ACUSTICA EDILIZIA
Obiettivo dell’acustica edilizia è la difesa dai rumori sia esterni che interni
mediante:
a) definizione dei limiti di benessere;
b) individuazione e caratterizzazione delle fonti di disturbo sia interne che
esterne;
c) ricerca dei mezzi di controllo del rumore:
Materiali
Componenti
Sistemi costruttivi
MEZZI DI CONTROLLO
ATTIVI:
Operazioni finalizzate ad un controllo del rumore direttamente alla
sorgente.
SORGENTI INTERNE:
(Impianti tecnici)
Adozione di macchine silenziose e loro
corretta istallazione
SORGENTI ESTERNE:
Interventi di carattere preventivo
es: Controllo del flusso stradale (limiti di
velocità, dislocazione dei semafori,...)
PASSIVI:
Operazioni che, attraverso l’impiego di materiali e tecniche
adeguate, hanno lo scopo di ostacolare la propagazione dell’energia
sonora. L’idoneità all’impiego viene definita prestazione acustica e
viene quantificata da diverse grandezze fisiche:
Potere fonoisolante
Isolamento acustico
Coefficiente di assorbimento acustico
Attenuazione del livello sonoro di calpestio
Attenuazione del livello sonoro degli impianti tecnici
POTERE FONOISOLANTE
Il potere fonoisolante R descrive l’attitudine di un divisorio, posto a
separazione tra due ambienti, ad impedire che rumori aerei prodotti in uno
di essi vengano trasmessi all’altro.
Si misura in laboratorio ed è dato da:
R = 10 log
Ei
1
= 10 log
Et
t
Ei: Energia incidente sulla parete
Et: Energia trasmessa dalla parete
t: Coefficiente di trasmissione
(dB)
Andamento di R in funzione
della frequenza
R (dB)
70
60
50
40
30
20
10
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenza (Hz)
Il valore di R è una caratteristica della parete e dipende dal tipo di struttura
e da come t varia con la frequenza.
Per pareti omogenee rigide, in prima approssimazione, R aumenta con la
massa M (kg⋅m-2) della parete e con la frequenza ν (legge della Massa)
secondo le relazioni:
R = 5 + 20log M
(dB)
R = 20 log( M ⋅ ν) − 48
(dB)
Il potere fonoisolante di una parete può essere espresso anche in funzione
dei livelli della pressione sonora di due ambienti separati dalla parete
stessa per mezzo della formula
R = L1 − L2 + 10log
S
A
dove:
L1:
L2:
A:
S:
Livello della pressione sonora nell’ambiente disturbante;
Livello della pressione sonora nell’ambiente disturbato;
Assorbimento globale dell’ambiente disturbato A = ∑ a iSi ;
Area della superficie del divisorio.
ISOLAMENTO ACUSTICO
L’isolamento acustico D è una grandezza che viene misurata in opera.
Quando una parete, dotata di potere fonoisolante R, viene adoperata come
divisorio fra un ambiente disturbante (1) ed un altro ambiente contiguo
disturbato (2), la differenza fra i valori che il livello di pressione assume
nei due ambienti oltre che da R dipende dall’ambiente disturbato e dalle
strutture contigue.
In questo caso l’isolamento acustico D è dato da:
D = L1 − L2 = R + 10log
A
−a
S
(dB)
Dove:
L1:
L2:
A:
S:
a:
Livello della pressione sonora nell’ambiente disturbante;
Livello della pressione sonora nell’ambiente disturbato;
Assorbimento globale dell’ambiente disturbato A = ∑ a iSi ;
Area della superficie del divisorio;
Tiene conto dell’entità delle fughe laterali (dB).
Normalmente 0 ≤ a ≤ 7
a = 0 (dB)
a = 5 ( dB)
a = 6 (dB)
a = 7 (dB)
Per una parete principale semplice
di tipo leggero rispetto alle pareti
laterali
Per una parete principale da
350 kg m-2 in calcestruzzo
Quando entrambe le pareti laterali
sono in muratura e di massa > 150
kg m-2
Quando una delle pareti laterali sono
in muratura e di massa < 150 kg m-2
Quando entrambe le pareti laterali
sono in muratura e di massa < 150
kg m-2
E’ possibile rappresentare il comportamento acustico di una parete
mediante un solo numero I, detto INDICE DI VALUTAZIONE
ACUSTICA, che indica, pertanto, la prestazione acustica per quanto
riguarda sia l’isolamento acustico che il potere fonoisolante.
