Appunti lezioni corso Fisica tecnica ambientale - Acustica

BANDE DI OTTAVA E DI UN

TERZO DI OTTAVA

Bande di ottava Bande di 1/3 di ottava

CARATTERISTICHE SPETTRALI

GENİŞ BANT GÜRÜLTÜ TAYFI

90

(dB)

DÜZEYİ 80

SES 70

60

50

40

30

20

10

0 5 0 0 00 00 00 00

12 25 50 10 20 40 80 FREKANS (Hz)

Rumore a banda larga

YALIN FREKANS BİLEŞENLİ GÜRÜLTÜ TAYFI DAR BANT GÜRÜLTÜ TAYFI

120 100

(dB)

(dB) DÜZEYİ

DÜZEYİ 90

100

SES 80

SES 70

80 60

50

60 40

40 30

20

20 10

0

0 5 0 0 00 00 00 00

12 25 50

5 0 0 00 00 00 00

12 25 50 10 20 40 80

10 20 40 80 FREKANS (Hz)

FREKANS (Hz)

Rumore con componenti tonali Rumore a bassa frequenza

LIVELLO GLOBALE L p-tot

L ,dB

p-band 16 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000

æ ö é ù

2 2 2 2

p p p p

ç ÷

= = + + + =

- - -

tot 1 band 2 band n band

L 10 log 10 log ......

ê ú

ç ÷

-

p tot 2 2 2 2

p p p p

ê ú

è ø ë û

ref ref ref ref

é ù

L L L -

p 1 p 2 p n

= + + +

10 log 10 10 ....... 10

10 10 10

ê ú

ë û

STRUTTURA DELL’ORECCHIO

finestra

rotonda

CAMPO DI UDIBILITÁ

LOUDNESS E PITCH

LOUDNESS DEI SUONI PURI

Audiograma normale di Fletcher e Munson: curve di uguale livello di sensazione

(isofoniche) – Ascolto in cuffia A B

A e B, punti ad uguale sensazione sonora

SENSAZIONE SONORA:

misurata in PHON, coincide con il livello

di pressione sonora a 1000 Hz

LOUDNESS DEI SUONI PURI

Audiogramma normale ISO - Curve di uguale livello di sensazione (isofoniche) –

Ascolto binaurale in campo libero

VARIAZIONE DELLA

SENSAZIONE SONORA CON f

– L’orecchio umano è maggiormente

sensibile alle frequenze comprese fra 2

e 4 KHz.

– A parità di sensazione, l’intensità del

suono deve essere più elevata alle

frequenze molto basse e molto alte

LOUDNESS DEI RUMORI

• Sono stati proposti svariati metodi per

valutare la loudness di rumori

• Il metodo più utilizzato si basa sulle curve

di ponderazione in frequenza, che

riproducono in modo semplificato

l’andamento delle curve isofoniche

CURVE DI PONDERAZIONE

Curva “A” riproduce l’isofonica 40 phon;

dovrebbe essere utilizzata per

SPL < 55 dB

Curva “B” riproduce l’isofonica 70 phon;

dovrebbe essere utilizzata per

55 ≤ SPL < 85 dB

Curva “C” riproduce l’isofonica 100 phon;

dovrebbe essere utilizzata per

SPL ≥ 85 dB

CURVE DI PONDERAZIONE

CURVE DI PONDERAZIONE

CALCOLO DEL LIVELLO PONDERATO

LIVELLO SONORO GLOBALE LINEARE

é ù

L 125 L 250 L 4000

= × + + ® +

ê ú

L 10 log 10 10 10

10 10 10

...

LIN ê ú

ë û

LIVELLO SONORO GLOBALE PONDERATO

* * *

é ù

L 125 L 250 L 4000

ê ú

= × + + ® +

...

