Propagazione dell’onda
sonora
Diffrazione
Rifrazione
Riflessione
Assorbimento
Trasmissione
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Principio di Huygens – Fresnel
E’ stato sviluppato inizialmente da Huygens:
Ogni punto colpito da una perturbazione d’onda diventa sorgente
secondaria di perturbazioni di onde aventi frequenza uguale a
quella della perturbazione incidente
e poi precisato da Fresnel:
.. una qualsiasi superficie d'onda può pensarsi come inviluppo
risultante dalle infinite onde secondarie provenienti dai punti
della superficie d'onda che immediatamente la precede.
Ogni elemento della superficie di onda è una sorgente di onde
secondarie sferiche la cui ampiezza è proporzionale all’ampiezza
dell’onda primaria
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
Propagazione per raggi rettilinei
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Diffrazione del suono
Quando una perturbazione acustica incontra sulla sua linea di
propagazione un ostacolo (un muro di recinzione, un edificio, una
barriera) essa non segue integralmente le leggi della cosiddetta ottica
geometrica, delineando un’ombra come nel caso della luce: essa
viene in parte “piegata” e va ad interessare anche lo spazio coperto
rispetto alla linea di vista.
I suoni a frequenza più bassa
mostrano una maggiore
tendenza in questo senso
Il fenomeno della
diffrazione pone un limite
fisico alla possibilità di
schermare un “ricettore”
rispetto al rumore emesso
da una sorgente
ALTE
FREQUENZE
MEDIE
FREQUENZE
SORGENTE
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OMBRA
ACUSTICA
BASSE
FREQUENZE
La diffrazione del suono
La direzione di propagazione delle onde sonore viene deviata
o deformata da uno o più ostacoli posti sul cammino
dell'onda.
Schermo con apertura:
d

d >> d << 
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Diffrazione del suono
b 
b
b
Esempio :
b = 0.1 m
= 0.344 m (f = 1 kHz)
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b
Esempio:
b=1m
= 0.344 m (f = 1 kHz)
Diffrazione del suono
b
b
Esempio :
b = 0.1 m
= 0.344 m (f = 1 kHz)
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b
b
Esempio:
b = 0.5 m
= 0.344 m (f = 1 kHz)
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Se le dimensioni dell’ostacolo sono paragonabili alla lunghezza
d’onda dell’onda incidente, la perturbazione acustica riesce ad
aggirare lo stesso con fenomeno d’ombra trascurabile.
Se le dimensioni dell’ostacolo sono maggiori della lunghezza
d’onda dell’onda incidente, si manifestano parziali fenomeni di
ombra acustica
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Se l’ostacolo è di forma sferica, si può esprimere evidenziando
l’effetto tra il rapporto p/p1 , pressione acustica esistente su quella
che esisterebbe nello stesso punto in assenza dell’ostacolo, ed il
rapporto R/ (raggio sfera – lunghezza d’onda)
Per un certo raggio, l’effetto aumenta al crescere della frequenza f
(al diminuire della lunghezza d’onda)
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Quando onde sonore incontrano un ostacolo piccolo in confronto
alla loro lunghezza d'onda (ad es. cavo teso o colonne), esse
vengono disperse da esso in tutte le direzioni.
a) suoni di lunghezza d'onda grande (basse frequenze)
 effetti di dispersione poco marcati
b)suoni a lunghezza d'onda piccola (alte frequenze)
 fenomeni di dispersione molto marcati.
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Fenomeni caratteristici della
diffrazione
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Fenomeni caratteristici della
diffrazione
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RIFRAZIONE
DEL SUONO
La legge di Snell che:
ci
ct

sen i sen t
ci, ct : velocità del suono dell'onda incidente e rifratta [m/s];
i, t : angolo di incidenza
e di rifrazione
Se t = /2, la direzione della
rifrazione è parallela alla
superficie e r è detto
Angolo Limite
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Rifrazione del suono
La rifrazione è la curvatura del
percorso delle onde sonore
quando queste passano da un
mezzo elastico ad un altro in cui
la velocità di propagazione è
differente.
