” a partire da uno spettro di bandad’ottava;
– Combinare il livello di potenza sonora di 2 o più sorgenti di suono;
– Calcolare la potenza sonora ponderata “A” conoscendo i livelli di potenza sonora per banda d’ottava;
Onde sonore in campo libero
Campo libero: il campo libero è uno spazio atmosferico in cui il suono si propaga attraverso il proprio mezzo senza subire riflessioni, rifrazioni, assorbimenti e diffusioni e non è soggetto a fenomeni di risonanza. Tutti questi sono rischi che corre un raggio sonoro che lascia la propria sorgente. Nel campo libero il suono si propaga in modo sferico.
Se ci si trova in campo libero e la sorgente è punti forme , il modello di propagazione è quello ad onde sferiche e la relazione tra pressione e potenza sonora risulta essere:
Lp = Lw – 10 log S = Lw – 10 log 4?r2 = Lw – 20 log r – 11;
Effetti dovuti alla presenza di un piano riflettente: l’abbattimento acustico legato alla distanza si riduce notevolmente quando si smette di parlare di sorgente puntiforme emittente in campo libero e si parla di sorgente puntiforme appoggiata a un piano riflettente (per ex. Il pavimento).
Il suono può raggiungere il ricevente passando attraverso 2 vie: la prima è il cosiddetto campo diretto, il secondo è il cosiddetto campo riverberato (o diffuso), ovvero la sorgente raggiunge il ricevente dopo aver rimbalzato sulla pavimentazione riflettente. L’entità del rumore che investe la sorgente è la somma del livello che percorre direttamente la distanza tra S e R e il livello che restituisce il piano P. L’entità della correzione dipende dalla distanza tra S e R e tra P e R. Tali distanze vanno poi confrontate con la lunghezza d’onda .
Barriere: Una barriera (naturale o artificiale) è un qualsiasi corpo solido più o meno opaco alla trasmissione sonora, che impedisce la vista in linea retta tra sorgente e ricevente, per esempio recinzioni, muri, case e terrapieni. Si ha una barriera anche dove cambia il livello del terreno. Una barriera è in grado di attenuare più consistentemente le alte frequenze delle basse, pertanto è un grado di cambiare l’andamento dello spettro. E’ improbabile che una barriera in campo libero possa superare i 15 dB(A) Leq. di attenuazione.
Calcolo di una barriera secondo il metodo di Fresnel.
Note le l di tutte le f, si calcola il numero di Fresnel:
N = 2/l (d1 + d2 – d) dove d1 e d2 sono rispettivamente le distanze tra sorgente e vertice della barriera e tra vertice della barriera e ricevente.
La vegetazione ha effetti molto poco fonoschermanti ed hanno attenuazioni molto contenute:
– 0 dB tra 31 e 500 Hz;
– 5 dB tra 500 e 1000 Hz
– 7 dB tra 2000 e 16000 Hz
E’ ovvio che in un calcolo dell’attenuazione è possibile tenere tranquillamente conto dell’attenuazione di 5 e 7 dB(A), in quanto possono diventare determinanti per le grandi sorgenti.
Attenuazione dovuta all’assorbimento atmosferico: Quando il suono si propaga attraverso l’atmosfera, la sua energia è progressivamente convertita in calore (cioè il suono è assorbito) da un insieme di processi molecolari, che si svolgono nell’aria che veicola il suono definito “assorbimento atmosferico”. L’attenuazione acustica dovuta all’assorbimento atmosferico durante la propagazione su una distanza di d metri è data da:
Rw = a*d/100
Dove a è il coefficiente di attenuazione atmosferica espresso in dB ogni 100 m.
Effetti del vento e della temperatura: Le condizioni atmosferiche e in particolare vento e temperatura, costituiscono di solito un importante fattore d’influenza sulla propagazione del suono vicino al terreno per distanze orizzontali maggiori di 50 m su aree aperte pianeggianti. L’effetto principale è la diffrazione (un cambiamento della direzione delle onde sonore), prodotta da gradienti verticali.
Durante il giorno la temperatura di solito diminuisce con l’aumentare dell’altezzadal suolo, una condizione nota come gradiente termico atmosferico.
In presenza delle seguenti condizioni atmosferiche il suono si comporta in maniera diversa:
– Pioggia: il comportamento delle onde sonore (dal punto di vista della loro trasmissibilità) non viene alterato in maniera consistente dalla pioggia. Ciò che viene inficiata è la misura fonometrica, in quanto il precipitare di reflui meteorici è rumoroso, inoltre le strade bagnate aumentano il rumore di fondo causato ad esempio dal traffico veicolare.