L 10 log 10 10 10

10 10 10

L A

POND ê ú

ë û

con: L* , ,....= Livello sonoro ponderato per ciascuna banda di frequenze

125 250

LIVELLO CONTINUO EQUIVALENTE

L’effetto di disturbo di un suono di livello variabile può essere

valutato attraverso il livello equivalente continuo L :

eq

( )

é ù

2

1 p t

T

ò

=

L 10 log dt

ê ú

eq 2

T p

ê ú

0

ë û

ref

Il termine fra parentesi rappresenta la media temporale della

potenza del segnale variabile: il livello equivalente ha dunque

il significato di livello energetico medio del segnale

Il termine “short-Leq” si riferisce a livelli equivalenti valutati

per intervalli molto brevi (ad es. < 1 s) che permettono di

rappresentare l’andamento temporale del fenomeno.

LIVELLO CONTINUO EQUIVALENTE

Se il rumore presenta un andamento a scalini:

L per il tempo δt

1 1

L per il tempo δt

2 2

…..

L per il tempo δt

j j

Il Leq può essere calcolato con l’espressione:

æ ö

n

1 å

ç ÷

L / 10 d

=

L 10 log 10 t

j

ç ÷

eq j

T è ø

=

j 1

n

å d

=

T t

Dove: j

=

j 1

Acustica degli spazi chiusi

Prof. Arianna Astolfi

SORGENTI SONORE

• Le sorgenti sonore (o acustiche) sono

generalmente costituite da corpi solidi

vibranti o da fluidi in movimento. Esse

sono caratterizzate in termini di:

• Potenza acustica W, che rappresenta

l’energia trasmessa dalla sorgente al

campo acustico nell’unità di tempo

• Spettro in frequenza

• Direttività

PROPAGAZIONE IN CAMPO LIBERO

• La propagazione in campo libero si

verifica negli spazi aperti in assenza

di ostacoli

• Il suono è emesso da una sorgente

puntiforme S di potenza e direttività

assegnate

• In assenza di dissipazione (campo

libero ideale), l’intensità acustica nel

punto R può essere calcolata come: I = intensità acustica nel punto R

QW r = distanza sorgente-ricettore

=

I

S R W = potenza acustica della sorgente S

p 2

r 4 r Q = fattore di direttività

PROPAGAZIONE IN CAMPO LIBERO

Si riproduce in laboratorio nelle

camere anecoiche

DIRETTIVITÁ DOVUTA ALLA

POSIZIONE DELLA SORGENTE

OMINIDIREZIONALE

Situazione Fattore di Indice di

direttività Q direttività ID Q = 1

(dB)

Spazio libero 1 0

Sorgente posta su una 2 3

superficie riflettente Q = 2

Sorgente posta 4 6

all’incrocio di due

superfici riflettente

Sorgente posta 8 9

all’incrocio di tre Q = 4

superfici riflettente W

I ×

= Q [W/m ]

2 Q = 8

p 2

4 r

LIVELLO DI PRESSIONE

SONORA IN CAMPO LIBERO

In condizioni di campo libero ideale:

I QW S W W

= = ref

L 10 log 10 log -

= = 12

ref

I 10

I p 2

I 4 r W ref 2

S m

ref ref ref

I W

= + + - p - 2

10 log 10 log Q 10 log 10 log S 10 log 4 10 log r

ref

I W

ref ref

@ = + + - -

L L ID L 0 11 20 log r ID 10log Q

=

I p W

@ = + - -

L L L ID 11 20 log r dB

I p W

Tale risultato mostra che, nel caso di onde sferiche, il livello di pressione

decresce in ragione di 6 dB per ogni raddoppio di distanza, da cui si ha che:

L (r) = L + ID –11 –20 log(r)

p w

L (r ) = L (r ) + 20 log(r / r )

p 2 p 1 1 2

ACUSTICA DEGLI EDIFICI

L’acustica degli edifici si occupa principalmente di due temi:

• Problemi di fonoassorbimento (correzione acustica delle sale): studio dei

rivestimenti delle pareti al fine di ottenere condizioni adeguate di ascolto

della parola e/o della musica

• Problemi di fonoisolamento: protezione dell’ambiente abitato

dall’influenza negativa del rumore proveniente dall’esterno, dalle u.i.

adiacenti, oppure dagli impianti

In particolare:

• Non necessariamente i materiali idonei per la correzione acustica delle

sale hanno buone proprietà di fonoisolamento e viceversa

• A maggior ragione, l’isolamento termico delle pareti richiede materiali che

non sempre contribuiscono all’isolamento acustico, né tantomeno alla

correzione acustica dell’ambiente interno (“isolante termoacustico” è un

termine molto utilizzato, ma fuorviante !!!!)

