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MAT5 – pag.1
Convention Nazionale del Gruppo di Acustica Edilizia
L’acustica edilizia in Italia: esperienze e prospettive
Ferrara 11 – 12 marzo 2009
IMPIEGO DELL'INTENSIMETRIA ACUSTICA PER LA VERIFICA E L'OTTIMIZZAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI COMPONENTI EDILIZI Francesco Asdrubali, Giorgio Baldinelli, Francesco D’Alessandro
CIRIAF, Centro Interuniversitario di Ricerca sull’Inquinamento da Agenti Fisici, Facoltà di Ingegneria, Università di Perugia
1. Introduzione
Il rumore proveniente dall’ambiente esterno si trasmette all’interno degli edifici at-traverso le superfici dell’involucro e trova delle vie preferenziali di trasmissione attra-
verso le componenti meno resistenti al passaggio delle onde sonore, che vanno così ad influenzare la prestazione globale dell’involucro edilizio.
Ogni singolo componente che costituisce la facciata di un edificio può essere carat-terizzato nel suo complesso attraverso il valore del potere fonoisolante R secondo la
norma UNI EN ISO 140-3 [1] e dell’indice del potere fonoisolante RW secondo la norma UNI EN ISO 717-1 [2].
E’ tuttavia possibile analizzare più in profondità il comportamento dei componenti di involucro costruendo delle mappe acustiche attraverso la misurazione dei livelli di in-
tensità sonora. Ciò permette di localizzare le fughe sonore e, in generale, di avere una visione più dettagliata delle prestazioni dei singoli componenti, consentendo a progetti-sti ed installatori di ottimizzarne le prestazioni.
Nel presente lavoro, dopo una breve descrizione del metodo e della strumentazione
di misura, sono riportati alcuni casi di studio derivanti dai risultati relativi a estese cam-pagne intensimetriche realizzate presso le camere riverberanti accoppiate del Laborato-rio di Acustica dell’Università di Perugia su finestre, porte e cassonetti per l’alloggiamento degli avvolgibili [3, 4, 5, 6].
2. Il metodo intensimetrico
Le modalità di esecuzione delle prove intensimetriche sono riportate nelle norme UNI EN ISO 15186-1 [7] e 9614-1 [8].
Come noto, l’intensità sonora istantanea si definisce come il vettore che si ottiene moltiplicando il valore della pressione sonora istantanea (che è uno scalare) per il vetto-re velocità istantanea delle particelle:
( ) ( ) ( )trutrptrI ,,,rr
×= [W/m²] (1)
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Tale grandezza fornisce, in ogni punto del campo, una stima dell’ampiezza e della di-rezione del flusso istantaneo dell’energia meccanica totale, per unità di area, associata al
fenomeno ondulatorio. Tuttavia la metodologia di misura, standardizzata nella norma UNI EN ISO 15186-1 [7], non prevede in uscita il valore istantaneo del vettore I (r, t ), bensì la componente In del valor medio di tale grandezza, valutata lungo la normale ad una superficie di misura opportunamente predefinita. Questa ipotetica superficie deve
racchiudere il provino (che può in generale essere una sorgente di rumore o un elemento di edificio) in modo tale da inglobarlo completamente.
