ASSORBIMENTO, RIFLESSIONE E TRASMISSIONE DEL SUONO

Prof.Ing. Antonio Gagliano - Tecnica del Controllo Ambientale

ASSORBIMENTO, RIFLESSIONE E TRASMISSIONE DEL SUONO

Wi = Wa + Wr + Wt; → r + a + t =1

r = coefficiente di riflessione= Wr/Wia = coefficiente d’assorbimento = Wa/Wit = coefficiente di trasmissione. Wt/Wi

ASSORBIMENTO, RIFLESSIONE E TRASMISSIONE DEL SUONO

Il coeff. di assorbimento acustico apparente considera oltre alla componente realmente assorbita anche quella trasmessa

α = 1 –r = a + t = 1 - Wr/Wi.

POTERE FONOISOLANTE

R = 10 log (1/t) = 10 log (Wi/Wt)

Significato fisico diverso : α rappresenta le caratteristiche fonoassorbenti di un materiale, R le caratteristiche fonoisolanti

Il potere fonoisolante fornisce “l'abbattimento” in dB che il suono subisce passando attraverso una parete.

ASSORBIMENTO, RIFLESSIONE E TRASMISSIONE DEL SUONO

Materiali Fonoassorbenti : di norma sono leggeri, morbidi, con impedenza simile a quella dell'aria (il massimo assorbimento si ha quando l'impedenza dei due materiali è uguale); una finestra aperta ha assorbimento 1, (assorbimento ideale).Materiali Fonoisolanti : di norma sono materiali duri e pesanti (le onde sonore non riescono a deformarli) come per esempio una lastra di piombo.Un materiale fonoassorbente produce un ambiente che assorbe meglio ma che potrebbe trasmettere all’esterno più rumore.

POTERE FONOISOLANTE

Il potere fonoisolante dipende : dalla frequenza, dalle proprietà fisiche, dalle dimensioni e dalle condizioni di vincolo della parete.

I pannelli in funzione del collegamento dei bordi delle strutture hanno una serie di frequenze naturali di vibrazione.

Nella zona delle frequenze naturali di risonanza il valore di R oscilla in maniera irregolare con picchi e valli, mantenendo comunque valori bassi.

( ) ( ) dBfR 5,42log20log20 −+= σ Legge di massa

POTERE FONOISOLANTEFrequenza naturale di risonanza del sistema funzione della massa superficiale e della sua costante elastica.

( )2 22

2

12 121ris

E h i jfa bπ π

π ρ ν

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞= +⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟− ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

E = modulo di elasticitàν = coefficiente di Poisson;h = spessore; a = larghezza; b = altezza r = densità;i, j = numeri interi per il calcolo delle frequenze di ordine superiore

POTERE FONOISOLANTE

Effetto di rigidità (f< fris): la trasmissione sonora dipende dalla rigidezza della struttura ; gli effetti dello smorzamento e della massa sono poco importanti.

Riduzione di 6 dB per ogni raddoppio della frequenza

POTERE FONOISOLANTElegge della massa : fris < f < fcoinc

Aumento di 6 dB per ogni raddoppio della frequenza; il comportamento della struttura è indipendente dalla sua rigidezza.

m = massa superficiale [Kg/m2];θi = angolo di incidenzaf = frequenza

2cos10 m f iR Logc

π θρ

⎡ ⎤⎛ ⎞= ⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

incidenza normale (θi =0)5.42)(200 −= mfLogRper suono perfettamente diffuso

per suono mediamente diffuso

( ) dBRseRRRpd 1523,0log10 >⋅−=

dBRRmd 5−=

POTERE FONOISOLANTE

Parete di cemento ρ=2400 kg/m3; s = 10 cm

Effetto di coincidenzaLa legge della massa è limitata superiormente dal fenomeno della coincidenza

λa

nα

λf α

i

Le onde sonore che incidono su una parete sottile originano nella parete un’onda flessionale forzata di lunghezza λf pari alla lunghezza d’onda di traccia dell’onda sonora incidente

λf = (λα /senα)

Frequenza di coincidenza fc: l’onda generata (flessionale) ha velocità pari alla velocità del suono; la parete risulta “trasparente” all’onda incidente.