L’indice di valutazione si ottiene, secondo un procedimento fissato dalla
normativa I.S.O. (International Standard Organization) confrontando il
diagramma della parete con quello della curva limite. Il valore dell’indice
di valutazione si ottiene considerando il valore della curva limite in
corrispondenza di 500 Hz. Nel nostro caso 47 dB. La curva limite va
traslata opportunamente in modo che la somma degli scarti posti al di sotto
della curva stessa è inferiore a 12 dB, nel caso che le misure vengano
effettuate in bande di ottava, e di 36 dB per misure effettuate in bande di
terzi di ottava.
Curvadi riferimento secondo le norme ISO
80
70
60
50
dB 40
30
20
10
0
125
250
500
1000 2000
Frequenza(Hz)
4000
Indice di Valutazione Acustica
ISO
Parete
500
1000 2000 4000
80
70
60
50
47
R(dB) 40
30
20
10
0
125
250
Frequenza (Hz)
Influenza della frequenza sul potere
fonoisolante
massa
parete
80
70
60
50
R (dB) 40
30
20
10
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenza (Hz)
Il comportamento della parete potrebbe sembrare soddisfacente se lo studio
fosse limitato alla legge sperimentale di massa, mentre non lo è perchè non
permette di isolare covenientemente il rumore, ad esempio, della
conversazione a causa del difetto nella zona tra 250÷1000 Hz.
EFFETTO DI COINCIDENZA
Si verifica quando si ha una perdita d’isolamento nelle pareti omogenee.
La frequenza a cui questo effetto si manifesta è detta frequenza critica e
viene indicata con fc.
L’effetto di coincidenza si verifica quando la proiezione in direzione di α
della lunghezza d’onda λa (λa senα) delle onde sonore (in aria) incidenti
sulla parete secondo un angolo α, coincide con la lunghezza d’onda λf
delle vibrazioni flessionali nel divisorio.
La frequenza critica fc dipende da:
1) densità dal modulo elastico della parete;
2) spessore della parete;
Mattoni
Cemento
Spessore (cm)
10
20
10
20
M (kg m-2)
140
250
210
450
fc (Hz)
400
170
180
80
Quindi la Legge della Massa, con i materiali e gli spessori usualmente
utilizzati, consente di prevedere in modo soddisfacente il comportamento
di una parete entro limiti assai limitati.
M = 85 kg m-2
M = 24 kg m-2
R = 34 dB
R = 42.5 dB
Fig.1 Parete omogenea ed
impermiabile in mattoni forati da 8 cm
con intonaco su ogni faccia da 1 cm.
Spessore finito 10 cm
Fig.2 Parete doppia leggera in gesso
rivestito:
gesso rivestito 1.25 cm
lana di vetro 3 cm.
Spessore finito 10 cm
Parete doppia leggera in gesso rivestito.
A) con una lastra di gesso
B) con doppia lastra di gesso
s
s
d
d
La figura illustra la dipendenza del potere fonoisolante R di pareti in gesso
rivestito da vari parametri ed, in particolare, dalla massa totale
(quest’ultima legata evidentemente al numero ed allo spessore delle lastre).
Nella figura s rappresenta lo spessore dell’isolante acustico e d la distanza
tra le lastre di gesso compreso lo spessore del distanziatore.
Un influenza non trascurabile hanno infine i ponti acustici rappresentati dai
profili distanziatori all’interno della parete di gesso. L’isolamento acustico
D, come già visto, risulta inferiore di 5-7 dB al potere fonoisolante R.
Lastre in gesso
rivestite
Fibre di vetro
Ponti acustici
Fughe laterali
Tipo A
Tipo B
∆R (dB)
5÷6
s
SI
SI
2s
NO
NO
2÷4
4
5÷7
⇒ Energia trasmessa - 75%
∆R = 6 dB
⎨
⇒ Riduzione della sensazione auditiva - 35%
TRATTAMENTO ACUSTICO DELLE PARETI ESISTENTI CON
RIVESTIMENTI A PELLE RESILIENTE
E’ una tecnica acustica per migliorare il potere fonoisolante di pareti
esistenti.
Consiste nel rivestire le pareti in muratura, calcestruzzo ecc.., con un
pannello in gesso rivestito accoppiato ad un manufatto in fibra di vetro.
L’incremento di ∆R è molto rapido, circa 12 dB per ottava, a partire da una
frequenza f0, legata allo spessore della parete, a quello della lastra di gesso
e allo spessore del manufatto fibroso inserito nell’intercapedine.
∆R aumenta se:
1) Aumenta la massa superficiale M del gesso rivestito, ovvero il numero
e lo spessore delle lastre.
2) Aumenta lo spessore del pannello in fibra di vetro.
