Livello di pressione sonora LP

Report
Facoltà di Architettura
ACUSTICA
25 FEBBRAIO 2011
-ACUSTICA FISICA
-ACUSTICA FISIOLOGICA
-ACUSTICA DELLE SALE
-ACUSTICA AMBIENTALE
- Normativa a iosa
-Comfort acustico:ci sono troppe variabili psicofisiche e accessorie rispetto a quelle
fisiche e oggettive .
-Rumore o disturbo: suono affetto da un giudizio di disturbo o inaccettabilità da parte
dell’uomo.
LABORATORIO DI COSTRUZIONI
Non esiste un metodo certo, univoco e oggettivo per valutare il rumore
Acustica Fisica
• Per suono in un certo punto dello spazio si intende una rapida
variazione di pressione (compressione e rarefazione) intorno
al valore assunto dalla pressione atmosferica in quel punto.
• Si definisce sorgente sonora qualsiasi dispositivo o
apparecchio che provochi direttamente o indirettamente
dette variazioni di pressione.
• In natura le sorgenti sonore sono quindi praticamente infinite;
affinché il suono si propaghi occorre poi che il mezzo che
circonda la sorgente sia dotato di elasticità (modulo, densità).
• La porzione di spazio interessata dalle suddette variazioni di
pressione è definita campo sonoro.
Propagazione per onde sferiche
• Immaginiamoci che la generazione del suono avvenga
mediante una sfera pulsante in un mezzo elastico come l'aria;
le pulsazioni provocano delle variazioni di pressione intorno al
valore della pressione atmosferica che si propagano nello
spazio circostante a velocità finita per mezzo di onde sferiche
progressive nell'aria stessa.
• Le particelle del mezzo entrano in vibrazione propagando la
perturbazione alle particelle vicine e così via fino alla
cessazione del fenomeno perturbatorio.
Propagazione per onde sferiche
Rumore
• Nota
Il numero delle variazioni di pressione compiute in un
secondo viene chiamato frequenza del suono e si misura in
Hertz (simbolo Hz o s-1).
Se le oscillazioni sonore hanno una frequenza (numero di cicli
in un secondo) compresa all’incirca tra 20 e 20.000 Hz (campo
di udibilità) ed una ampiezza, ovvero contenuto energetico,
corrispondente a una pressione superiore a 2×10-5 Pa, definita
soglia di udibilità, queste sono allora udibili dall'orecchio
umano e possono talora suscitare sensazioni avvertite come
fastidiose o sgradevoli, cui attribuiamo genericamente la
denominazione di “rumore”, anziché di suono.
Spettro di emissione
• Lo studio dell’acustica architettonica è sostanzialmente
incentrato sull’analisi spettrale delle sorgenti e sulle modalità
di risposta dei mezzi adottati per il controllo del fenomeno
(riflessione, assorbimento e trasmissione dell’energia sonora
incidente).
• Nel caso più semplice si può ipotizzare che dette variazioni di
pressione seguano una legge sinusoidale (moto armonico), in
tal modo lo strato d'aria adiacente alla sfera subirà espansioni
e contrazioni con la stessa frequenza della sfera, e così per gli
strati d'aria concentrici successivi
Spettro di emissione
Le condizioni essenziali per la generazione, propagazione e
udibilità del suono così come definito sono quattro:
• - la presenza di un mezzo elastico (nel vuoto non c’è
propagazione sonora);
• - una variazione di pressione nel mezzo intorno ad un valore
di equilibrio (ad esempio la pressione atmosferica);
• - una frequenza delle variazioni di pressione compresa nel
campo udibile;
• - un contenuto energetico superiore ad una soglia minima di
udibilità.
• In campo sonoro la distanza che intercorre tra due successive
compressioni, o rarefazioni, è definita lunghezza d'onda l del
suono nel mezzo considerato.
Spettro di emissione
La situazione del campo sonoro ad un dato istante può essere
rappresentata mediante un grafico dove in ordinata sono
riportate le variazioni della pressione in funzione della
distanza perturbata.
Con Dp max si indica l’ampiezza ovvero il valore massimo della
variazione di pressione.
Relazione tra la frequenza f, velocità c di propagazione del suono nel
mezzo e lunghezza d’onda l
Nel campo dei suoni udibile la lunghezza d’onda varia da un
minimo di circa 20 mm (a 18kHz) a circa 17 m (a 20 Hz)
• Le variazioni di pressione Dp sono sia positive (compressione)
che negative (rarefazione),
• Si definisce “pressione sonora efficace” il valore medio delle
variazioni di pressione, o semplicemente pressione sonora p e
rappresenta quindi il valore efficace delle variazioni di
pressione.
• la pressione sonora misura gli effetti della potenza sonora
emessa da una sorgente
• Un suono corrispondente ad una variazione perfettamente
sinusoidale della pressione con un’unica frequenza è detto
tono puro (o suono puro).
• Per un tono puro la pressione sonora efficace è data dalla
seguente espressione:
Propagazione del suono nei mezzi elastici
• Le particelle che entrano in vibrazione trasmettono la
perturbazione (compressione e rarefazione) a quelle vicine
oscillando intorno alla loro posizione di equilibrio.