Effetto di coincidenzaAlla frequenza di coincidenza l’onda di pressione acustica viene accompagnata nel suo movimento di compressione e rarefazione dall’onda flessionale sulla struttura e viene reirradiata dalla parte opposta della parete senza subire attenuazioni.La frequenza più bassa per cui si verifica il fenomeno della coincidenza si ottiene per θ =90°

( )Es

cfc

22 13 νρπ

−=

c = velocità del suono in aria, m/sρ = densità del materiale, kg/m3σ2 = coefficiente di Poisson (adimensionale)E = Modulo di elasticità del materiale (Modulo di Young), N/m2s = spessore della parete,

Effetto di coincidenza

63050Cemento

200013Compensato

315013Cartongesso

48003Vetro

Frequenza CriticaSpessore (mm)Materiale

frequenza critica di alcuni materiali da costruzione

Frequenza di coincidenza aumenta al diminuire dello spessore Impiego di vetro camera, fatto da due lastre di diverso spessore (con diversa frequenza di coincidenza) separate da uno strato d'aria che fa da cuscinetto elastico smorzante. Al di sopra della frequenza critica il potere fonoisolante torna ad aumentare con una pendenza di 9 dB per ogni raddoppio della frequenza.

PARETI DOPPIE

Il potere fonoisolante della parete doppia RT si determina in funzione dei poteri fonoisolanti R1 ed R2 dei due strati costituenti la parete doppia, tra i quali non vi deve essere alcun collegamento strutturale, con intercapedine di spessore “d” riempita di materiale fonoassorbente,

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛++=

'4

log20 021 s

cfRRR

ρπ

s’ = rigidezza dinamica N/m3

dc

s2

0'ρ

= dcfπ2

≤

cfs 02' ρπ=d

cfπ2

>

PARETI COMPOSTEL’isolamento delle pareti composte, è condizionato pesantemente dal potere fonoisolante della struttura “peggiore”; porte e finestre mal progettate possono ridurre significativamente il potere fonoisolante complessivo.

Quest’ultimo è infatti dato da

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅−= ∑

−

i

R

im

i

SS

R 10101log10

S = Superficie totaleSi = Superficie i-esima che compone la superficie totaleRi = Potere fonoisolante della superficie i-esima

DATI:21 7mST =

21 5mSd =

31 5 0 0mk g

=ρ

md 2,0=22mSf =

)(3 0 d i f f u s ai n c i d e n z ad BR =

ST

Sf

Sd

dBfRd 675,42)10log(20)300log(205,42)log(20)log(20 3 =−+=−+= σ

( ) dBSS

Ri

R

iT

m

i

2,391021015171log10101log10 37,610 =⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ ⋅+⋅−=

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅−= −−−

∑

23002,01500

mkgd =⋅=⋅= ρσ

Isolamento acustico per via aerea

Il controllo dei requisiti acustici dei locai è uno dei requisiti che concorrono al mantenimento dell’equilibrio omeostatico dell’uomo ed in particolare al soddisfacimento dell’esigenza del benessere uditivo.I rumori, di origine interna o esterna ad un edificio, si trasmettono attraverso le strutture di separazione per via aerea o per via strutturale

Misure di isolamento acustico ISO 140/III: determinazione dell’isolamento acustico di edifici e di elementi di edificio – misura in laboratorio del potere fonoisolante

Le camere di prova del laboratorio vengono costruite prestando la massima attenzione ad evitare ogni possibile fuga, in modo che durante il test tutta l’energia raggiunga la camera ricevente esclusivamente attraverso la parete di prova.La fonte di suono emette rumore in banda larga filtrato in terzi d’ottava, ad esempio il rumore rosa si addice a tale operazione perché usando i filtri in terzi d’ottava l’energia trasmessa rimane costante

Potere fonoisolanteIn condizioni di regime la potenza acustica, Winc, incidente sulla parete divisoria Wtras (potenza sonora trasmessa) deve essere uguale Wass (potenza sonora assorbita) nell’ambiente disturbato