Le sonde intensimetriche sono in grado di misurare proprio In ; essendo dotate di due trasduttori di pressione non possono misurare direttamente la velocità u, che è invece ri-
chiesta per determinare i valori istantanei per il calcolo dell’intensità media. Per supera-re questo inconveniente si sfrutta il legame fra la pressione p e la velocità u, tramite l’equazione di Eulero, che integrata ed esplicitando il gradiente di pressione lungo la di-rezione normale n fornisce:
( ) ( )dt
n
tptu
t
n ∫ ∞− ∂
∂−=
0
1
ρ [m/s] (2)
Sviluppando l’espressione di tale gradiente si otterrebbe una somma di due termini: uno reale, in fase con la pressione sonora, e uno immaginario, in quadratura con essa. Tali parti rappresentano rispettivamente il campo sonoro attivo ed il campo sonoro reat-
tivo. La media temporale dell’intensità sonora riferita al campo attivo è un vettore non nullo, che rappresenta in ogni punto del campo il flusso netto dell’energia, avente dire-zione sempre ortogonale ai fronti dell’onda acustica, mentre la media temporale dell’intensità sonora riferita al campo reattivo è un valore nullo, che non contribuisce al
trasferimento netto dell’energia, ma provoca delle oscillazioni locali intorno a ciascun punto. In realtà la sonda intensimetrica permette di misurare una differenza finita di pressioni tra i due microfoni posti ad una distanza prefissata d e non un gradiente come definito nella (2): tale ipotesi porta ad errori che possono essere minimizzati utilizzando
i distanziatori tra i microfoni più adatti alle lunghezze d’onda sonora in gioco. In fase di misura, le operazioni da eseguire sul campione per la definizione delle
mappe dei livelli di intensità sonora sono piuttosto complesse; una volta posizionato il campione sulla parete di divisione delle camere riverberanti, le operazioni possono esse-
re così schematizzate (nel caso di misurazione per punti discreti): 1. rilevazione della temperatura e dell’umidità relativa all’interno delle camere di pro-
va in diversi momenti dell’esecuzione della prova; 2. collocazione della sorgente nella camera emittente in una posizione stabilita;
3. collocazione della griglia (fig. 1) davanti al campione di prova; la griglia permette di visualizzare materialmente i punti di misura;
4. effettuazione delle verifiche prescritte dalla norma UNI EN ISO 9614-1 [8] ed in particolare della verifica di stazionarietà e del controllo di calibrazione;
5. definizione di un ordine dei punti di misura; 6. immissione nella camera emittente di rumore bianco; 7. collocazione della sonda intensimetrica nel punto di misura e misurazione; 8. ripetizione dell’operazione 7 per tutti i punti della griglia secondo l’ordine fissato;
9. visualizzazione dei risultati: livello di intensità, LI; livello di pressione, LP e livello di potenza, LW;
10. definizione delle mappe dei livelli di intensità sonora LI.
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Figura 1 - Esempio di collocazione della griglia per la visualizzazione dei punti di
misura
3. Misure su finestre
Di seguito si riportano due esempi nei quali le misure intensimetriche hanno per-messo di evidenziare alcuni errori di posa in opera compiuti nell’installare i campioni di infissi da testare.
Nel primo caso (fig. 2), dall’analisi della mappa dei livelli di intensità sonora acqui-siti in prossimità del campione di infisso, sono stati individuati dei livelli non trascura-bili di intensità sonora localizzati soprattutto nel lato destro della zona di connessione telaio - muratura di sostegno.
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Figura 2 - Mappa dei livelli di intensità sonora prima delle operazioni di migliora-
mento della posa in opera; primo campione. La legenda a destra riporta il
livello in dB di intensità sonora.
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Dal confronto con i progettisti dell’infisso e con gli installatori, si è optato per una nuova posa in opera dell’infisso con un miglioramento della connessione telaio - mura-
tura di sostegno e si è eseguita una successiva sessione di misura. Analizzando gli andamenti del potere fonoisolante (fig. 3) si riscontra un migliora-
mento costante di R pari a 1-2 dB in tutto il campo di frequenze esaminate a partire da 300 Hz: questo è confermato anche dal valore di RW che passa da 39 dB per la prima
sessione di misura a 40 dB per la seconda.
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Frequenza [Hz]
R [d
B]
I sessione
II sessione
Rw = 39 dB
Rw = 40 dB
Figura 3 - Confronto tra l'andamento del potere fonoisolante prima e dopo le opera-
zioni di miglioramento della posa in opera; primo campione.
Dall’analisi della mappa dei livelli di intensità sonora (fig. 4) misurati successiva-
mente all’intervento di miglioramento della connessione telaio - muratura di sostegno si può notare come l’effetto precedentemente sottolineato diventi pressoché trascurabile.
Il secondo esempio riguarda un campione di infisso antirumore, che, a differenza di quello analizzato in precedenza, non presenta il cassonetto per l’avvolgibile, che solita-mente è il componente più critico.
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cassonetto
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56.0
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Figura 4 - Mappa dei livelli di intensità sonora dopo le operazioni di miglioramento
delle posa in opera; primo campione. La legenda a destra riporta il livello
in dB di intensità sonora.
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Le prime misure di livelli di pressione hanno fornito dei valori insolitamente bassi per R e RW (pari a 38 dB); per questo motivo è stata eseguita una sessione di misure in-
tensimetriche, i cui risultati, sotto forma di mappa dei livelli di intensità sonora, sono mostrati in fig. 5.