3) Diminuisce la massa superficiale M della parete da rivestire
Miglioramento del potere fonoisolante ∆R di pareti in funzione dei vari
parametri
POTERE FONOISOLANTE DI PARETI NON OMOGENEE
Il potere fonoisolante globale di pareti non omogenee risulta fortemente
influenzato dalla presenza di zone a minore isolamento acustico. E’ questo
il caso di pareti perimetrali nelle quali sono inserite finestre o porte. la
presenza di tali zone a più debole isolamento si riflette sull’isolamento
globale in misura più elevata di quanto sarebbe da attendersi in funzione
della loro limitata superficie.
Il diagramma seguente permette di calcolare l’isolamento acustico di una
parete nella quale sia inserita una zona a più debole isolamento.
A titolo di esempio se una parete, costituita da un muro semplice di 220 m2
e potere fonoisolante R1 di 45 dB, contiene una finestra di 20 m2 e potere
fonoisolante R2 di 15 dB, l’isolamento acustico globale risulta di soli 25,2
dB.
Tipo di divisorio
Parete di mattoni pieni
intonacata, spes. s = 12cm,
M = 220 kg m-2
idem, s = 24 cm, M= 440 kg
m-2
Parete di mattoni forati, s =
28 cm
Parete
calcestruzzo
intonacata,
s = 18 cm, M = 440 kg m-2
Parete in cls (2 strati di 5
cm, separati da intercapedine
di 2,5cm)
idem. (2 strati di 7,5 cm,
intercapedine di 7,5 cm)
Divisorio in gesso-perlite (s
= 5 cm M = 49 kg m-2)
idem (s = 6,3 cm, M = 107
kg m-2)
Tramezzo mobile
Tramezzo mobile munito di
pannelli vetrati (cristallo 7-9
mm)
Tramezzo mobile munito di
pannelli vetrati con doppio
cristallo (2 lastre uguali,
distanti d = 1 cm)
Tramezzo mobile munito di
pannelli vetrati con doppio
cristallo (2 lastre di diverso
spessore, d = 4 cm)
idem. con porta
Doppia finestra
Indice
I.S.O.
I (dB)
Potere fonoisolante R (dB) alle frequenze (Hz)
125
250
500
1000
2000
4000
34
35
40
50
55
57
45
40
44
50
56
57
57
54
37
43
52
60
64
64
57
40
42
50
58
66
68
54
37
40
44
50
56
62
49
37
40
50
54
56
63
52
26
28
30
31
42
47
33
31
15
30
22
29
26
35
27
45
33
52
35
34
29
17
20
25
24
28
28
26
17
20
23
33
33
33
25
22
27
30
30
36
38
32
20
16
22
24
27
36
30
50
30
54
35
58
30
36
ASSORBIMENTO ACUSTICO
Ha come obiettivo quello di ridurre al minimo l’effetto delle onde sonore
riflesse.
Con il fonassorbimento si corregge
l’acustica dei locali attraverso la riduzione
delle riflessioni delle onde sonore sulle
pareti che delimitano l’ambiente.
20
80
L’assorbimento acustico è la proprità dei
materiali di trasformare in calore la parte
di energia sonora che li colpisce.
100
La grandezza che definisce in tal senso le proprietà di un materiale
fonoassorbente è il fattore di assorbimento acustico α che rappresenta il
rapporto tra l’energia sonora assorbita Ea e l’energia sonora incidente Ei.
E
α= a
Ei
MATERIALI FONOASSORBENTI
1) Materiali porosi (es. manufatti in fibra di vetro)
2) Pannelli flessibili (es. lastre in gesso rivestito)
3) Struttura risonanti (es. pannelli in gesso rivestito perforati)
Esempio di assorbimento
di un materiale poroso
1,00
0,80
0,60
α
0,40
0,20
0,00
40
60
100
200
400
1000
2000
4000
7000
10000
Frequenza (Hz)
a
b
c
d
e
Tipo di curva
Spessore dello strato poroso (cm)
a
b
c
d
e
f
2,5
5
7,5
10
12,5
15
f
L’assorbimento dipende da:
1) Grado di porosità (Va/Vs)
2) Dimensioni ed orientamento dei fori e dall’esistenza di cavità cieche
⇓
Fattore di struttura
3) Spessore dello strato poroso che determina l’estensione della banda di
frequenze nella quale il coefficiente di assorbimento si mantiene
elevato (s=λ/6)
Va : Volume dell’aria contenuta nel foro
Vs : Volume totale dello strato poroso
PANNELLI VIBRANTI
Sono costituiti da pannelli di materiale non poroso (impermeabile all’aria)
opportunamente distanziati dalle pareti in modo da lasciare una
intercapedine la cui profondità è generalmente di qualche centimetro.
