SORGEDIL - Sistemi per l'abbatimento acustico nei condomini.
Principi di fisica tecnica
I professionisti di settore sono chiamati, in sede progettuale, a soddisfare i valori imposti dalle nuove normative e quindi ad usare opportuni mezzi di controllo che attenuino la propagazione dell’energia sonora sia essa provenga dall’interno sia dall’esterno dell’edificio.
A tale scopo e senza complicati calcoli di fisica acustica, si è voluto creare un aiuto per capire gli elementi essenziali dell’acustica: le trasformazioni dell’energia sonora, la risposta dei materiali, i fattori di impedenza e di assorbimento, aggiungendo, a concludere, alcune metodologie di intervento (anche con esempi pratici), che superino la classica verifica affidata esclusivamente al peso della struttura come la “legge di massa”.
I tre elementi fondamentali attorno a cui ruota l’acustica sono:
la sorgente emissiva che genera energia
l'elemento di propagazione (aria, acqua, legno, cemento etc.);
l'elemento ricettivo (il nostro orecchio) o un elemento che registra il fenomeno (ad esempio il fonometro);
In ambito edile si possono distinguere tre tipi di rumori:
- rumori aerei (che usano l’aria come veicolo di propagazione)
rumori di impatto (generati dall’impatto di un oggetto su una parete osu di un solaio)
rumori da impianti continui e discontinui (provocati da apparecchiature come: ascensori, aria condizionata, tubazioni etc.)
Il termine suono o rumore si sviluppa in tre fasi:emissione
propagazione
ricezione
Dal punto di vista fisico é la rapida variazione di pressione atmosferica generata da un corpo vibrante es. le nostre corde vocali, il piatto di una batteria etc. (emissione), che attraversa un corpo con caratteristiche elastiche es. aria (propagazione) e che trasporta questa energia fino a raggiungere il nostro timpano (ricezione).Se trasferiamo su un grafico cartesiano le sequenze di variazione di pressione caratterizzate da un susseguirsi di compressione e rarefazione di particelle atmosferiche (300.000 /cm³), otterremo una curva sinusoidale che descriverà appunto un’onda.
Le particelle non subiscono spostamenti ma ruotano intorno alla loro posizione di equilibrio trasmettendo esclusivamente energia.
Le grandezze delle onde sonore sono
frequenza “f” espressa in Hz, equivale al numero di cicli nell’intervallo di tempo di un secondo. Affinchè queste pulsazioni possano essere percepite dall’orecchio umano esse devono essere comprese tra 20 e 20.000 Hz;
Hertz = velocità del suono (m/sec) / lunghezza d’onda (m).
lunghezza d’onda “ë” equivale alla distanza, espressa in metri, fra una compressione o una rarefazione e la successiva;
periodo “T” equivale all’intervallo di tempo tra due istanti consecutivi nei quali si ha un massimo e un minimo della pressione, ossia l’inverso della frequenza (1/f);
velocità “c” equivale alla velocità di propagazione che risulta proporzionale alla densità del mezzo attraversato;
L’onda sonora dovrà dunque usufruire di un mezzo con caratteristiche elastiche perché possa attraversare lo spazio tra l’emissione e la ricezione e la sua velocità sarà proporzionale alla densità del mezzo usato.
Usufruendo dell’aria come mezzo elastico l’energia sonora percorre 1 km in 3 secondi. Osserviamo un temporale: il tuono ed il lampo sono sincroni ma noi avvertiamo il fenomeno in tempi ditinti; ciò è dovuto alla diversa velocità di propagazione:
luce 300.000 km/sec.
suono 343 m/sec.
Avvertire con più o meno ritardo questo fenomeno ci fa intuire la distanza ed il verso di spostamento del temporale.
Esaminiamo un vecchio giocattolo:colleghiamo due bicchierini di plastica con uno spago sottile.
Conferiamo delle caratteristiche elastiche al sistema interfonico mettendo in tensione lo spago.
In questa condizione lo spago, una volta sollecitato dall’energia sonora, entrerà in vibrazione trasformandosiin veicolo di trasmissione.
