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Docente: Andrea Romani, Ingegnere - Acoustic Designer

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Mob: +39.329.89.11.982

Web: www.andrearomani.it

Materiali per l’acustica: caratteristiche e proprietà

Rumore in ambiente esterno:

• Antropico/attivitàcommerciali

• Stradale

• Ferroviario

• impiantistico

ACUSTICA

AMBIENTALE EDILIZIA ARCHITETTONICA INDUSTRIALE

Isolamento acustico delle strutture

Protezione dal rumore tra ambienti interni

Protezione dal rumore proveniente dall’esterno e impiantistico

Risposta acustica di un ambiente chiuso

• Assorbimento acustico

• Tempi di riverberazione

• Altri parametri acustici

Grandi sorgenti impiantistiche:

Propagazione in ambiente interno e verso l’esterno protezione dei lavoratori e della popolazione

Alcuni settori

Ma in realtà l’acustica è UNA e i diversi ambiti si mescolano sempre tra loro!

Andrea Romani - Acoustic Consultant&Designer - Tecnico Competente in Acustica Ambientale n. 896 R. Lazio mob: 329.89.11.982 - email: [email protected] - www.andrearomani.it

Il Tecnico Competente…o meglio, il progettista acustico

Visto l’ampio campo di azione, il Tecnico Competente deve avere una preparazione ACUSTICA eterogenea per orientarsi al meglio nei diversi ambiti.Deve inoltre acquisire conoscenze in svariati settori, non propriamente acustici, per riuscire a comprendere le problematiche che si trova ad affrontare, come ad esempio: Matematica Costruzioni Impianti: tipologie e modalità operative Meccanica Elettrotecnica Trasmissione dei segnali audio/video Elettroacustica Giuridico

….ed ogni giorno di nuovi….….molto spesso si trova anche a fare da confessore/psicologo del Cliente ;P



Nella maggior parte dei casi, non è sufficiente estrarre il dato e confrontarlo con la norma

tecnica o legge di riferimento, ma è importante analizzare il complesso dei fattori che hanno

condotto ad un risultato in modo critico ed analitico.

Purtroppo (o per fortuna) non esistono due lavori uguali nel nostro ambito!

Accade molto spesso (solo in Italia!) che veniamo chiamati a ‘mettere le toppe’, dunque a

rimediare a situazioni che potevano essere esaminate in principio al progetto.

Quei fattori che, per motivi economici o di ‘non conoscenza’ sono stati sottovalutati in fase di

progettazione, costituiscono in fase di esercizio grosse limitazioni per l’esercizio dell’attività,

dalla piccola attività commerciale, alla grande struttura alberghiera, teatro, ecc ecc

Il BUON SENSO prima di tutto!Andrea Romani - Acoustic Consultant&Designer - Tecnico Competente in Acustica Ambientale n. 896 R. Lazio

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Tutti i metodi di analisi acustica si basano su due tipologie di «misura»• Il calcolo teorico previsionale

E’ una stima ed in quanto tale è affetta da incertezza• La verifica sul campo

E’ il dato «oggettivo» che valuta la buona riuscita degli interventiNon dobbiamo dimenticare che anche la fase di verifica è affetta da incertezze dovute a:• Strumentazione utilizzata• Condizioni ambientali• Operatore• …Il nostro scopo è quello di effettuare le verifiche in modo da garantire il più possibile la RIPETIBILITA’ della misura e dunque la certezza del dato.Un fattore fondamentale da analizzare e tenere come riferimento principale in una progettazione è la DESTINAZIONE D’USO!


Assorbimento, riflessione e trasmissione

L’energia sonora che incide sulla superficie S si dividein tre componenti:• una parte riflessa dalla superficie,• una parte assorbita e dissipata sotto forma

di calore• una parte trasmessa oltre il materiale/pacchetto

alle strutture collegatePer il principio di conservazione dell’energia le tre componenti in cui si divide II sommate dovranno nuovamente dare II :

IA + IT + IR = II

L’energia sonora che incide sulla superficie S sidivide in tre componenti: una parte viene riflessadalla superficie, una parte viene assorbita ed unaparte trasmessa oltre il materiale/pacchetto


Assorbimento acustico

Controllo del suono all’interno di un ambiente(tempo di riverberazione, campo diretto, campo

riflesso, propagazione)

Isolamentoacustico

Controllo del passaggio di suoni/rumori tra due o più ambienti (non necessariamente attigui)

Assorbimento, riflessione e trasmissione


La trasmissione del suono può avvenire in due modi

per via aerea:il suono emesso dalla sorgente si propaga nell’aria fino ad incontrare l’elemento di separazione tra i due ambienti che, entrando in vibrazione, trasmette energia sonora al ricettore. L’elemento di separazione in questo caso si comporta come un mezzo passivo. Le sue proprietà condizionano la trasmissione del suono e, conseguenza, possono permetterne anche il controllo.

per via strutturale: Il suono viene generato dall’urto di due corpi solidi, di cui uno è l’elemento di separazione tra i due ambienti. In questo caso, l’elemento di separazione, sollecitato meccanicamente, genera rumore verso il ricettore, comportandosi quindi in modo attivo, essendo esso stesso la sorgente di rumore.

