Calcolo delle prestazioni acustiche

Prestazioni acustiche

Aspetto strategico nella progettazione tecnologica

Fino a 15 anni fa non c'era l'esigenza di non sentire i rumori dei vicini. Nel '97 c'è stato un decreto dei ministri che ha obbligato a rispettare certi limiti. È stata introdotta una documentazione sui requisiti acustici. Tra il 12 e il 15% riduzione del valore commerciale di una casa che non rispetta i requisiti acustici. La norma non chiede il rispetto dei valori teorici ma in opera. Per redigere la documentazione per l'acustica bisogna essere iscritti all'albo.

Assorbimento, riflessione e trasmissione

• I: Quantità incidente sulla superficie
• A: Quantità assorbita nel suo passaggio attraverso la superficie
• T: Quantità trasmessa da uno all’altro ambiente
• R: Quantità riflessa verso l’interno

Bilancio energetico: I = A + T + R

1 = A/I + T/I + R/I = a + r + t

Ci sono dei vincoli normativi per i quali ogni comune decide quali sono i limiti di emissione sonora di un certo oggetto (industria, residenza). Se compro una macchina che ha un limite di emissione acustica non è la ditta che è responsabile se supera i limiti dei comuni ma è chi lo compra che deve verificare di non superare i limiti.

Prestazioni acustiche

Assorbimento acustico: α = a + t (parte NON riflessa all’interno di un ambiente confinato)

Isolamento acustico: τ = t (parte NON trasmessa da un ambiente confinato a un altro)

Assorbimento

Tipi di assorbitore: poroso, membrana, risuonatore

• Poroso: Lavora bene alle alte e medie frequenze
• Membrana: Alle basse frequenze
• Risuonatore: Basse frequenze

I materiali porosi fanno in modo di intrappolare l'onda sonora e non farla rimbalzare verso l'interno. L'assorbimento acustico non è costante al variare della frequenza. Solitamente, se l’onda sonora è ad elevate frequenze, sono utilizzati dei materiali porosi. Per l’assorbimento delle alte frequenze (500 - 8000 Hz), si utilizzano materiali porosi quali poliuretano espanso, lana di roccia (solo in intercapedini tra pareti!). Il EPS non è particolarmente buono. Più è alto il coefficiente di assorbimento meno l'onda rimbalza. Cambiando la frequenza l'assorbimento aumenta. Le due linee più grosse superano l'1 perché grazie alla conformazione si ha per unità di superficie 1.2 - 1.3 di assorbimento grazie alle bugnature.

L’assorbimento dei materiali porosi

È legato all’attrito delle particelle in moto al loro interno e alla resistenza al flusso dell’aria nei pori dei materiali. L’onda sonora mette in vibrazione l’aria contenuta nelle porosità e negli interstizi del materiale. In sostanza la perdita di energia avviene per effetto dell’attrito viscoso sulle pareti della struttura del materiale. L'energia si dissipa per via dell'attrito sotto-forma di calore. Poco poroso: poco resistente al flusso quindi assorbimento basso (praticamente nullo o molto basso, es. intonaco, vetrate...). Più è elevato il volume più aumenta l'effetto di riverberazione (effetto eco). Il materiale poroso è poroso in superficie (polistirene più poroso della lana di roccia), non è importante la porosità generale. N.B. (es. moquette) La superficie che interessa l'onda è quella che vede (se metto l'isolante dietro l'intonaco l'onda non la vede).

L’assorbimento dipende essenzialmente dalla:

• Resistività del materiale (misura della difficoltà con cui un flusso d’aria continuo sotto l’azione di un gradiente di pressione può attraversare l’unità di spessore dello strato)

Effetti contrastanti:

• La resistività del materiale deve essere bassa affinché sia bassa l’energia riflessa per cattivo accoppiamento.
• La resistività del materiale deve essere alta affinché sia bassa l’energia riemergente dopo la riflessione sulla superficie rigida e impervia retrostante.

Per ogni spessore di spessore d esiste una resistività ottimale rispetto ai due requisiti contrastanti. Assegnata una resistività da un certo valore dello spessore, il coefficiente di assorbimento non aumenta ulteriormente.

Funzionamento dei materiali porosi

Il valore di α aumenta con la frequenza, con lo spessore dello strato di materiale (basse frequenze). Se dietro la lana di roccia (di uno spessore importante) ho un muro in cemento armato o una lastra di acciaio non cambia tanto.

Installazione del pannello fonoisolante poroso

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. Per velocità max ->max dissipazione della energia sonora in calore ->max assorbimento acustico. Se la lastra d'acciaio fosse piena non sarebbe assorbente. Se ci faccio dei fori diventa molto assorbente. Progettando in modo opportuno i fori (scegliendo la loro geometria), posso aumentare l'assorbimento. Dietro al pannello di acciaio c'è un materiale fonoassorbente in lana di roccia o di vetro oppure potrei installare un pannello sospeso poroso a una certa distanza dalla mia parete. Si crea una camera d'aria che sfrutta l'effetto massa molla massa.

Basse frequenze: Risonatori a cavità e membrane

Assorbimento alle basse frequenze (30-250 Hz):

• Cavità
• Pannelli forati con intercapedini
• Membrane risonanti

Un risuonatore a cavità 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”.

Risonatori a cavità

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. La cavità è caratterizzata da una frequenza di risonanza: (se la molla non ci fosse il sistema non lavorerebbe).

Frequenza di risonanza dell’assorbitore

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.

Di solito il risuonatore ha materiale fonoassorbente nella cavità nel suo retro.

Membrane/pannelli vibranti

Sono pannelli rigidi piani, disposti parallelamente e ad una certa distanza dalla parete.