P. Calicchia 12 giugno 2008Pag. 1 Paola Calicchia [email protected] 36° Convegno...

P. Calicchia12 giugno 2008 Pag. 1

Paola [email protected]

36° Convegno NazionaleTorino, 10-12 giugno 2009

12 giugno 2009SESSIONE S5

Metrologia, misure acustiche e strumentazione

I PRINCIPII DELLA METROLOGIA SCIENTIFICA NELLE METODOLOGIE APPLICATE AI BENI CULTURALI:

ASPETTI CRITICI E PECULIARITA’

Paola Calicchia (1), Piero Tiano (2)

1) Centro di Responsabilità di Attività Scientifica di Primo Livello (ex Istituto di Acustica “O. M. Corbino”) IA-CNR, Roma

2) Istituto per la Conservazione e la Valorizzazione dei Beni Culturali ICVBC-CNR, Firenze

P. Calicchia12 giugno 2008SOMMARIO

Pag. 2

La validazione dell’algoritmo di calcolo

Il Patrimonio Culturale

La stima dell’incertezza di misura

La taratura del dispositivo

La riferibilità della misura

Caso studio: ACEADD, un approccio alla validazione del metodo

Il percorso Italiano in ambito normativo


IL CONTESTO

UNESCO World Heritage“The cultural heritage may be defined as the entire corpus of material signs - either artistic or symbolic - handed on by the past to each culture and, therefore, to the whole of humankind. As a constituent part of the affirmation

and enrichment of cultural identities, as a legacy belonging to all humankind, the cultural heritage gives each particular place its recognizable features and is the storehouse of human experience. The preservation and the

presentation of the cultural heritage are therefore a corner-stone of any cultural policy. “ 1972 2003

Convenzione sulla Protezione del Patrimonio Mondiale Culturale e Naturale dell’Umanità

trattato internazionale sottoscritto a Parigi nel 1972 dagli Stati membri delle Nazioni Unite

patrimonio culturale: un monumento, un gruppo di edifici o un sito di valore storico, estetico, archeologico, scientifico, etnologico o antropologico.

patrimonio naturale: siti di rilevanti caratteristiche fisiche, biologiche e geologiche, nonché l'habitat di specie animali e vegetali in pericolo e aree di particolare valore scientifico ed estetico.

Convenzione per la Salvaguardia del Patrimonio Culturale Immateriale

trattato internazionale sottoscritto a Parigi nel 2003 dagli Stati membri delle Nazioni Unite

patrimonio culturale immateriale: include “le prassi, le rappresentazioni, le espressioni, le conoscenze, il know-how come pure gli strumenti, gli oggetti, i manufatti e gli spazi culturali associati agli stessi – che le comunità, i gruppi e in alcuni casi gli individui riconoscono in quanto parte del loro patrimonio culturale”

Sulla base di un trattato internazionale l’UNESCO ha finora riconosciuto un totale di 878 siti (679 beni culturali, 174 naturali e 25 misti) presenti in 145 Paesi del mondo. Attualmente l'Italia è la nazione che detiene il maggior numero di siti inclusi nella lista dei patrimoni dell'umanità.

http://www.unesco.it/SitoFrancese/Patrimonio_mondialeF/Siti_Italiani/Siti_italiani.htm


IL PERCORSO DELL'ITALIA

la commissione confluisce nell’UNI diventando UNI Beni Culturali – NorMal

nasce la Commissione NorMal su iniziativa di CNR e ISCR

prime pubblicazioni di raccomandazioni NorMal

dal 1998 ad oggi – pubblicate 43 norme UNI

l’UNI presenta al CEN la richiesta di creazione di un Comitato Europeo

nasce il Comitato Tecnico CEN/TC 346 “Conservation of Cultural Property”

1977 anni ‘80 fine anni ‘90 2001 2004

Commissione NorMal

Commissione UNI Beni culturali –

NorMal

Comitato Tecnico CEN/TC 346

TC ISO DI COMPETENZANon esiste attualmente attività normativa sull'argomento

Settore di competenza limitato ai materiali lapidei

43 raccom. NorMal

NorMal

1977 24 GL

43 norme UNI emesse

UNI – NorMal

1998

5 WG

Presidenza e Segreteria UNI

12 norme in attesa di approvazione

CEN

2004

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ACEADD – ACOUSTIC ENERGY ABSORPTION DIAGNOSTIC DEVICE

ACEADD: è un dispositivo portatile per prove non distruttive dei distacchi negli affreschi basato sulla valutazione dell’ASSORBIMENTO DI ENERGIA ACUSTICA