L’intercapedine viene spesso riempita, almeno parzialmente, con materiale
poroso.
Un pannello possiede di per se molte frequenze di risonanza entro la banda
acustica.
Quando, come avviene usualmente, l’intercapedine è abbastanza sottile ed
il materiale costituente il pannello o, più spesso, il vincolo che lo connette
alla parete rigida è molto cedevole, allora la reazione elastica dell’aria
contenuta nell’intercapedine, che è una cavità chiusa, diviene prevalente su
quella propria del materiale e dei vincoli.
Il comportamento della struttura costituita dal pannello e dall’intercapedine
diviene così quello di una massa vibrante.
fr =
c:
d:
S:
M:
c ρ⋅ S
2π M ⋅ d
velocità del suononell’aria
spessore dell’intercapedine
area dell’intercapedine (solitamente uguale a quella del pannello)
massa del pannello vibrante
Per il fatto che vibra, il pannello reirradia parte dell’energia incidente
perciò diventa importante lo smorzamento proprio delle vibrazioni del
pannello.
Se lo smorzamento è molto piccolo il pannello reirradia quasi tutta
l’energia ricevuta cosicchè l’assorbimento risulta trascurabile.
Se lo smorzamento è eccessivo, le vibrazioni della struttura sono così
modeste che il meccanismo di assorbimento per risonanza non può
manifestarsi.
L’efficacia di assorbimento del pannello risulta massima in corrispondenza
della frequenza di risonanza del sistema, la quale, con le dimensioni usuali
dei pannelli e dell’intercapedine, cade verso il limite inferiore della banda
acustica, fra qualce decina di Hz e 200 ÷ 300 Hz.
Esempio di assorbimento
di un rivestimento a
pannelli vibranti
0,8
0,6
α 0,4
0,2
0
50
100
200
500
1000
Frequenza (Hz)
2000
5000
10000
PANNELLI FORATI
Quando il risuonatore è investito da un fascio di onde sonore, l’aria
contenuta nel collo di lunghezza L viene sollecitata a vibrare; in questo
modo trasmette una serie di espansioni e compressioni all’aria contenuta
nella cavità.
Se le dimensioni del risuonatore sono piccole rispetto alla lunghezza
d’onda del suono incidente, e se il collo è abbastanza stretto in confronto
alla cavità, l’aria contenuta nel collo si comporta come una massa
oscillante nella quale si localizza prevalentemente energia cinetica.
L’aria contenuta nella cavità si comporta come un elemento elastico.
Il sistema possiede una frequenza di risonanza data da:
fr =
V:
c:
S:
Le:
L:
D:
c
2π
S
V ⋅ Le
volume della cavità
velocità del suono in aria
area del collo del risuonatore
lunghezza equivalente
Le = L + 0,8⋅ D
profondità del foro
diametro del foro
Area S
L
Volume V
PANNELLI FORATI ASSORBENTI
D
Pannello forato
L
Lana di vetro
H
Aria
f r = 5,4 ⋅
p
H ⋅ Le
p: percentuale di foratura del pannello p = 100⋅ n ⋅
S
Sp
n: fori
S: superficie dei fori
Sp: superficie del pannello
Esempio di assorbimento
di un rivestimento a
pannelli forati
1
0.8
α
0.6
0.4
0.2
0
50
100
200
500
1000
Frequenza (Hz)
2000
5000
10000
RUMORI D’URTO
I rumori d’urto sono provocati da solai messi in vibrazionw e sono dovuti a
varie cause.
1) A percussione (caduta di oggetti, calpestio,....)
2) A vibrazioni di macchine
3) Per attrito ed in particolare per trascinamento di mobili
Questo tipo di rumore si trasmette non soltanto verticalmente ma anche
MISURA DEI RUMORI D’URTO
La misura del rumore si effettua utilizzando un fonometro posto n
el locale dove viene ricevuto il rumore emesso da una macchina di
calpestio nermalizzata.
La macchina è costituita da 5 martelli in linea da 500 gr ciascuno. che
cadono da una altezza di circa 4 cm al ritmo di 10 colpi al secondo.
Per ridurre la trasmissione dei rumori d’urto occorre interrompere la
continuità delle strutture.
Non vanno bene, per questo scopo, i sistemi atti al solo isolamento dai
rumori aerei.
ISOLAMENTO CONTRO IL RUMORE D’URTO
E’ possibile realizzare l’isolamento secondo tre differenti tecniche
1) Rivestendo il solaio con una pavimentazione elastica (moquette, ecc..).