• Le modalità di trasmissione delle vibrazioni locali valgono sia
per i solidi che per i fluidi. Nel caso dei fluidi, le vibrazioni
sono tuttavia sempre parallele alla direzione di propagazione
dell’onda, per cui si parlerà di onde longitudinali, mentre nel
caso dei solidi, che possono trasmettere sforzi di taglio, vi
saranno anche onde trasversali
Propagazione del suono nei mezzi elastici
• Nei solidi, la velocità di propagazione delle onde flessionali (cf)
è diversa da quella delle onde longitudinali (cL).
• La velocità di propagazione del suono nell'aria c0, assimilando
il suo comportamento ad un gas perfetto, in condizioni di
temperatura di 20 °C e pressione ordinarie (1,013 bar), è pari
a circa 340 m/s; essa è comunque funzione della temperatura
(e quindi della sua densità) secondo la relazione empirica
seguente:
• c0 = 331,2 + 0,6 q (m/s)
dove q è la temperatura dell’aria in °C.
• La velocità aumenta quindi all’aumentare della temperatura (e
quindi al diminuire della densità) e viceversa.
Propagazione del suono nei mezzi elastici
La velocità di propagazione longitudinale cL del suono in un
mezzo solido elastico, ad esempio un divisorio assimilato per
semplicità ad una barra sottile, è funzione del modulo di elasticità
(o di Young) E (Pa) e della densità r (kg/m3) secondo la seguente
relazione:
Impedenza acustica
C’è una stretta relazione tra densità e velocità di propagazione
del suono nello stesso mezzo: in generale i materiali solidi,
essendo dotati di maggiore densità, sono in grado di trasmettere
più velocemente i suoni essendo evidentemente le particelle più
a stretto contatto tra loro.
Il comportamento dei materiali in relazione alla attitudine di
trasmettere suoni dall’aria agli stessi può essere messo in
relazione con la loro impedenza acustica rapportata a quella
dell'aria.
L'impedenza acustica z di un generico materiale può essere
definita come il prodotto della sua densità r per la velocità di
propagazione longitudinale del suono cL nello stesso (espressa in
rayl).
Impedenza acustica
Per l’aria, essendo la sua densità, in condizioni di temperatura di
20°C ed alla pressione atmosferica di 1,013 bar, pari a circa 1,2
kg/m3 e la velocità di propagazione pari a circa 340 m/s,
l’impedenza vale circa 400 rayl.
La capacità di trasmettere energia sonora tra l’aria e mezzi diversi si
può quindi desumere dal coefficiente di riflessione r dell'energia
sonora incidente mediante la seguente relazione:
Impedenza acustica
Una muratura in mattoni presenta un’impedenza acustica circa
16.000 volte più grande di quella dell'aria.
Ne consegue che gran parte dell'energia sonora incidente sui
mattoni viene riflessa essendo il valore di r prossimo all'unità
(per l’aria z1=1)
Potenza sonora Pw di una sorgente
• Relazione tra velocità di spostamento delle particelle v,
pressione p, e impedenza acustica specifica z (c r):
• La quantità di energia irradiata da una sorgente sonora
nell'unità di tempo è denominata potenza sonora Pw (W).
• La potenza sonora Pw emessa da una sorgente è irradiata nel
mezzo elastico, come l’aria, attraverso una determinata
superficie S (o fronte d’onda) come lavoro dovuto al prodotto
della forza di pressione p per la velocità di spostamento delle
particelle v intorno al punto di equilibrio.
Pw = v·p
• Quindi, sostituendo v:
PRINCIPALI GRANDEZZE ACUSTICHE
• Per una sorgente che irradia uniformemente in tutte le
direzioni (mezzo isotropo), ovvero in campo libero, il fronte
d'onda S è pari alla superficie di una sfera; alla distanza r
dalla sorgente la potenza sonora sarà dunque pari a:
• il campo sonoro si distingue idealmente in campo libero
(spazio ideale privo di riflessioni) e campo diffuso (spazio
perfettamente diffondente delimitato da superfici altamente
riflettenti)
• Nella pratica le sorgenti sonore irradiano con potenze
estremamente variabili che vanno dal valore della voce
umana a livello di conversazione, pari a circa 10-6 W, al rumore
di un aereo turbogetto pari a 104 W
• Sia Pw (W) la potenza sonora irradiata da una sorgente sonora
su un fronte d'onda S (m²), sussiste allora la seguente
relazione tra potenza sonora e intensità sonora I:
• L’intensità è l’energia che, nell'unità di tempo, fluisce
attraverso l'unità di area del fronte d'onda.
• Mentre la frequenza discrimina la percezione dei suoni,
ovvero il loro tono, da gravi (bassa frequenza) ad acuti (alta
frequenza), analogamente l’intensità discrimina i suoni da
deboli a forti.
• In campo libero, si ha dunque la seguente relazione tra
pressione sonora e intensità:
• La pressione sonora, in campo libero, risulta così legata alla
potenza:
• Dalle relazioni suddette si evince che, in campo libero, la
pressione sonora e l'intensità diminuiscono con il quadrato
della distanza r: per il suono nell’aria, quindi, quando la
distanza raddoppia l’ampiezza si riduce della metà.
