ISO 13742-2:2010 Ia Edizione 15/5/2010

Acustica, Misura in situ delle proprietà di assorbimento acustico di superfici stradali

Parte 2: Metodo puntuale x superfici riflettenti

Preparato dalla Commissione Tecnica ISO/TC 43, Acustica, Sottocommissione SC1, Rumore

Introduzione

La Parte 2 della norma ISO 13742 specifica il test per misurare in situ il coefficiente di assorbimento acustico delle superfici stradali in funzione della frequenza di incidenza normale.

Il metodo è non invasivo ed è usato per qualificare le caratteristiche di basso assorbimento di superfici stradali.

La Parte 2 specifica il metodo in base alla propagazione di un segnale di prova da una sorgente verso la superficie stradale e il ritorno al ricevitore attraverso un tubo di impedenza(acustica). Tale tubo è coperto da un area di circa 0,008 mq e una frequenza di campo in bande di terzi di ottave da 250 a 1600 Hz.

Vincoli del metodo sono: l’uso per basso assorbimento in accordo a ISO 10844; il coefficiente di assorbimento oltre 0,15 (non essendo considerate riflettenti le superfici con valori sotto 0,10).

Si può considerare complementare alla Adrienne che non dà risultati accurati su pavimentazioni ad alto coeff di assorb.

Il metodo è complementare a quello esposto in Parte 1 di ISO 13742:2010 che copre 3mq e frequenze in bande di terzi di ottave da 250 a 4000 Hz.

I due metodi dovrebbero dare stessi risultati nel campo 315-1600 Hz, ma i loro campi di applicazione e quindi la loro precisione, è molto diversa. Il metodo in ISO 13742-1:2010 è limitato a piccoli valori di assorbimento ed è quindi inadatto per controllare la conformità della superficie in base ai requisiti di ISO 10844, mentre il metodo ISO 13742-2:2010 è inadatto ad alti valori di assorbimento.

Le misure risultanti da ISO 13742-2 sono:

a) compatibili con i risultati del metodo del tubo di impedenza eseguito su carotaggi della superficie in accordo a ISO 10534-1, ISO 10534-2 e ASTM E1050;

b) incompatibili con i risultati del metodo della camera di riverbero che utilizza un campo di diffusione diverso da ISO 13742 che utilizza un onda piana progressiva a incidenza normale.

1 - Scopo

Il metodo serve a determinare :

a) il coefficiente di assorbimento acustico di superfici stradali da semidense a dense (e se di interesse anche l’impedenza acustica complessiva);

b) le proprietà di assorbimento acustico in accordo a ISO 10844 e test specifici definiti nei regolamenti nazionali/internazionali per veicoli stradali;

c) una verifica della compatibilità tra specifiche di progetto e altri requisiti con i valori misurati del coefficiente di assorbimento acustico.

2 - Norme di riferimento

Il metodo si applica in accordo alle seguenti norme:

ISO 10534-2:1998, Acoustics — Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedancetubes — Part 2: Transfer-function methodISO 10844, Acoustics — Specification of test tracks for measuring noise emitted by road vehicles and theirtyresISO/IEC Guide 98-3:2008, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty inmeasurement (GUM:1995)IEC 61260, Electroacoustics — Octave-band and fractional-octave-band filters

3 - Termini e definizioni3.1frequency rangefrequency interval in which measurements are valid specified in one-third-octave bands in accordance withIEC 61260NOTE The frequency range is specified in one-third-octave bands. This means that its lower limit is the lower limit of