2) Realizzando un pavimento galleggiante.
3) Realizzando un controsoffitto desolidarizzato dal sovrastante solaio.
La seconda soluzione è la più efficace ma può essere realizzata solamente
nelle nuove costruzioni (a meno di non rifare la pavimentazione).
∆R ≥ 15 dB
Livello sonoro
da calpestio - 15 ÷ 20 dB
fibra di vetro
gesso rivestito
PAVIMENTO GALLEGGIANTE
Non devono esistere punti di contatto rigidi con la soletta sottostante e con
le pareti.
Il materiale smorzante dovrà rispondere ai requisiti:
1) Resistenza alla compressione in funzione dei carichi
2) Modulo di elasticità dinamico basso, poco variabile con il carico e
comunque molto prossimo al modulo di elasticità statico.
I migliori materiali al riguardo sono quelli in fibra di vetro, mentre
l’interposizione tra solaio e pavimento di materiali rigidi e porosi (massetti
allegeriti), molte volte non porta a risultati apprezzabili.
solaio
materiale smorzante
massetto
zoccolo staccato dal
pavimento
Attenuazione acustica, in dB, di alcuni materiali da costruzione in rapporto
alla superficie del pavimento non ricoperta.
Materiale
pavimento in
legno
cemento nudo
asfalto
gomma
tappetto pesante
sughero
lenoleum
su
feltro
Frequenza
(Hz)
125
250
500
1000
2000
4000
media
+10
0
-1
-1
-2
-3
+15
0
+3
+2
-1
0
+11
0
0
-1
-3
-7
+6
0
-2
-3
-7
-4
+3
0
-6
-5
-7
-6
-2
0
-8
-8
-5
-8
+7
0
-2
-3
-4
-5
-3
-3
-6
-9
-9
-12
-7
Coefficienti di assorbimento di alcuni materiali
Materiale
muratura in mattoni
marmo
Frequenza (Hz)
125
250
500
1000
2000
4000
0.05
0.01
0.04
0.01
0.02
0.02
0.04
0.03
0.05
0.03
0.05
0.04
intonaco a calce
calcastruzzo a vista
linoleum
pavimento in legno
moquette
tapezzeria in stoffa
tende pesanti drappeggiate,
a 20 cm dalla parete
materassino
di
lana
minerale
o vetro, spess. 4 cm
pannelli in fibre di legno
compresse
lana
minerale
in
materassino
o
lastra
semirigida, spess. 3cm,
appoggiato a parete senza
copertura
idem, coperto con pannello
rigido forato per il 5%
idem, coperto con pannello
rigido forato per il 10%
idem, distanziato dalla
parete di 4 cm e non coperto
idem, distanziato dalla
parete di 4 cm e ricoperto
con pannello forato per il
10%
0.01
0.01
0.02
0.03
0.05
0.03
0.03
0.01
0.02
0.04
0.05
0.04
0.04
0.02
0.03
0.06
0.10
0.11
0.04
0.02
0.03
0.12
0.20
0.17
0.08
0.03
0.04
0.10
0.30
0.24
0.16
0.04
0.05
0.17
0.59
0.35
0.08
0.29
0.44
0.50
0.40
0.35
0.035
0.052
0.80
0.88
0.88
0.77
0.15
0.016
0.50
0.65
0.70
0.45
0.15
0.35
0.70
0.85
0.90
0.90
0.15
0.35
0.85
0.85
0.35
0.15
0.15
0.30
0.75
0.85
0.75
0.40
0.35
0.70
0.90
0.90
0.95
0.90
0.40
0.80
0.90
0.85
0.75
0.40
Coefficienti di assorbimento di alcuni materiali
Materiale
pannello vibrante legno
spess.=3 mm distanziato di
4 cm dalla parete
piastrella acustica s=2 cm
fissata a parete rigida
piastrella acustica s=2 cm
distanziata 4cm dalla parete
finestra, vetrata comune
vetrata con lastra di vetro di
medio spessore
acqua (piscina)
legno (porte)
soffitto sospeso, in gesso,
s=2.5 cm
Frequenza (Hz)
125
250
500
1000
2000
4000
0.60
0.40
0.20
0.15
0.10
0.10
0.10
0.15
0.40
0.60
0.70
0.70
0.20
0.30
0.30
0.20
0.60
0.15
0.70
0.10
0.70
0.07
0.70
0.04
0.15
0.01
0.30
0.06
0.01
0.20
0.04
0.01
0.10
0.03
0.02
0.07
0.02
0.02
0.06
0.02
0.02
0.07
0.10
0.08
0.05
0.05
0.04
0.04