• In un'onda piana invece la superficie del fronte d'onda rimane
costante (ad es. nel rumore generato da un elettroventilatore
all’interno di un condotto a sezione costante) e se non vi sono
dissipazioni sulle pareti del condotto (ad es. materiale
fonoassorbente) l'intensità non varia all'aumentare della
distanza.
In definitiva le principali grandezze acustiche sono le
seguenti:
LIVELLI SONORI: IL DECIBEL
• Considerato l’enorme campo di variazione si preferisce esprimere
le grandezze acustiche facendo il logaritmo del rapporto tra le
stesse e determinati valori di riferimento assunti come livelli
"zero".
• In acustica pertanto per le grandezze energetiche si usa adottare
il livello sonoro espresso in decibel (dB) definito come il
logaritmo decimale del rapporto tra il valore in esame ed il
valore di riferimento.
LIVELLI SONORI: IL DECIBEL
Livello di potenza sonora Lw:
Lw = 10 lg Pw /P0 (dB)
dove Pw è la potenza sonora in esame (W) e P0 la potenza sonora di
riferimento (10 -12 W)
Livello di intensità sonora L I:
• L I = 10 lg I/I0 (dB)
• dove I è l'intensità sonora in esame (W/m²) e I0 l'intensità sonora
di riferimento (10-12 W/m²)
• Livello di pressione sonora LP :
• LP = 10 lg p²/p²0 = 20 lg p/p0 (dB)
LIVELLI SONORI: IL DECIBEL
Livello di pressione sonora LP :
LP = 10 lg p²/p²0 = 20 lg p/p0 (dB)
dove p è la pressione sonora in esame (Pa) e p0 la pressione sonora
di riferimento (2 ×10-5 Pa = soglia di udibilità a 1000 Hz).
Agli effetti pratici, per le grandezze di riferimento suddette, si
dimostra che il livello di intensità sonora L I è
L I ≈ L P4.
• Generalmente i dati di potenza sonora relativi alle sorgenti di
volta in volta esaminate devono essere forniti dai costruttori
delle macchine mediante apposito certificato, per cui
usualmente i valori in questione costituiscono il dato noto da
cui partire per il calcolo dei livelli di pressione sonora che si
verificano in campo ad una certa distanza dalle suddette
sorgenti.
• Talora i dati vengono forniti anche in forma di livelli di
pressione sonora rilevati ad una certa distanza dalla sorgente
in punti specificati e ben individuabili.
Si osserva che un raddoppio o un dimezzamento dell’energia
sonora non provoca un raddoppio o un dimezzamento nei livelli
sonori ma solo incrementi o decrementi di circa 3 dB; quando si
calcola ad esempio il livello totale dovuto al contributo di due o
più sorgenti sonore agenti contemporaneamente, dobbiamo
calcolare il livello globale di pressione sonora generato dalle
componenti sonore in esame, mediante la seguente procedura:
Per conoscere il contributo offerto da una determinata sorgente
al rumore globale LPT rilevato si procede ad una sottrazione nel
modo seguente:
Nella scala dei livelli il valore di 130 dB (63 Pa) corrisponde alla
soglia del dolore ovvero il rumore può provocare dei danni fisici
immediati all’udito.
Propagazione in ambienti confinati
Propagazione in ambienti confinati
Propagazione in ambienti confinati
Propagazione in ambienti confinati
Fattore di direttività o direzionalità
Fattore di direttività
Le sorgenti emettono in modo diverso a seconda delle direzioni.
Si definisce pertanto un fattore di direttività Q dato dal rapporto
tra l’intensità sonora Iq nella direzione q e l’intensità sonora I che
avrebbe il campo acustico in quel punto se la sorgente fosse
omnidirezionale:
p
Iq
rc
Q 
Pw
I0
4d 2
• Esempi tipici di sorgenti sonore dotate di un evidente indice di
direttività sono i macchinari, le unità di trattamento dell’aria,
le pompe di calore, i motori dei veicoli, ecc.
Riverberazione: Prolungamento del suono udito.
Fenomeno per il quale si ha la persistenza di un suono all’interno di un ambiente
confinato per effetto delle riflessioni e deviazioni d’onda contro le pareti, dopo che la
sorgete ha smesso di emettere
Attenuazione della trasmissione aerea
Quando si studia la propagazione del suono in un
ambiente, occorre tener conto di alcune cause di
attenuazione o comunque variazione del fenomeno
Attenuazione della trasmissione aerea
Attenuazione della trasmissione aerea
Influenza del vento e della temperatura
Vegetazione
Requisiti acustici degli edifici
Potere fonoisolante apparente
Isolamento acustico
Isolamento acustico normalizzato
Rumore di calpestio
Requisiti minimi
D.M. 18 dicembre 1975
Curve di riferimento R, D
Curve di riferimento L
Esempio
Attenuazione del suono
Fonoassorbimento e fonoisolamento
Fonoassorbimento
Porosità
Strutture fonoassorbenti
Strutture fonoassorbenti

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