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Effetti della rifrazione del suono
Se la temperatura dell’aria è più
elevata di quella della superficie,
le onde sonore verranno curvate
all’ingiù verso la superficie per
effetto della rifrazione.
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Interventi finalizzati alla riduzione
dell’inquinamento acustico
Gli interventi di riduzione del disturbo in ambiente esterno
possono essere realizzati con diverse modalità, in relazione alla
loro fattibilità tecnico-economica:
1) direttamente sulla
sorgente rumorosa
2) lungo la via di
propagazione del
rumore dalla
sorgente al ricettore
3) direttamente sul
ricettore
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Interventi lungo la via di propagazione del
rumore
L’interruzione della via diretta di propagazione dell’energia
sonora tra la sorgente ed il ricettore con l’interposizione di
ostacoli impervi permette di conseguire efficaci attenuazioni.
Classificazione delle diverse tipologie di barriere acustiche in relazione al
campo di impiego ed all’efficacia dell'attenuazione:
• Barriere acustiche artificiali
(metalliche, in legno, in calcestruzzo, in argilla espansa, trasparenti, biomuri)
• Barriere acustiche artificiali integrate con elemento diffrattivo superiore
• Rilevato in terra (integrabile da vegetazione)
• Barriere vegetali (profondità effettiva maggiore di 20 m)
• Copertura parziale o totale della della sorgente sonora (incapsulaggio)
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Caratterizzazione di una barriera acustica
Percorso sorgente ricettore:
r BR
r SB
d BR
Ricettore
e
d SB
Sorgente
Lunghezza effettiva della barriera:
l1
Sorgente
lr
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Ricettore
e
L’attenuazione acustica dovuta a barriere è rappresentabile con il
termine L ovvero con la differenza tra il livello di pressione sonora in
un dato punto in assenza di barriera Lp,0 e quello che si riscontrerebbe
nello stesso punto in presenza di barriera Lp,b:
L = Lp,0 – Lp,b
Se dalla sorgente puntiforme S, l’energia sonora raggiunge il ricevitore
A solo per diffrazione, l’attenuazione può essere ricavata dalla
relazione:
Ld = 10 log(3+ 20 N)
N = numero di Fresnel (N >0)
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Attenuazione delle barriere acustiche
2
N   A  B   C  D

B
A
H
C
D
Sorgente
Ricettore
ATT  20 log
2N
tgh 2N
5
35
30
Attenuazione [dB]
25
20
Limite pratico di
attenuazione 24
dB
15
10
5
0
0.01
0.1
1
Numero di Fresnel
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10
100
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Posizione del ricettore rispetto
alla barriera
R1
R3
R2
S
Il livello massimo di emissione sonora non si verifica sempre in corrispondenza
della posizione del ricettore più vicina alla sorgente.
È pertanto da assumere come livello di pressione sonora di calcolo, da
confrontare con il limite di emissione di zona, quello generato da una specifica
sorgente, nella posizione in cui esso risulta maggiore, limitatamente a spazi
utilizzati da persone o comunità.
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Attenuazione delle barriere verdi
L’attenuazione dovuta alla propagazione attraverso il fogliame cresce linearmente
con la distanza di propagazione:
df = d1+d2
Per calcolare d1 e d2 il raggio del percorso di propagazione deve essere assunto pari
a 5 km.
d1
d2
r = 5 km
Distanza di
propagazione
df [m]
10  df  20
20  df  200
Frequenza (1/1 ott.) [Hz]
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
1
2
3
0,08
0,09
0,12
Attenuazione [dB]
0
0
1
1
1
Attenuazione lineare [dB/m]
0,02
0,03
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0,04
0,05
0,06
Esempi di barriere acustiche (1)
• Barriere acustiche artificiali
• Barriere acustiche artificiali integrate con elemento diffrattivo superiore
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Esempi di barriere acustiche (2)
• Copertura parziale o totale della sede viaria
• Rilevati in terra e barriere vegetali
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Esempi di barriere acustiche (3)
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Metodi previsionali
I modelli previsionali permettono di prevedere l’entità dei livelli
di rumore ambientale ad una certa distanza da una varietà di
sorgenti e di valutare l’efficacia dei progetti di mitigazione.