R : potere fonoisolante della parete in provaL1 : livello medio di pressione sonora nell’ambiente disturbante (dB)L2 : livello medio di pressione sonora nell’ambiente ricevente (dB)A : area equivalente di assorbimento acustico (m2)Sd : superficie del campione in prova (m2)

2

22

22 A

cpS

cpW eff

teff

ass ρα

ρ==

22

2

21

2

1 log10log10AS

pp

WWR d==

ASLogLLR d1021 +−=

Potere fonoisolanteL’assorbimento totale dell’ambiente (A = ST*α) viene determinato attraverso misure del tempo di riverberazione T60 nell’ambiente disturbato (ad ogni frequenza

AVT 16.060 =

6016.0

TVA =

VTSLogLLR d

16.010 60

21 +−=

Indice del potere fonoisolante Rw Norma ISO 717/1-2-3Si utilizza la curva normalizzata con frequenze vanno da 100Hz a 3150Hz in intervalli di terzi di ottava; . alle basse frequenze la pendenza è di 3dB per ottava che passa a 1dB per ottava alle medie e si annulla alle alte

2)(

1 ≤−∑

=

N

RRn

i

isperrif

N= numero di valori,n= numero di punti per i quali la curva normalizzata è sopra a quella sperimentale

La media degli scostamenti sfavorevoli calcolati sull’intera banda di frequenza, rispetto alla curva sperimentale, diviso il numero totale delle bande di frequenza, sia inferiore o uguale a 2 dB

Potere fonoisolanteParete in laterizio sp. 12 cm, intonacata su un lato

40 Rw(dB)Potere fonoisolante

144 Kg/m2Massa superficiale

13,5 cmSpessore parete

Potere fonoisolante

55 Rw(dB)Potere fonoisolante

169 Kg/m2Massa superficiale

17,5 cmSpessore parete

Parete in laterizio sp. 12 cm, intonacata su un lato e rivestita sull'altro con pannelli Celenit N (lana di legno di abete legata con cemento Portland) sp. 25 mm e intonaco cartongesso

Potere fonoisolante apparente R’ Per le misure in situ si utilizza il potere fonoisolante apparente R’, l’apice indica una grandezza usata nelle misure in opera

Wi= potenza sonora incidente su parete di prova,W1= potenza sonora trasmessa attraverso la parete di prova,W2= potenza sonora trasmessa da elementi laterali o da altri componenti

Potere fonoisolante

Le pareti esterne doppie, con laterizi di spessore diverso esterno-interno, assicurano un indice di valutazione del potere fonoisolante superiore ai 56-57 dB.A fronte di un potere fonoisolante elevato della parte opaca di una parete di facciata ci sono gli altri elementi costituenti che hanno invece un potere fonoisolante nettamente inferiore

Vetrate semplici

4490Antiproiettile 10/8/10/8

4266Antiproiettile 8/10/8

3945Antiproiettile 5/8/5

3625Stratificato 10/11

3421Stratificato 8/9

32,516Stratificato 6/7

3330Vetro camera 6+int.+6

3220Vetro camera 4+int.+4

3430Cristallo 12mm.

3325Cristallo 10mm.

3220Cristallo 8mm.

3015Cristallo 6mm.

28,512,5Cristallo 5mm.

27,510Cristallo 4mm.

267,5Cristallo 3mm.

INDICE ISO-dBMASSA-kg/m2TIPO VETRATURA

Rw = 12 log m’ + 17 (dB)

m’ = massa superficiale del vetro (kg/m2)

Vetrate semplici

Partizioni interne composte

I valori di RW determinati per una parete omogenea possono essere utilizzati per determinare il valore di R’w di una parete composta da più elementi.

Parete costituita da: parte opaca di superficie S1 e potere fonoisolante R1w dell’infisso di superficie S2 e potere fonoisolante R2w, piccoli elementi con indice di valutazione dell’isolamento acustico Dnw

Si intende per piccolo elemento quello avente superficie < 1 m2 , ad es. bocchetta di ventilazione, presa d’aria, ecc., (ISO 140-10).L ’indice di valutazione del potere fonoisolante apparente R’w si calcola con la relazione

A0 = 10 m2

Misura in opera dell’isolamento acustico per via aerea tra ambienti interni”

La norma ISO 140/IV definisce la Differenza standardizzata dei livelli DnT.