INTERAZIONE SUONO PARETE

Bilancio di energia acustica W = potenza incidente

nell’interazione suono - parete W = potenza riflessa

r

Onda W = potenza trasmessa

incidente t

W = potenza dissipata

d

r = W /W= coefficiente di riflessione

r

Onda t = W /W= coefficiente di trasmissione

t

trasmessa d = W /W = coefficiente di dissipazione

d

Onda Dissipazione r + t + d =1

riflessa per attrito r + a =1

nella parete a = t + d = coefficiente di assorbimento

INTERAZIONE SUONO PARETE

Assorbimento totale

k m

A 2

= a S + n A [m ]

∑ ∑

⋅ ⋅

i i j j

TOT i=1 j=1

a [-] = fattore di assorbimento dell’i-esima superficie

i 2

S [m ] = area dell’i-esima superficie

i

k [-] = numero di superfici

n [-] = numero di unità assorbenti del j-esimo tipo

j 2

A [m ] = assorbimento di una unità del j-esimo tipo

j

m [-] = numero di tipi di unità assorbenti

Assorbimento medio a S + n A

∑ ∑

⋅ ⋅

i i j j

a =

m S

∑ i 2

VALORI DI ASSORBIMENTO ACUSTICO DI PERSONE E OGGETTI A [m ]

j

(da E. Cirillo, “Acustica applicata”, 1997)

Frequenze centrali delle bande di ottava [Hz]

125 250 500 1000 2000 4000

0,23 0,33 0,39 0,43 0,46 0,46

Persona adulta 0,20 0,30 0,35 0,38 0,42 0,42

Ragazzo 0,17 0,24 0,26 0,29 0,33 0,33

Bambino

Persona in piedi con abbigliamento 0,17 0,41 0,91 1,30 1,43 1,47

pesante

Persona in piedi con abbigliamento 0,12 0,24 0,59 0,98 1,13 1,12

leggero 0,25 0,35 0,40 0,40 0,40 0,40

Persona seduta su poltrona imbottita

Musicista seduto con strumento 0,60 0,95 1,06 1,08 1,08 1,08

musicale 0,02 0,02 0,02 0,04 0,04 0,03

Sedia in legno

Poltrona da teatro tappezzata in 0,04 0,13 0,22 0,17 0,16 0,11

similpelle

Poltrona da teatro imbottita tappezzata in 0,14 0,25 0,30 0,30 0,30 0,30

velluto

DIFFRAZIONE DEL SUONO

Ombra acustica

Ombra acustica

2008/2009 11

DIFFRAZIONE DEL SUONO

Ombra acustica

2008/2009 12

CAMPO SONORO RIVERBERATO

Campo riverberato, dovuto alle onde riflesse dalle pareti (associate ai

numerosissimi modi acustici risonanti dell’ambiente)

In genere si può fare l’ipotesi che la componente riverberante del

campo sia diffusa, ovvero che l’energia ad esso associata si

distribuisca uniformemente nell’ambiente.

Parliamo in questo caso di campo riverberato diffuso che si riproduce

in laboratorio nelle camere riverberanti

IL CAMPO DIFFUSO

In ogni punto del campo sussistono onde piane che provengono con eguale

probabilità da tutte le direzioni.

La teoria del campo diffuso è applicabile: ≤

in ambienti non eccessivamente assorbenti (a 0,3÷0,4);

• m

• in ambienti con assorbimento distribuito;

&bu