ISO 9613-2 - Attenuation of sound during propagation in outdoors - Part 2:
General method of calculation
A = Adiv+Aatm+Aground+Ascreen+Amisc
Adiv, attenuazione per divergenza geometrica
Aatm, attenuazione per assorbimento dell’aria
Aground, attenuazione per effetto del suolo
Ascreen, attenuazione per effetto di barriera
Amisc, attenuazione per combinazione di altri effetti
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Il metodo presentato dalla normativa consente di valutare le
attenuazioni ad ogni frequenza rispetto al livello effettivo di
potenza sonora LWD nella direzione di propagazione (da 63 Hz a
8000 Hz) in modo da determinare il livello in condizioni sottovento:
Ldownwind = LWD – A
[dB]
Tale valore può essere valutato anche come valore medio
ponderato A
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Attenuazione ottenibile
con diversi tipi di alberi e
foreste
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4.2.2 Attenuazione da divergenza geometrica
L’attenuazione da divergenza geometrica (sferica nel caso delle
sorgenti puntiformi qui considerate) è calcolabile
Adiv  20 log (
dove
d
)  11 dB
d0
d0 è la distanza di riferimento ( = 1 m)
d = distanza sorgente – ricevitore
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Coefficiente di attenuazione atmosferica  [dB/km]
t
RH
Frequenza [Hz]
[°C] [%] 63
125
250
500
1000
2000 4000 8000
10
70
0,1
0,4
1,0
1,9
3,7
9,7
32,8
117
20
70
0,1
0,3
1,1
2,8
5,0
9,0
22,9
76,6
30
70
0,1
0,3
1,0
3,1
7,4
12,7
23,1
59,3
15
20
0,3
0,6
1,2
2,7
8,2
28,2
88,8
202
15
50
0,1
0,5
1,2
2,2
4,2
10,8
36,2
129
15
80
0,1
0,3
1,1
2,4
4,1
8,3
23,7
82,8
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La procedura alternativa comporta l’introduzione di un ulteriore
termine di correzione della direttività a causa dell’apparente aumento
del livello di potenza sonora dovuta alle riflessioni sul terreno in
prossimità della sorgente
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Effetto di schermi (o barriere)
- massa frontale Mf > 10 kg/m2;
- non presenta crepe o interruzioni in superficie;
- è di altezza tale da limitare o impedire totalmente la vista tra sorgente
e ricevitore;
- la sua profondità misurata lungo la linea S-R è maggiore della
lunghezza d’onda alla frequenza centrale di banda considerata
L’attenuazione è definita come la differenza tra il livello di pressione
misurato al ricevitore con e senza barriera.
Sul bordo superiore:
Ascreen = Dz – Aground > 0
Lateralmente
Ascreen = Dz
Dz è l’indice di schermatura
Aground è l’attenuazione dovuta all’effetto suolo (senza barriera)
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Definiamo piano di incidenza dell’onda come il piano
individuato dalla direzione dell'onda piana incidente e dalla
normale n alla superficie di separazione tra due mezzi, nei
quali la velocità di propagazione dell'onda vale w1 e w2.
Un'onda incidente su una superficie subisce una riflessione
(riprende il proprio percorso dalla parte del mezzo attraverso
il quale inizialmente si propaga), una trasmissione (si
propaga nel secondo mezzo).
Le azioni descritte comportano che l'energia associata
all'onda sia modificata: una parte verrà associata all'onda
riflessa, una parte a quella trasmessa ed infine una parte
viene assorbita dalla superficie di incidenza (assorbimento).