DnT = Differenza standardizzata dei livelli T = tempo di riverberazione misurato nella camera ricevente0,5= valore di riferimento del tempo di riverberazione

Misura in opera dell’isolamento acustico per via aerea di elementi di facciate e facciate (Norma ISO 140/V)

Il DPCM 5.12.97 stabilisce che le prestazioni d’isolamento acustico delle facciate vengano rilevate in opera secondo la norma UNI 107008-2 misurando l’isolamento acustico di facciata standardizzato D2m,nT

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+−=

5.01022,1,2

TLOGLLD mnTm

L1,2m= livello esterno di pressione sonora rilevato a 2 metri dalla facciata, prodotto dal rumore del traffico o da un altoparlante con incidenza 45°,L2 = livello di pressione sonora medio nell’ambiente ricevente, valutato a partire dai livelli misurati nello stesso ambiente :T= tempo di riverberazione dell’ ambiente ricevente.

Isolamento acustico di facciatastandardizzato

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛= ∑

=

n

i

iL

nLOGL

1

102 10110 Li = misure di livelli di pressione sonora per banda di 3/8

n = numero di misurazioni da effetuare ; n > 1/10 del volume dell’ambiente; nmin =5

Metodologia di calcolo dell’isolamento acustico standardizzato di facciata

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+∆+=

STVLfsRnTmD06

log10',2

R’ = Potere fonoisolante apparente di facciata (dB)∆Lfs = Differenza di livello per forma della facciata (dB)V = Volume dell'ambiente ricevente (m3); T0 = Tempo d riverberazione di riferimento (0,5 s)S = Superficie della facciata vista dall'interno (m2)

Ri = Potere fonoisolante degli elementi normali di facciata (dB)Dn,e,i = Isolamento acustico dei piccoli elementi di facciata (dB)S = Superficie della facciata vista dall'interno (m2)K = Correzione per trasmissione laterale di facciata (K = 2 per elementi pesanti con giunti rigidi; K = 0 per elementi non connessi) (dB)

Differenza di livello per forma della facciata

L1,2m = Livello equivalente di pressione sonora 2 metri davanti alla facciata (dB)L1,s = Livello equivalente di pressione sonora sul piano della facciata (dB)

Differenza di livello per forma della facciata

αw = coefficiente medio di assorbimento acustico delle superfici riflettenti del balcone o loggiah = altezza di vista della sorgente sonora

Livello del rumore di calpestioUn rumore di impatto ( rumore di calpestio, trascinamento,) su un pavimento trasmette il rumore in ambiente differenti rispetto a quelli dove è stato generato, perché le vibrazioni prodotte sulle strutture del fabbricato si propagano nell’intero edificio

L’attitudine dei solai ad attenuare il rumore di impatto vengono determinate utilizzando una macchina normalizzata da calpestio (costituita da 5 martelli in linea del peso di 0.5 Kg che cadono da un’altezza di 40 mm con ritmo di percussione medio di 10 colpi al secondo

Livello del rumore di calpestio: livello di pressione sonora misurato nell’ambiente disturbato quando sul solaio soprastante viene azionata la macchina normalizzata da calpestio

Livello di rumore da calpestio

Norma ISO 140/VI: definisce il livello di pressione sonora da impatto normalizzato Ln

2

02 log10

AALLn −=

Ln = livello di pressione sonora misurato nella camera disturbataA2 = area equivalente di assorbimento della camera disturbataA0 = area equivalente di assorbimento di riferimento (10 m2)L2 = livello di pressione sonora misurato nell’ambiente distrurbato ( si effettuano più misure in modo da determinare un valore medio)RT

VA 16.02 =

A differenza degli altri parametri più è basso il valore determinato migliori sono le prestazioni acustiche della strutture

Livello di pressione sonora da impatto normalizzato L’n Per tenere conto delle trasmissioni laterali la norma ISO 140/VII: definisce il livello di pressione sonora da impatto normalizzato L’n

L = Livello medio di pressione sonora nell'ambiente disturbato (dB)A = Assorbimento equivalente nell'ambiente disturbato (m2)A0 = Assorbimento equivalente di riferimento (10 m2)

livello di calpestio standardizzato

L = Livello medio di pressione sonora nell'ambiente disturbato (dB)T : tempo di riverbero della camera riceventeT0 : tempo di riverbero di riferimento (0,5 s)

Livello normalizzato di calpestio Lnw (dB).