MISURA IN RIFLESSIONE sorgente S e ricevitore M in CONFIGURAZIONE COASSIALE e INCIDENZA

NORMALE distanza di lavoro dalla superficie esaminata: circa 0,5m misura del coeff. di assorbimento mediante determinazione della funzione

trasferimento ( )a w = 1 - |HS(w)|2 ESTRAPOLAZIONE DIRETTA della risposta impulsiva hS(t) mediante

algoritmo del Cepstrum wide band SINE WAVE SWEEP 100Hz ÷ 15kHz fornisce mappe 2D e 3D di ASSORBIMENTO ACUSTICO e di TOPOGRAFIA

per la LOCALIZAZIONE e la CARATTERIZAZIONE dei distacchi

(G. B. Cannelli, P. Calicchia, US Patent US 6728661 27, European Patent EP 1190243B1")

(1)

(2)

(3) (4)

12 giugno 2009 Pag. 5

P. Calicchia

IL metodo ACEADD, realizzando misure in situ, fornisce agli operatori dati oggettivi supportando le seguenti azioni:

DIAGNOSI del grado di deterioramento dei dipinti murali;

VALUTAZIONE DEGLI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO basata sulla elaborazione di opportuni criteri di valutazione;

MONITORAGGIO dello stato dei distacchi mediante esami periodici.

Diverse tipologie di analisi sono realizzabili

ACEADD – IL METODO

40%60%

Casa Vasari, Firenze


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Il Cepstrum è definito come l’antitrasformata di Fourier del logaritmo naturale del Power Spectrum


IL METODO: estrazione della risposta impulsiva mediante algoritmo del Cepstrum

Algoritmo del Cepstrump(t) = pd(t)+pr(t) = pd(t)+kr pd(t)*h(t-t)

1) p(t) misura diretta della pressione

2) FFT P(w)=Pd(w) + Pr(w) = Pd(w)[1+ kr H(w) e-jwt]

3) ln|P(w)|2= ln[| Pd(w)|2 | 1+ kr H(w) e-jwt|2]4) ln [1+z] = z - z2/2 + z3/3 …..

con z<1 approssimazione al I ordine5) IFFT

C(t) = Cd(t)+ kr h(t-t)+ t.o.s.

6) Estrazione di h(t-t), mediante finestratura f(t-t) FFT H(w) = FFT [h(t-t)] = FFT [(1/ kr ) C(t) f(t-t)]7) da cui r(w) = (1/kr

2) |Pr(w) |2/|Pd(w) |2 = |H(w)|2 8) a(w)=1- |H(w)|2

Segnali, che appaiono sovrappostinella time history, sono facilmente

separabili nella traccia del Cepstrum

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+

Cd,m

(t) = Cg,g' + Csignal(t) + CS(t) + Cmic(t)

U [V] p [Pa] l [m] T [K] t [s]

e kr h(t-)= (s 2Q /s 1Q ) (L1/(L

1+c(T)t)) h(t-)

l [m] T [K] t [s]

1 2 3 4 5

6

IFFT [ln|Ud,m(w)|2]1

2 IFFT[ln g2 +ln g'2 ]

3 IFFT[ln |S(w)|2]

IFFT[ln |HS(w)|2] 4

5 IFFT[ln |Hmic(w)|2]

6 c(T)=331.6+0.6 T(°C) [m/s]

Cm(t) = C

d,m(t) + e k

r h(t-)

U [V] p [Pa]

LA RIFERIBILITÀPag. 8


s(t)=s'(t)±Dus [V]

segnale generato con DAC 16 bit,500kHz sampling rateDus = 65 mV abs acc

Ud,m(t)=U'±DU [V]

segnale misurato con microfono e acquisito con ADC 16 bit, 40kHz sampling rateDU = 360 mV abs acc

