3 dicembre 2007 Proprietà acustiche dei materiali 1

Caratteristiche acustiche dei materialiCaratteristiche acustiche dei materiali

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Interazione del suono con la materia

• Bilancio di energia sonora che incide su una parete.

• Il bilancio energetico dell’energia sonora incidente su di una parete ci permette di capire quali fenomeni interagiscono nella propagazione del suono attraverso un ostacolo.

• Si trascurano gli effetti di diffrazione che si hanno quando la parete ha misure confrontabili con λ/4 dell’onda incidente.

a + t + r =1

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Materiali: fonoisolanti & fonoassorbentiMateriali: fonoisolanti & fonoassorbenti

Esiste una sostanziale differenza tra un materiale fonoisolante ed uno fonoassorbente:

Materiale fonoisolante:

Con caratteristiche tali da minimizzare la potenza sonora trasmessa “Wt”.

Materiale fonoassorbente:

Con caratteristiche tali da minimizzare la potenza sonora riflessa “Wr”.

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Materiali fonoisolanti: generalità (1)Materiali fonoisolanti: generalità (1)

Considerando un’onda incidente su un pannello si definisce:

• coefficiente di trasmissione:

come il rapporto tra la potenza sonora trasmessa Wt e quella incidente Wo.

Il potere fonoisolante “R” del pannello a cui è associato un coefficiente di trasmissione t risulta:

• potere fonoisolante: (dB)

Wo

Wtt

t

R1

log10 10

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Materiali fonoisolanti: generalità (2)Materiali fonoisolanti: generalità (2)

Si possono individuare quatto diverse regioni:

• Regione governata dalla rigidità del pannello, R cala di 6 dB/ottava.

• Regione di risonanza (frequenze naturali di risonanza proprie del pannello).

• Regione governata dalla massa del pannello, R cresce di 6 dB/ottava.

• Regione di coincidenza (l’effetto della coincidenza riduce il potere di fonoisolamento del pannello).

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La Legge di Massa

)pratica(0.44flg20R

)teorica(5.42flg20R

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Potere Fonoisolante (Sound Reduction Index)• Il Potere Fonoisolante (R) è definito come:

• Se indichiamo con L1 ed L2, vedi figura, i livelli nell'ambiente dove è presente la sorgente e nell'ambiente contiguo, con S la superficie del tramezzo divisorio, allora si può scrivere, a regime stazionario, il seguente bilancio energetico:

•

• cioè che la potenza trasmessa dall’ambiente 1 contenente la sorgente sonora (I1St) sia pari alla potenza sonora assorbita dalle pareti presenti nell’ambiente 2. Infine si ottiene la relazione:

110R Log

t

1 21 1

n

i iI St I a S

1 2R= L 10i i

SL Log

a S

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Indice di Valutazione del Potere Fonoisolante • La curva di riferimento viene fatta scendere, a passi di 1 dB, sinché

la somma degli scarti sfavorevoli risulta inferiore a 32

• A questo punto il valore dell’indice di valutazione, Rw’, si legge sulla curva di riferimento “posizionata” alla frequenza di 500 Hz.

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Fonoassorbimento = poca riflessione • Considerando una superficie riflettente di grandi

dimensioni rispetto all’onda sonora, la riflessione del suono segue le stesse leggi fisiche della riflessione della luce (Legge di Snell).

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Materiali fonoassorbenti: generalità (1)Materiali fonoassorbenti: generalità (1)

Quando la sorgente del disturbo si trova nello stesso locale in cui è l’ascoltatore, si potrà diminuire il livello sonoro totale (campo diretto più campo riflesso) principalmente in tre modi:

• riducendo la potenza sonora della sorgente,

• allontanando l’ascoltatore dalla sorgente ( > r),

• riducendo l’energia riflessa dalle pareti di confine. Questo risultato viene conseguito aumentando l’area equivalente di assorbimento acustico delle superfici esposte al campo acustico ( > A).

 Si ricorda che l’area equivalente di assorbimento acustico A vale:

• A = i Si ( m2 )

dove Si ed i sono rispettivamente l’area ed il coefficiente di assorbimento acustico apparente della porzione “i-esima” della superficie che delimita l’ambiente.