La curva sperimentale va posta al disopra della curva di riferimento. Inizialmente si posiziona la curva di riferimento in odo tale che a 500 Hz si ottiene il valore di 40 dB, poi si fa salire a passi di 1 dB, finché il valore medio degli scostamenti sfavorevoli della curva sperimentale, rispetto a quella di riferimento, sia minore o uguale a 2dB. Per scarto sfavorevole si intende la differenza positiva, ad ogni banda di frequenza, fra i valori della curva di riferimento e quelli della curva sperimentale Il valore della curva di riferimento a 500 Hz rappresenta l’indice del livello di calpestio

Indice di valutazione del livello apparente di rumore da calpestio L’n,w

L’indice di valutazione relativo al solaio in opera, e viene calcolato considerando condizioni normalizzate di assorbimento dell’ambiente

Ln,w = Indice di valutazione del livello normalizzato di rumore da calpestio (dati sperimentali o di calcolo)K = Incremento del livello per trasmissione sonora laterale (dB)

L n,w = 164 - 35lg(m’) (dB) ,m‘ = massa superficiale del solaio nudo (kg/m2)

Livello apparente di rumore da calpestio L’n,w

Il fattore correttivo K viene ricavato dalla TAB. 1.

Indice di valutazione del livello del rumore di calpestio del solaio

Indice di valutazione del livello del rumore di calpestio del solaio, normalizzato rispetto al tempo di riverbero L’nT,w

V = volume del locale ricevente (m3)

Indice di valutazione del livello del rumore di calpestio del solaio

Per il pavimento galleggiante si calcola L’nT,w (pav) del complesso solaio - pavimento tramite la relazione:

Ln,w = Indice di valutazione del livello normalizzato di rumore da calpestio (dati sperimentali o di calcolo)∆Lw = indice di valutazione della riduzione dei rumori di calpestio riferito al pavimento galleggiante. (dB)K = Incremento del livello per trasmissione sonora laterale (dB)

La rifilatura dell’isolante non deve essere effettuata al livello del massetto di ripartizione ma al livello della pavimentazione finita prima della posa dello zoccolino battiscopa

Pavimento galleggianteIl pavimento galleggiante è posato sulla soletta portante per il tramite di un supporto resiliente che la isola anche dai rumori perimetrali. Questa struttura offre il vantaggio di fornire, oltre all'attenuazione ai rumori di calpestio, anche un incremento dell'isolamento dei i rumori aerei tra i due ambienti. I materiali più idonei all’impiego come sottofondi per pavimenti galleggianti sono in genere i materiali fibrosi, i materiali sintetici a struttura cellulare, i materiali elastici naturali, quali gomma o sughero, in lastre o conglomerati naturali. Per l’utilizzo di tali materiali è sufficiente una rigidità dinamica “s’ ” per unità di superficie non superiore a 100 MN/m3, Un buon materiale deve avere resilienza 30 < s’ < 60 MN/m3

Materiali ResilientiNel caso specifico di pavimenti galleggianti costituiti da uno strato di massetto in conglomerato cementizio su sottofondo resiliente, si può utilizzare la relazione:

0lg30

ffLw =∆

f = frequenza di analisif0 = frequenza di risonanza del sistema pavimento galleggiante - solaio (Hz)

s'i = rigidità dinamica superficiale dello strato i-mo

n = numero di strati sovrapposti.

Materiali ResilientiIl solaio nudo è costituito da 14 cm di cls armato con una superficie di 10 mq.

Il livello sottostante misurato è di 73,5 dB.

Sullo stesso solaio è stato posto un feltro in velo di vetro rivestito su una faccia con mescola bituminosa in superficie, finito con un film propilenico, spessore nominale 2,8 mm, e con rigidità dinamica di 11 MN/m3.