the lowest one-third-octave band specified and its upper limit is the upper limit of the highest one-third-octave bandspecified. The frequency range specified in one-third-octave bands of 250 Hz to 1 600 Hz centre frequency implies afrequency range specified in narrow bands of 220 Hz to 1 800 Hz.3.2sound absorption coefficient at normal incidenceαratio of sound power entering the surface of the test object (without return) to the incident sound power for a plane wave at normal incidence[ISO 10534-2:1998, 2.1]3.3sound pressure reflection factor at normal incidencercomplex ratio of the pressure of the reflected wave to the pressure of the incident wave at the surface of thetest object for a plane wave at normal incidence3.4plane of reference for the road surfacehypothetical plane defined by the underside of the sealing device at which the sound pressure reflection factor is calculated3.5signal-to-noise ratio leveldifference, in decibels, between the level of the useful signal and the level of the background noise3.6normal surface impedanceZratio of the complex sound pressure to the normal component of the complex sound particle velocity at anindividual frequency in the reference planeNOTE 1 Adapted from ISO 10534-2:1998, 2.4.NOTE 2 Although not used in specifications of road surfaces, calculating propagation over such a surface requires acomplex acoustic impedance.

4 - Principio

Il metodo a due microfoni del tubo di impedenza (vedi ISO 10534-2 oppure ASTM E1050) è adattato ad un apparato portatile che permette di misurare rapidamente il coefficiente di assorbimento a normale incidenza su superficie piana su ampi campo di frequenza e senza distorsione della superficie. La procedura permette ad un singolo operatore esperto la misurazione. Nn è necessario calibrare i due microfoni come richiesto per misure standard, ma bisogna verificare ampiezza e relazioni di fase dei due microfoni all’istante di misura e la perdita di energia interna del sistema basato su una superficie totalmente riflettente. L’apparato è un tubo di impedenza standard che utilizza due microfoni. Un segnale acustico proveniente da un altoparlante si propaga attraverso il tubo. L’altra apertura è posizionata sulla superficie dia misurare. La funzione di trasferimento acustico complessiva dei segnali dei due microfoni è determinata per poter calcolare il coefficiente di assorbimento acustico a normale incidenza e le relative quantità. Il coefficiente di assorbimento acustico copre bande di terzi di ottave nella frequenza da 25 a 1600 Hz.Il set-up del sistema è in figura:

Il segnale acustico, descritto in ISO 10534-2 o ASTM E1050, è quindi processato per calcolare il fattore di pressione complessiva riflessa dal quale si ricava il coefficiente di assorbimento acustico.L’alloggiamento del provino specificato in ISO 10534-2 è sostituito da un sistema di fissaggio in situ che permette una connessione ermetica fra l’interno del tubo e la superficie della strada da analizzare.Tubo e fissaggio possono essere eventualmente integrati l’uno all’altro in un pezzo singolo, o essere connessi da un sistema di fissaggio, sigillato con anello in gomma. Sul lato inferiore del sistema di fissaggio un anello di materiale deformabile forma una chiusura ermetica con la tessitura della superficie stradale da un lato e con il fissaggio dall’altro lato.

La sigillatura è migliorata con una scalanatura eseguita nel fissaggio.

Schema del fissaggio in situ

L’allargamento della struttura anello del fissaggio per un diametro totale di circa 0,2 a 0,4 m migliora la stabilità del sistema complessivo durante le misure.

Parte inferiore del sistema di fissaggio in situ con applicato una guarnizione di tenuta

5 - Attrezzatura

E’ comprensiva di:- termometro (±1°C)- misuratore di pressione (±0,5 kPa)- sistema processo segnale- generatore segnale- sorgente sonora- sistema di fissaggio in situ fra tubo e superficie da testare - microfoni (coppia nominalmente identica con diametro raccomandato <20% della più piccola spaziatura

tra le due porte ingresso microfoni, generalmente da ¼ di pollice- tubo di impedenza

diametro 100 ± 1 mm sezione circolare uniforme con variazione non oltre 0,2% pareti rigide e non porose (per evitare perdite di energia acustica)

Nota1: fu= c0/d frequenza superiore di analisi ad un dato diametro d (m) e velocità suono c0 (m/s) Nota2: la perdita di energia per vibrazioni delle pareti è prevenuta usando un tubo di metallo con spessore minimo 5% del diametro del tubo

lunghezza del tubo sufficiente a sviluppare l’onda piana fra sorgente e microfono, quindi con distanza sorgente-microfoni non meno di 3 volte il diametro del tubo. Nel caso di superficie stradale piana e tubi con diametro 100 mm la lunghezza minima del tubo è assunta 480 mm e il microfono montato più basso 100mm dal piano di riferimento.