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Materiali fonoassorbenti: generalità (2)Materiali fonoassorbenti: generalità (2)

Nell’ipotesi di campo acustico riverberante, il valore dell’attenuazione del livello sonoro “DL” conseguente alla installazione di materiale fonoassorbente sulle pareti di confine risulta:

• DL (f) = 10 log (A2/ A1) (dB)

dove 1 e 2 indicano i valori prima e dopo il trattamento acustico delle pareti.

In funzione del diverso comportamento acustico al variare della frequenza i materiali fonoassorbenti sono in genere classificati in:

a) materiali porosi,

b) risuonatori acustici,

c) pannelli vibranti,

d) sistemi misti.

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Materiali fonoassorbenti: materiali porosi (1)Materiali fonoassorbenti: materiali porosi (1)Comportamento

L’assorbimento acustico è determinato dalla conversione in calore dell’energia meccanica trasportata dall’onda incidente attraverso fenomeni di attrito che si sviluppano all'interno delle cavità che caratterizzano questi materiali.

L’assorbimento acustico dipende da:

• lunghezza d’onda del suono incidente,

• rapporto tra il volume dei vuoti e quello totale,

• spessore del materiale

Osservazioni

il valore di aumenta con la frequenza, con il valore del rapporto densità apparente-densità reale, con lo spessore dello strato di materiale (basse frequenze)

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Materiali fonoassorbenti: materiali porosi (2)Materiali fonoassorbenti: materiali porosi (2)

• Il valore di aumenta con la frequenza, con lo spessore dello strato di materiale (basse frequenze)

• Le modalità di installazione influenzano la curva di assorbimento acustico. In vicinanza della parete si forma un’onda stazionaria che presenta valore nullo della velocità acustica in corrispondenza alla parete stessa e valore massimo a /4.

velocità max max dissipazione della energia sonora in calore max assorbimento acustico.

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Materiali fonoassorbenti: risuonatori acustici (1)Materiali fonoassorbenti: risuonatori acustici (1)Comportamento

Un risuonatore acustico può essere schematizzato come una cavità comunicante con l’esterno attraverso un foro praticato su di una parete non troppo sottile, che prende il nome di “collo del risuonatore”.

Quando un’onda sonora colpisce l’ingresso del risuonatore, se le dimensioni della cavità sono abbastanza piccole rispetto al valore della lunghezza d’onda e se le dimensioni del collo sono piccole rispetto a quelle della cavità, l’aria in esso contenuta si comporta come un pistone oscillante, mentre quella contenuta nella cavità costituisce l’elemento elastico del sistema.

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Materiali fonoassorbenti: risuonatori acustici (2)Materiali fonoassorbenti: risuonatori acustici (2)

La frequenza di risonanza del risuonatore risulta: Hz

rlV

rcf

22

20

0

Dove c0 è la velocità di propagazione del suono nel mezzo (m/s), r e l il raggio e la lunghezza del collo del risuonatore (m), V il volume della cavità (m3).

Si consideri un suono incidente:

• se f f0 la velocità delle particelle d’aria contenute nel collo assume valori particolarmente elevati e l’effetto dei fenomeni dissipativi raggiunge il suo massimo con conseguente assorbimento della energia sonora.

• se f f0 l’onda sonora non esercita nessuna influenza sul risuonatore che risulta pertanto un assorbitore fortemente selettivo

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Materiali fonoassorbenti: pannelli vibrantiMateriali fonoassorbenti: pannelli vibrantiComportamento

Sono costituiti da pannelli rigidi piani, disposti parallelamente e ad una certa distanza dalla parete. Il sistema può essere assimilato ad una massa oscillante (il pannello) accoppiata ad un elemento elastico dotato di un certo smorzamento (l’aria racchiusa nella intercapedine).

La frequenza di risonanza del pannello vibrante risulta:

)(

600 d

f

dove è la densità superficiale del pannello (Kg/m2) e d la distanza del pannello dalla parete (m).

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Materiali fonoassorbenti: sistemi mistiMateriali fonoassorbenti: sistemi misti

Comportamento

Solitamente un sistema misto è costituito da lastre rigide (metallo, legno, gesso, ecc.) sulla cui superficie vengono praticati fori di diversa forma e dimensione, fissate ad una certa distanza dalla parete.

L’intercapedine, che costituisce la cavità di una molteplicità di risuonatori tra loro comunicanti, può essere o no riempita con materiale poroso.