La trasmissione del suono


Isolamento acustico (D) – NoiseReduction:Differenza (in decibel) dei livelli di rumore misurati nella stanza sorgente e nella stanza ricevente.Questa grandezza dipende quindi dalle caratteristiche delle stanze in cui vengono effettuate le misure, come le loro dimensioni e la capacità di assorbire il suono.

Potere fonoisolante (R) – Transmission Loss:E’ una caratteristica intrinseca della struttura, indipendente dalle dimensioni e dalle caratteristiche dei locali. Questa grandezza risulta quindi utile per il confronto diretto delle caratteristiche di varie pareti.

La trasmissione del suono


ISOLAMENTO ACUSTICO

L’isolamento acustico (D) rappresenta il livello di attenuazione al rumore fornito da un

elemento di edificio inserito tra due ambienti.

Il valore si calcola in maniera banale misurando la differenza tra i livelli di rumore

presenti nei due locali, a seguito dell’attivazione di una sorgente di rumore.

D = 퐿 − 퐿

L1: livello medio di pressione sonora nell’ambiente emittente, in dB

L2: livello medio di pressione sonora nell’ambiente ricevente, in dB


ISOLAMENTO ACUSTICO

Isolamento acustico normalizzato rispetto all’assorbimento equivalente Dn

퐷 = 퐷 − 10 log 푑퐵

퐷 = 퐷 − 10 log 푑퐵

A: area di assorbimento equivalente dell’ambiente ricevente, in mq

A0: area di assorbimento equivalente di riferimento per appartamenti, assunta pari a 10 mq

T: tempo di riverberazione nell’ambiente ricevente, in secondi

T0: tempo di riverberazione di riferimento per appartamenti, assunto pari a 0,5 sec

Isolamento acustico normalizzato rispetto al tempo di riverbero DnT


POTERE FONOISOLANTE

La capacità di un ostacolo di impedire la trasmissione del suono è definita POTERE FONOISOLANTEdell’ostacolo.

La quantità di suono trasmesso oltre l’ostacolo, che nel nostro caso sarà una parete, una finestra, una porta,ecc. sarà inversamente proporzionale al POTERE FONOISOLANTE dell’elemento.

Tale relazione si può scrivere, considerando il coefficiente di trasmissione:

Il coefficiente di trasmissione e, di conseguenza, il potere fonoisolante, dipendono dalla frequenza ‘f’ del suonoincidente. Ovviamente «non esistono» suoni composti da una sola frequenza!!!!!


POTERE FONOISOLANTE

L’ostacolo (parete, porta, finestra) dovrà essere CONTINUO, ovvero non presentare PONTI ACUSTICI alpassaggio del suono.

Il potere fonoisolante dipende da:

‒ angolo d’incidenza suono‒ frequenza del suono‒ differenza ‘ρc’ (resistenza acustica del mezzo) del mezzo di propagazione e della parete su cui il suono

incide (che sarà un secondo mezzo di propagazione)‒ proprietà del materiale costituente l’ostalo: densità, Modulo di Young, velocità flessionale, ecc ecc

Ne consegue che la scelta dei materiali in acustica è MOOOOLTO IMPORTANTE!!!


L’assorbimento acustico:

• Condiziona il comportamento acustico di ogni ambiente

• Regola l’energia associata al suono diretto e a tutte le riflessioni

• Determinante in termini di riverberazione e intensità totale del campo

acustico

Assorbimento acustico:

in aria poco rilevante in piccoli spazi; può essere determinante solo in

grandi ambienti ad elevate frequenze

delle superfici determinante ai fini della risposta all’impulso dell’ambiente

Assorbimento acustico e materiali assorbenti

14Andrea Romani - Acoustic Consultant&Designer - Tecnico Competente in Acustica Ambientale n. 896 R. Lazio mob: 329.89.11.982 - email: [email protected] - www.andrearomani.it

L’assorbimento acustico:

• È dipendente dalla frequenza!!!

• Varia drasticamente da un materiale a un altro!!!

La scelta dei materiali, la loro applicazione e le modalità di installazione sono determinanti al fine

dell’ottenimento del comportamento acustico voluto dell’ambiente!