– Nebbia: il comportamento delle onde sonore cambia in maniera consistente a causa del peso molecolare dell’aria che diventa in alcuni casi ( con nebbia molto fitta) anche di 4 volte superiore a causa della presenza di parcelle d’acqua tra le molecole d’aria. Per muovere la stessa quantità d’aria a la sorgente deve spendere più energia.
– Neve: il comportamento delle onde sonore non cambia in maniera significativa, ciò che cambia sono le superfici immediatamente adiacenti alla sorgente o quelle che dividono la sorgente da un recettore sensibile, che a causa dell’enorme coefficiente di assorbimento che assumono (data la grande porosità della neve), assorbono una grande quantità di rumore incidente, che non viene più restituito all’ambiente.
– Grande caldo: il grande caldo non afoso, ha la grande proprietà di diminuire la densità dell’aria e ovviamente di ridurne il peso. In tale circostanza la sorgente mette in vibrazione con maggiore facilità le molecole d’aria, percorrendo in alcuni casi anche distanze maggiori rispetto a quelle in condizioni normali anche del 30%. L’afa in teoria dovrebbe prevedere condizioni di umidità molto elevate (quindi con una grande quantità di molecole d’acqua tra le molecole d’aria), rendendo comunque l’atmosfera molto pesante.
Onde in ambienti chiusi
Sulle superfici di delimitazione di una sorgente sonora, una parte dell’energiasonora incidente emessa da questa viene riflessa, una parte viene assorbita e una parte viene trasmessa oltre le superfici stesse.
Abbiamo visto che la pressione sonora e la potenza sonora negli ambienti aperti sono in relazione attraverso la: Lp = Lw – 20 log r – 11
dove 11 = 20 log 4 p
Se la sorgente è in un ambiente delimitato da pareti queste riflettono in misura maggiore o minore le onde sonore, cosicché le pressioni sonore sono differenti da come sarebbero in campo libero. Le onde sonore si propagano con direzione caotica (incidenza diffusa). La realazione tra la potenza sonora e la pressione sonora diventa:
Lp = Lw-10log(Q/4pr²+4/R), dove Q/4pr² è il campo diretto e 4/R è il campo riverberato.
R= (axS)/(1-a)
Assorbimento sonoro dei materiali; coefficiente di assorbimento sonoro: La parte d’energia acustica assorbita quando le onde sonore colpiscono una superficie, si definisce coefficiente di assorbimento sonoro. Il coefficiente di assorbimento di un materiale dipende dal materiale e dalla frequenza del suono che colpisce la superficie del materiale stesso. IL coefficiente d’assorbimento è una grandezza(numero) adimensionale, che può variare tra 0 e 1. Un coefficiente d’assorbimento di 0.00 indica che il materiale offre lo 0% di assorbimento; un coefficiente pari a 1 indica invece un assorbimento perfetto, ovvero si ha il 100% di assorbimento.
L’assorbimento sonoro di una stanza si calcola moltiplicando l’area di ognisuperficie Si della stanza stessa per il relativo coefficiente di assorbimento a1e considerando la somma di tali prodotti:
Misurando il tempo di riverbero è possibile risalire all’assorbimento totale del locale, attraverso la formula: T = 0.16 (V/A), dove V = volume del locale e A =a*S o sommatorie di tutte le a*S.
L’assorbimento totale ha un’unità di misura che si chiama Sabin. Normalmente è utilizzato il Sabin Metrico. Il Sabin metrico è l’equivalente, in termini diassorbimento sonoro, di un metro quadrato di superficie perfettamente assorbente.
Per ex. Una superficie S di 10 m2 con un coefficiente di assorbimento sonoro 
= 0.65 presenta un assorbimento totale di 6.5 Sabin metrici.
Riflessioni multiple in una stanza: Quando una sorgente comincia a emettere un suono, tutte le pareti della stanza si riempiono di onde sonore riflesse che si propagano in molte direzioni differenti tra loro. Tali onde riflesse:
– producono l’aumento del livello di pressione sonora entro l’ambiente chiuso, cioè il livello di pressione sonora ottenuto combinando il suono diretto con quello riflesso è molto più alto del livello sonoro proveniente direttamente dalla sorgente;
Questo si verifica in quanto mentre la sorgente sonora sta irradiando la stanza si riempie di onde riflesse. Se la sorgente si spegne in un dato momento, le onde riflesse continuano a riflettersi in avanti e indietro tra le superfici della stanza. Per ogni successiva riflessione viene assorbita una parte di energia acustica da parte delle pareti di delimitazione della stanza e da parte degli oggetti in essa contenuti. In questo modo il livello di riflessione sonora diminuisce gradualmente nella stanza.
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