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Figura 5 - Mappa dei livelli di intensità sonora; secondo campione. La legenda a de-
stra riporta il livello in dB di intensità sonora.
Come si vede in figura, sono ben evidenti delle fughe sonore localizzate in particola-
re nell’angolo superiore sinistro del campione, nella zona di contatto anta - telaio.
Da un’indagine dimensionale sull’infisso, è stata riscontrata una difformità sulla lunghezza delle ante; queste ultime, risultando di dimensioni minori a quanto previsto in fase progettuale, generavano una battuta sul telaio insufficiente di 6 mm complessivi e ciò causava una non perfetta aderenza al telaio, con conseguente generazione di una via
preferenziale per la propagazione del rumore. In seguito alla sostituzione dell’anta con un’altra di dimensioni ottimali, è stata ese-
guita una nuova campagna di misure del potere fonoisolante R: in fig.6 è riportato il confronto tra gli andamenti del potere fono isolante prima e dopo la modifica.
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Frequenza [Hz]
R [
dB
]
I sessione
II sessione
Rw = 38 dB
Rw = 41 dB
Figura 6 - Confronto tra l'andamento del potere fonoisolante prima e dopo le opera-
zioni di miglioramento della posa in opera; secondo campione.
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Il miglioramento nelle prestazioni in termini di potere fonoisolante R è valutabile in 2 - 4 dB in tutto l’intervallo di frequenze esaminate. Anche per ciò che riguarda RW si
vede come questo passi da 38 dB per la prima sessione di misura a 41 dB per la secon-da, evidenziando la bontà dell’intervento eseguito.
4. Misure su porte
Per quanto concerne l’analisi effettuata su porte in legno, prive di componenti tra-
sparenti, si riportano i risultati relativi al confronto fra una porta a due ante ed una a sin-
gola anta, costruite con gli stessi materiali.
Il test realizzato sulla porta a due ante (fig. 7) ha evidenziato particolari criticità in
prossimità del raccordo far le due ante; tale fenomeno è messo in luce principalmente
dall’analisi intensimetrica che mostra valori elevati dell’intensità sonora proprio in detta
zona. La fig. 8 riporta le mappe dell’intensità sonora per la porta valutate per cinque
bande di frequenza in terzi d’ottava d’interesse (800, 1000, 2000, 2500 e 3150 Hz).
L’effetto della giunzione è concentrato particolarmente nell’intervallo di frequenze
compreso tra 1000 e 2000 Hz, dove si nota un evidente decremento del potere fonoiso-
lante della porta; tale perdita è visibile in maniera molto chiara dalle mappe intensime-
triche riportate in fig. 8 (in particolare quella per la banda di frequenze con centro a
2000 Hz), dove si notano valori del livello di intensità sonora molto elevati sia presso la
giunzione che nella zona della battuta inferiore.
La ripetizione della prova sul campione a singola anta (fig. 9) conferma la bontà del-
le previsioni, con un incremento dell’indice del potere fonoisolante di 4 dB; l’analisi in-
tensimetrica (fig. 10) convalida l’assenza di ponti acustici (da notare che la scala utiliz-
zate nelle figg. 8 e 10 è la stessa).
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Frequenza (Hz)
R (dB)
Potere Fonoisolante R
curva di riferimento secondo ISO 717-1 TRASLATA
curva di riferimento secondo ISO 717-1
Figura 7 - Immagine del campione di una porta a due ante con relativo andamento
del potere fonoisolante.
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Figura 8 - Analisi intensimetrica della porta a due ante a diverse frequenze. La le-
genda a sinistra riporta il livello in dB di intensità sonora.
Figura 9 - Immagine del campione di una porta a singola anta con relativo andamen-
to del potere fonoisolante.
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Frequenza (Hz)
R (dB)
Potere Fonoisolante R
curva di riferimento secondo ISO 717-1 TRASLATA
curva di riferimento secondo ISO 717-1
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Figura 10 - Analisi intensimetrica della porta a una anta a diverse frequenze. La le-
genda a sinistra riporta il livello in dB di intensità sonora.