Le proprietà assorbenti dei materiali vengono quantificate attraverso il coefficiente di

assorbimento acustico frazione di energia sonora che viene assorbita da un materiale


0 < α < 1α = 0α = 1

Energia completamente riflessa

Energia completamente assorbita15Andrea Romani - Acoustic Consultant&Designer - Tecnico Competente in Acustica Ambientale n. 896 R. Lazio

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Il principio fisico alla base dell’assorbimento acustico è la conversione dell’energia sonora

incidente in calore. Questo avviene in maniera differente in relazione a tipologia e struttura

dell’elemento assorbente.

I tre meccanismi fondamentali di assorbimento sono:

• per porosità

• per risonanza di cavità

• per risonanza di membrana



I materiali porosi sono caratterizzati da forme geometriche complesse (esempio: lane minerali)

Parametri fisici dei materiali porosi/fibrosi

Vengono rappresentati come un mezzo continuo, con proprietà ‘medie’, distribuite uniformemente nello

spazio.

Porosità (hp) = volume occupato dai pori/ volume totale

I materiali che assorbono il suono con efficacia hanno porosità tra il 90% e il 95%!!!

Fattore di struttura (adimensionale) = influenza della forma geometrica della struttura del materiale sulla

propagazione dell’onda acustica. E’ determinato dai pori e dalle cavità perpendicolari alla direzione di

propagazione dell’onda

Resistività al flusso = difficoltà con cui il materiale si lascia attraversare da un flusso d’aria. Il suo valore deve

essere ottimizzato in modo che non sia così grande che le onde acustiche non possano penetrare il materiale,

né così piccolo che esse non incontrino quell’attrito necessario a far dissipare energia


Utilizzo dei materiali porosi

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I materiali porosi sono efficienti per l’assorbimento delle alte frequenze. Per agire su una determinata

frequenza ed estendere l’effetto a frequenze medie posso posizionare il materiale poroso a distanza nλ/4

dalla parete (n = numero intero dispari).

λ = 4d c/f = 4d f = c/4d

Velocità massima dell’onda sonora

In questo caso d = spessore del materiale

In questo caso d = spessore del materiale + intercapedine

Esempio:Materiale poroso con d = cm 5f = c/4d = 344/4*0,05 = 344/0,2 = 1720 Hz

Posizionando lo stesso pannello a 15 cm dalla parete ottengo:f = c/4d = 344/4*(0,05 + 0,15) = 344/0,8 = 430 Hz


Effetto dello spessore del materiale assorbente


Effetto della variazione di spessore e densità sull’assorbimento acustico dei materiali (lana minerale)

Densità costanteSpessore costante α rimane praticamente costante!

α subisce notevoli variazioni

Effetto dello spessore del materiale assorbente


Densità modale in una cavità


Rigidità dinamica

E’ un indicatore della proprietà di un materiale di smorzare una forza che eccita perpendicolarmente la sua superficie.

è il parametro fondamentale che caratterizza le guaine anticalpestio di un pavimento galleggiante.

Si ricorre al pavimento galleggiante:• per ridurre il LIVELLO DI RUMORE DA CALPESTIO tra due ambienti sovrapposti• per ridurre le trasmissione strutturale verso le pareti

푠 = 푀푁/푚F: forza dinamica perpendicolare al materialeS: superficie del provinoΔd: variazione dinamica dello spessore del materiale quando viene eccitato


Rigidità dinamica

Perchè un materiale fibroso come il cotone non è la soluzione migliore per realizzarel'isolamento acustico di un pavimento?Semplicemente perchè si schiaccia, ovvero la sua rigidità dinamica aumenta nelmomento in cui perde spessore.L'isolante acustico deve essere in grado di mantenere il suo spessore anche quandoviene sottoposto ad un carico.Questa considerazione è ancora più rilevante se consideriamo il fatto che il valore dirigidità dinamica di un materiale che viene rilevata in laboratorio per alcuni materialinon è lo stesso che viene rilevato al momento dell'utilizzo dei dati in fase di calcolo:la Rigidità dinamica apparente deve essere uguale alla Rigidità dinamica effettiva.


Rigidità dinamica

Nello specifico problema dei solai, il materiale resiliente interposto tra il solaioportante ed il massetto, deve essere in grado di smorzare le vibrazioni indotte da uncamminamento sul pavimento, evitando quindi che tali vibrazioni si propaghino alsolaio portante ed alle altre strutture ad esso connesse. Come un ammortizzatore diun auto deve essere adeguatamente “morbido”, ovvero nè troppo rigido, altrimenticonsentirebbe alle vibrazioni di trasmettersi a tutti gli elementi connessiall’ammortizzatore, nè troppo morbido altrimenti, schiacciandosi, non consentirebbedi assolvere alla sua funzione.