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Riflessione
a)
le direzioni di propagazione dell'onda incidente I, dell'onda
riflessa R e dell'onda trasmessa T giacciono sul piano di
incidenza.
b)
l'angolo di riflessione r, rispetto alla normale al piano di
incidenza è uguale all'angolo di incidenza i;
c)
il rapporto tra il seno dei due angoli di incidenza i e di
trasmissione t è pari al rapporto tra gli indici di rifrazione dei
mezzi considerati n1 ed n2 (Legge di Snell):
Il rapporto n1/n2 è detto anche indice di rifrazione relativo al


secondo mezzo rispetto al primo.
i
r
n1
n2
t
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Riflessione del suono
L'onda riflessa da una superficie si propaga come se avesse
origine da una sorgente virtuale situata in posizione simmetrica
alla sorgente reale rispetto alla superficie di riflessione.
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Riflessione del suono
Se l'onda sonora impatta su una superficie non piana ma
concava oppure convessa, allora si ha concentrazione o
diffusione del suono:
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Superfici parallele possono causare la formazione di onde
stazionarie (per frequenze tali da verificare la distanza tra le
due pareti possa essere pari a un numero intero di
semilunghezze d’onda) e il fenomeno del flutter (riflessioni
continue e regolari con basso assorbimento)
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In un ambiente qualsiasi vi sarà una regione vicino alla sorgente
nella quale sono importanti le sue dimensioni (near field), una
seconda regione in cui è importante il campo creato dalle
riflessioni (far field). Qui, all’equilibrio, l’energia sonora riflessa
e quella assorbita si bilanciano
Tale regione è suddivisa in due parti: una (free field) in cui il
suono si comporta come in campo aperto; una seconda regione
in cui è dominante il campo riverberato (reverberant field)
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Un campo diffuso è tale se l’elevato numero delle riflessioni si
combinano cosicché la densità media di energia sonora è la
stessa nel campo.
Questa situazione è desiderata per misure delle proprietà
acustiche dei materiali (camera riverberante)
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Se la superficie su cui si riflette l'onda non è perfettamente
liscia ma, ad esempio, è bugnata o sagomata, la riflessione può
non risultare speculare.
Se la lunghezza d'onda del suono incidente risulti grande
in confronto alla distanza tra una bugnatura e l'altra: riflessione
speculare
Se la distanza tra una lunghezza d'onda e quella tra una
bugnatura e l'altra sono uguali o molto simili: riflessione
casuale (le onde sonore si confondono con le bugnature e
tendono ad essere sparpagliate in ogni direzione).
Se lunghezza d'onda del suono considerato è minore
della distanza tra una sagomatura e l'altra: riflessione
indipendente per ogni singola superficie che compone la
bugnatura
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  3,4 m
 0,34 m
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  0,034m
ECO
Definizione: è un suono distinto ed uguale a quello emesso dalla
sorgente, generato della riflessione del suono da parte di una
superficie riflettente.
Un suono riflesso che giunge all'ascoltatore
entro 0,1 secondi
dal suono originale: non viene
percepito dall'orecchio umano come un suono distinto ma come
parte del suono originario.
dopo 0,1 secondi dal suono originale: è percepito come
un suono distinto generando un eco.
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Assorbimento del suono
Quando la perturbazione sonora incontra una superficie, una
parte dell’energia viene dispersa.
L’assorbimento energetico è funzione di:
- rugosità superficiale,
- porosità;
- flessibilità;
- ….
La capacità di assorbimento si esprime con un coefficiente tra
0 e 1, variabile anche con la frequenza dell’onda incidente
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COEFFICIENTI DI CARATTERIZZAZIONE DEI
MATERIALI
·
·
·
Coefficiente di assorbimento ();
Coefficiente di trasmissione ();
Coefficiente di riflessione (),
  1
Un soggetto posto nello stesso ambiente della sorgente non rileva
alcuna differenza tra l'energia assorbita dalla parete e quella
trasmessa da essa all'ambiente adiacente:
Coefficiente di assorbimento acustico apparente = a :
a    
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NRC: Coefficiente di riduzione del rumore: è il valore
medio dei coefficienti di assorbimento delle bande di frequenza
di 250, 500, 1000 2000 Hz:
NRC 
 ( 250)   ( 500)   (1000)   ( 2000)
4
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