5. Misure su cassonetti per alloggiamento degli avvolgibili Lo studio effettuato su cassonetti per l’alloggiamento di avvolgibili ha mostrato i ri-
sultati più interessanti sulla capacità dell’analisi intensimetrica di individuare le perdite
in corrispondenza delle giunzioni. Uno stesso campione con isolamento in polistirene
(fig. 11) è stato analizzato in assenza e in presenza di sigillature in silicone.
L’effetto della sigillatura porta ad un miglioramento dell’indice del potere fonoiso-
lante fino a 10 dB (fig. 12); tale effetto è mostrato anche in fig. 13, dove sono riportate
le mappe del livello di intensità sonora globale (mediato sull’intero intervallo di fre-
quenze tra 200 e 5000 Hz per le due configurazioni).
Figura 11 - Interno del cassonetto oggetto della misura, con isolamento in polistirene.
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Si può notare che, sigillando tutte le aperture, si ottiene una significativa riduzione dei livelli di intensità sonora; inoltre, il picco di emissione si sposta dalla parte inferiore
(dove è installata la parte mobile del cassonetto) alla zona superiore, evidenziando come sia risolta la criticità del passaggio del rumore attraverso le giunzioni.
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frequency [Hz]
So
un
d i
nsu
lati
on
[d
B]
sample A8 (Rw = 38 dB)
sample A9 (Rw = 48 dB)
difference A9-A8
Figura 12 - Andamento del potere fonoisolante per i due cassonetti oggetto
dell’analisi.
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(b)
Figura 13 - Mappe intensimetriche dei cassonetti senza sigillatura (a) e con sigillatu-
ra siliconica (b). La legenda a destra riporta il livello in dB di intensità
sonora. L’area tratteggiata individua la posizione del cassonetto.
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6. Conclusioni La valutazione delle prestazioni acustiche di un componente di facciata è comune-
mente condotta attraverso la misura (o la stima) dell’indice del potere fonoisolante RW , secondo la norma UNI EN ISO 717-1 [2].
Tale indicatore a singolo numero, senz’altro efficace per una valutazione di sintesi della prestazione acustica complessiva, non è di aiuto allorquando si voglia ottimizzare
la prestazione di un componente di facciata, specialmente di quelli più deboli quali in-fissi, porte, cassonetti per avvolgibili, aeratori. In questi casi, soprattutto nelle fasi di messa a punto di prototipi o di ottimizzazione di nuovi prodotti, può essere di grande aiuto l’analisi intensimetrica. Le estese campagne sperimentali condotte negli ultimi an-
ni presso il Laboratorio di Acustica dell’Università di Perugia hanno mostrato le poten-zialità della costruzione di mappe intensimetriche per valutare in dettaglio le prestazioni acustiche di componenti di facciata ed evidenziare in alcuni casi una non perfetta posa in opera e in altri un dimensionamento non adeguato di qualche parte o componente.
7. Bibliografia
1) UNI EN ISO 140-3, Acustica. Misurazione dell'isolamento acustico in edifici e di
elementi di edificio. Parte 3: misurazione in laboratorio dell'isolamento acustico per via aerea di elementi di edificio, 2006.
2) UNI EN ISO 717-1, Acustica. Valutazione dell'isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio. Parte 1: isolamento acustico per via aerea, 2007.
3) F. Asdrubali, C. Buratti, G. Baldinelli, Investigation on the performances of high sound insulation ventilating windows, Proc. Inter-noise 2004, Prague, Czech Repu-blic, 2004.
4) F. Asdrubali, C. Buratti: “Sound intensity investigation of the acoustics perform-
ances of high insulation ventilating windows integrated with rolling shutter boxes”, Applied Acoustics, 46 (9), 1072-1085 (2005).
5) F. Asdrubali, G. Pispola, Acoustical optimization of a roller blind box, Proc. ICSV13, Vienna, Austria, 2006.
6) F. Asdrubali, G. Baldinelli, F. D’Alessandro, A. Pontiggia, Prestazioni acustiche di infissi antirumore: influenza delle modalità di posa, 6° Congresso Nazionale CIRIAF, Perugia, 2006.
7) UNI EN ISO 15186-1, Acustica. Misurazione mediante intensità sonora dell'isola-
mento acustico in edifici e di elementi di edificio. Misurazione in laboratorio, 2003. 8) UNI EN ISO 9614-1. Acustica. Determinazione dei livelli di potenza sonora delle
sorgenti di rumore mediante il metodo intensimetrico. Misurazione per punti discre-ti, 1997.