E’ indispensabile valutare la rigidità dinamica del materiale attraverso il certificato del produttore e valutarne anche l’andamento nel tempo.


Rigidità dinamica

Ci si imbatte molto spesso in situazioni in cui i materiali non sono stati selezionatirispetto all’utilizzo dell’ambiente ed al carico che verte su di essi.I risultati possono essere di due tipi:• Il problema esistente non è stato risolto, nonostante abbia speso dei soldi;• Il problema esistente è peggiorato, nonostante abbia speso dei soldi.

Montereste l’ammortizzatore di una Cinquecento su di un camion?


Rappresenta la proprietà meccanica di un isolante termico ed acustico di mantenere il

suo spessore nominale nelle applicazioni dei pavimenti galleggianti.

Non è un parametro direttamente collegato agli altri fattori quali rigidità dinamica o

resistività al flusso d’aria.

Viene rilevata in laboratorio applicando diversi carichi, per diverse durate temporali e

rilevando la variazione di spessore del materiale e la sua capacità di riassumere il suo

spessore iniziale dopo che è stato sottoposto al carico.

Comprimibilità


Nonostante non ci sia una correlazione diretta tra comprimibilità e rigidità

dinamica……

Un materiale che tende a ridurre nel tempo il suo spessore per deformazione, tende

a diminuire anche la sua rigidità dinamica e quindi a ridurre le sue prestazioni

acustiche.

Comprimibilità


Rappresenta l’aumento della deformazione di un materiale sotto sollecitazione

costante a compressione nel tempo.

Permette di avere una percezione sul mantenimento delle proprietà meccaniche del

materiale nel lungo periodo (per esempio, 10 anni) e, di conseguenza, alla variazione

delle caratteristiche legate allo spessore del materiale come, ad esempio, della

rigidità dinamica.

Scorrimento viscoso a compressione(o Creep Test)


Gomma sfogliata o sfilacciata proveniente dal riciclaggio

Analisi degli isolanti anticalpestiopresenti sul mercato

Polistirene elasticizzato

Granuli di gomma riciclati legati tramite

collanti chimici:

200 < densità < 1.200 Kg/mc

• Resistenza a compressione: buona

• Comprimibilità: bassa

• Rigidità dinamica: modesta

Deriva dal normale polistirene che viene compresso.Spessori a partire da 20 mm

• Resistenza a compressione: buona

• Comprimibilità: più alta rispetto agli altri

materiali

• Rigidità dinamica: buona

• Qualità della materia prima?

• Uniformità di distribuzione?



Polietilene espanso

Entrambi i materiali sulla carta hanno buoni valori di rigidità dinamica, bassi valori di resistenza a compressione ed alti valori di comprimibilità.

Chimicamente, 20-30 Kg/mc

Reticolato, 30-35 Kg/mc

In generale, quello reticolato è maggiormente «controllato» nella sua densità (densità uniforme), risulta più affidabile meccanicamente

Entrambi i materiali sono molto delicati e presentano il problema della «lacerazione»

Le differenze di qualità di questi materiali non sono visibili «ad occhio» e si corre il rischio che: Il materiale si deformi del 50% di spessore appena gettato il massetto Si deformi per un altro 10% di spessore con l’asciugatura del massetto…..e la sua durabilità nel tempo?


Il produttore fornisce tutti i dati a noi necessari nel calcolo di progetto?

Spesso NO!!!

I dati che vengono forniti sono affidabili e comprendono tutte le caratteristiche

del prodotto? Esempio: prodotti composti come fibre

minerali o di poliestere + strato bituminoso

Il produttore ci fornisce dati relativi al materiale composto o riguardano solo

lo strato prevalente?E’ stata considerata l’influenza dell’aria

sui materiali? rigidità dinamica



Non esistono soluzioni assolute e sempre replicabili.

Ogni ambiente e destinazione d’uso richiede la propria soluzione personalizzata.

Il bravo progettista acustico è la figura in grado di selezionare i giusti materiali e di mescolarli

tra loro nei migliore dei modi….. come fa un bravo pasticcere!

La corretta posa in opera dei materiali rappresenta un aspetto primario negli interventi di

risanamento acustico.

In questo lavoro non esiste l’improvvisazione ;P

In conclusione


GRAZIE PER L’ATTENZIONE!

Docente: Andrea Romani, Ingegnere - Acoustic Designer

Email: [email protected]

Mob: +39.329.89.11.982

Web: www.andrearomani.it

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