LA RIFERIBILITÀ

MicFreqResponse

MicCampione

ADC 16 bitOffsetAmpiezzaFrequenzaAbsolute Accuracy

DAC 16 bitAmpiezzaFrequenzaStabilitàAbsolute Accuracy

DMM

Sorgente

Freq Response


L1 [m]distanza tra sorgente e microfono misurata con rotella metrica

c(T)=331+0.6 T[°C] [m/s]

velocità del suono in aria, mediante misura della temperatura ambiente

2 L2 = c(T) t [s] [m] ritardo dell'onda riflessa

NTP

ADC 16 bit

Tempi e kr h(t-)= (s 2Q /s 1Q ) (L

1/(L

1+c(T)t)) h(t-)

Metro Termometro

Verifica della simmetria del diagramma di direttività

LA RIFERIBILITÀ


LA TARATURAPag. 11

… tipo di oggetto da sottoporre a prova:• Superfici con comportamento acustico

eterogeneo• senza una conoscenza a priori della risposta

all’impulso• con aree altamente riflettenti e aree altamente

assorbenti

… requisiti:•conoscere la risposta del sistema di misura sull’intero intervallo di possibili valori di assorbimento

1) Misura relativa ad un Reference Point opportunamente selezionato sulla stessa superficie (RF altamente riflettente);

2) Taratura, in laboratorio, del dispositivo mediante l’uso di materiali di riferimento (RM di caratteristiche diverse);

3) Confronto, in situ, con i dati ottenuti su un campione di riferimento noto;

4) Confronto dei dati ottenuti su campioni di riferimento con quelli ottenuti con altri metodi.


STIMA DELL’INCERTEZZA DI MISURA

Grandezza Stima Inc. relativa Note

Xi xi w(xi) w2(y) = S pi2 w2(xi)

= e (s 2Q /s 1Q ) 0,99 w( ) = 0,11eTipo A, stima mediante la misura del

rapporto di pressioni nelle due posizioni, 5

ripetizioni

kr = (L1/L

2)

= (L1/(L

1+c(T) t) 0,282

w(kr) ==[ w2(L1)+w2(L2)] 1/2

=2,5 E-2Tipo B

Cm(t) Cm w(Cm) = 0,06 Tipo A

h(t-t) == (1/ e kr) Cm(t) f(t-t) h w(h) = 0,13 w2(h) = w2( ) + e w2(kr) +w2(Cm)

e kr h(t-)= (s 2Q /s 1Q ) (L1/(L

1+c(T)t)) h(t-)

u(L1) [m] L1 [m] u(t) [s] t [s] u(T) [°C] T [°C]

0,0058 0,37 2,89E-05 2,73E-03 0,025 23

c(T) [m/s] L2 [m]

345,4 1,31E+00

kr w2(kr) w(kr) u(kr)

2,50E-02 23 0,0250 2,30E+01


VALIDAZIONE ALGORITMO DI CALCOLO

p(t)

Cep[p(t)]

Wind[C(t)]

FFT[Cw(t)]

a[H(w)]

a(w)

h(t-t)


CONCLUSIONIPag. 14

Nell’ambito delle tecnologie applicate al Patrimonio Culturale vi è una forte richiesta di metodi di misura affidabili e condivisi dalla comunità degli operatori del restauro

I risultati e l’approccio metodologico, riportati in questa trattazione, costituiscono un punto di partenza importante per valutare la possibilità di intraprendere un percorso verso la standardizzazione del nuovo metodo diagnostico

Attraverso la presentazione di un caso studio, relativo al metodo diagnostico acustico ACEADD per la mappatura dei distacchi nei dipinti murali, sono stati discussi alcuni aspetti fondamentali nel rispetto dei principi della metrologia

I metodi di misura nel campo del Patrimonio Culturale devono affrontare problematiche particolari di tale tipologia di oggetti, e al contempo soddisfare requisiti di assicurazione della qualità dei risultati per giungere alla standardizzazione dei metodi

L’attività normativa nel settore della salvaguardia del Patrimonio Culturale è stata avviata solo recentemente, e il CEN/TC 346 è ancora giovane rispetto ad altri settori

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