Spaziatura tra microfoni s=(81±4)mmSmax < 0,45 c0 / fmax con la frequenza massima fmax = 1800 Hz si ricava s=85 mm Smin > 0,05 c0 / fmin con la frequenza massima fmin = 220 Hz si ricava s=77 mm

6 – Misura e procedura di analisi

6.1 – Stabilizzazione del sistemaSi verificano inizialmente: - La stabilità termica del sistema (includendo le parti elettroniche il tubo e le bobine degli altoparlanti)- Azionamento e funzionamento fino a 15 min- Non esposizione a luce diretta o altre fonti termiche

6.2 – Calibrazione del sistema

In base alle procedure specificate in ISO 10534-2:1998-7.5 si definiscono le relazioni di fase e l’ampiezza fra i due microfoni, prima e dopo ogni ora di ogni misura, in modo da correggere la funzione di trasferimento

6.3 – Misura di riferimento

Il livello di riferimento in ogni banda di terzo di ottava del coefficiente di assorbimento del provino deve essere inferiore a 0,03, misurato nella stessa posizione , e direttamente prima o dopo, la serie delle ultime misure. Tale misura si utilizza per correggere la perdita di energia misurata, secondo Allegato A.

6.4 – Misura del rumore di fondo

Si effettua una misura con segnale spento, a cui si riferiscono le successive misure per un segnale attivo di 10 dB, per ogni banda di terzo di ottava. Per prevenire interferenze da rumore di fondo non stazionario le misure andranno eseguite a meno di 25 m dal passaggio dei veicoli pesanti o motocicli. Si ometterà ogni misura comprendente potenziali disturbi dal rumore di fondo.

6.5 – Misura di una superficie stradale

1- In base alla struttura della superficie stradale si applica un sottile strato (pochi mm su superficie liscia) di sigillante nella scalanatura del fissaggio, pressando il sistema sulla strada in modo che fuoriesca da sotto il fissaggio una piccola quantità di sigillante. Se il materiale non fuoriesce si rimuove il fissaggio e si ripete l’applicazione del sigillante. Si rimuove l’eccesso di materiale fuoriuscito.

2- Si monta il tubo senza muovere il fissaggio

3- Si accende la sorgente e si controlla ogni possibile perdita d’aria (usando uno stetoscopio con tubo aperto)

4- Si esegue una misura e si controlla il valore del segnale. Se è basso si incrementa il livello sonoro della sorgente. Si rimuove la sorgente del rumore di fondo o si attende il momento di silenzio.

5- Si rimuove il tubo e quindi il fissaggio e si controlla se l’aderenza sigillante –strada descrive un cerchio chiuso. In caso di dubbio si ripete la sigillatura e la misura

6- A misura completata si rimuove ogni materiale rimasto in superficie

7 –Si ripete per ogni posizione fissata

6.6 – Analisi dei dati

Il sistema misura la FFT dalla quale ricavare in base a ISO 10534-2 il coefficiente di assorbimento acustico in banda stretta. Mediando tali valori in banda stretta su un campo di frequenza di un terzo di ottava nell’intervallo di frequenza richiesto si ricava il coefficiente di assorbimento acustico della superficie

stradale richiesto, ammettendo le opportune correzioni a livello di riferimento fissato, sostituendo con valori nulli i valori negativi in banda terzo ottava.

7 – Posizionamento dell’apparecchiatura

7.1- Localizzazione dei punti di misura 7.1.1- Requisiti della superficie stradale Fare riferimento alle posizioni previste dalla ISO 10844 7.1.2- Strade

Posizioni di misura spaziate su aree di interesse in base alle tracce delle ruote. Come linee

guida si assume una misura ogni 10 m per osservazioni a 7,5 m dal centro della corsia

7.2- Condizioni della superficie stradale Liscia, piana e libera da detriti. Non dovrebbero eseguire misure a meno che la strada sia asciutta

7.3- Temperatura Durante le misure verificare che: Temperatura ambientale dell’aria dovrebbe essere fra 5 e 30 °C Temperatura della superficie stradale dovrebbe essere fra 5 e 45 °C Non eseguire misure in caso di radiazioni solari dirette o in prossimità di fonti di calore. Per aree dove fosse difficile rispettare i suddetti criteri è suggeribile effettuare le misure di sera.

8 – Procedure di analisi

a) Controllare le condizioni meteo e della superficie stradaleb) Avviare la strumentazione per almeno 15 minc) Calibrare i microfonid) Effettuare le misure di riferimento su una superficie totalmente riflettentee) Collocare l’apparecchiatura di misura, applicare il sigillante e controllarne (visivamente e

acusticamente la tenuta)f) Eseguire le misureg) Ricavare con ISO 10534-2 il coefficiente di assorbimento acustico e il fattore di pressione riflessa da

FFT e dalla geometria del tuboh) Ricavare il coefficiente di assorbimento acustico in banda un terzo di ottavai) Ripetere le misure per almeno 4 punti e calcolare il valore medio e la deviazione standard per ogni

banda di terzo di ottava j) Report (ALL.D)

9 – Incertezza della misura

Secondo ISO/IEC Guide 98-3 ogni grandezza soggetta ad errore deve essere individuata e corretta. Anche il coefficiente di assorbimento acustico è soggetto ad errore pertanto da correggere con l’espressione generale di coefficiente di assorbimento acustico corretto:

Ottenuta ponendo:- Sottraendo i coefficienti di assorbimento αm(f) misurato e smorzamento misurato αsystem(f) con l’oggetto

di riferimento della prova - Sommando le quantità in ingresso valutate secondo ISO/IEC Guide 98-3 in base ai dati statistici

esistenti, alle analisi delle tolleranze e a giudizi ingegneristiciδ1 dovuta alla proceduraδ2 dovuta alla variabilità delle condizioni esterneδ3 dovuta al riferimento proceduraleδ4 dovuta alla imprevedibile perdita di pressione all’interfaccia strada-apparato

Si assume un distribuzione normale e dalle misure si ricavano l’incertezza tipo ui il coefficiente di sensibilità statistica ci il contributo di incertezza ui* ci. Quindi si calcola l’incertezza tipo composta

da cui si ottiene quella estesa U(α), moltiplicando l’incertezza standard per un opportuno fattore di copertura derivante dalla scelta del tipo di distribuzione assunta.

ALLEGATO ACorrezione sulla base delle misure di riferimento

Il sistema determina tutte le perdite di energia (assorbimento) nel percorso microfono-provino.Se le superfici sono riflettenti il contributo delle perdite di energia, dovuto alle perdite di energia termica e viscosa, influenzerà il risultato totale significativamente e ciò dovrà essere corretto.Questo è possibile applicando il sistema ad una superficie 100% riflettente (come una piastra di acciai) e usando i valori letti come correzione delle altre misure. Per valori misurati sotto 0,15 e in sistemi ben fatti e posti in situ le perdite di energia interna sono inferiori sa 0,03 e si riduce la correzione con la relazione semplificata:

ALLEGATO B

Incertezza della misuraAssumendo una distribuzione normale possibile considerare i valori tipici sotto riportati da applicare alla relazione generale per la correzione di α:

Utilizzando i suddetti valori per la prova secondo ISO 10844 si possono ricavare, in base alla probabilità (fattore k) di copertura i seguenti valori di incertezza estesa

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