Annullando la tensione il sistema diventerà anelastico; lo spago non potrà più vibrare e sarà azzeratala trasmissione.
L’ esempio sottolinea due cose fondamentali
L’assoluta necessità di avere un corpo elastico per ottenere una trasmissione acustica e di conseguenza l’importanza di usare un elemento anelastico come elemento inibente.
quanto sia facile realizzare un ponte acustico (in questo caso la sezione dello spago)
quanto sia delicato un qualsiasi sistema fonoimpedente.
Qualche formula...
La pressione sonora (P) viene misurata in Pascal (1Pa=1 N/m2) e varia da:x 10e-5 Pa < P < 2 x 103 Pa
soglia di udibilità < P < lesioni uditive
Una sorgente sonora irradia una certa potenza W misurata in watt (1W=1Nm/s.) es:
voce umana 10-6 w
Jet 104 w
La potenza W trasportata da un’onda su un fronte di superficie S (m2) si definisce intensità sonora.
I=W/S
Il campo di variabilità delle pressioni può variare con un rapporto da 1 a 10 milioni.
Il rapporto tra la pressione minima percepibile (0,00002 Pascal) e la massima sopportabile (20 Pascal), è pari ad un milione. Per evitare di lavorare su di un'area così vasta si è ricorso all'uso del logaritmo come compressore di scala.
L'impiego del logaritmo è anche giustificato dal fatto che tutte le sensazioni entrano nel nostro corpo compresse, nel senso che al raddoppio dello stimolo non c'è mai un raddoppio della sensazione.
Mettendo in relazione l'intensità sonora misurata con il fonometro e l'intensità "zero" (l ) corrispondente alla nostra soglia uditiva, si identifica il livello di intensità sonora che (espressa in dB, compressa logaritmicamente e moltiplicata per 10), sarà:
Li=10log(I/I0)
L’equivalente di pressione sonora sarà:
Lp=10log(p/p0)2=20log(p/p0)
Misurando una intensità sonora pari a zero avremo: L=L0
Li = 10log1 [log1 = 0]
Li = 10 x 0 = 0l
Raddoppiando l'intensità [ I=2I0]
Li = 10log2 [log2 = 0,3] Li = 10 x 0.3 = 3
Applicando gli stessi dati sulla pressione avremo:
Livello di pressione sonora P=P0 => Lp=0
P=2P0 => Lp=6
Ciò sta a dimostrare che al raddoppio dell’energia acustica corrisponderà un aumento di 3 dB se misuriamo il livello di intensità sonora, e di 6 dB se misuriamo il livello di pressione sonora
Questo ci fa capire come sia possibile che una matita su di un foglio di carta produca 23 dB ed un Jet 140 dB.
Certo non ci vogliono 6 matite per fare il rumore di un aereo.
Come abbiamo visto in precedenza, caratteristica importante del rumore è la frequenza, cioè il numero di variazioni di pressione sonora in un secondo; la sua unità di misura è l’Hertz (Hz).
L’orecchio umano percepisce suoni da gravi ad acuti, che variano da 20Hz a 20.000Hz (20 Hz 20KHz) sotto i quali abbiamo gli infrasuoni ed oltre i quali abbiamo gli ultrasuoni. La risposta del nostro sistema uditivo non è comunque costante; esso descrive una curva per ogni livello sonoro ed è più sensibile ai livelli medi ed alti, piuttosto che ai bassi.
È per questo che tarando l’equalizzatore di uno stereo (quindi cercando di tradurre in rette le curve dirisposta fonica), non si fa altro che alzare al massimo i bassi, diminuire i medi e alzare un pò gli alti. In sostanza si descrive una curva (detta curva di ponderazione) che verrà usata per equilibrare le risposte del nostro orecchio alle varie frequenze.
Il fonometro (apparecchio misuratore di rumori) al variare della pressione sonora, ci fornisce una risposta di tipo lineare; munendolo di un filtro si riesce ad ottenere uno strumento capace di comportarsi in maniera simile all’orecchio umano, cioè poco sensibile alle basse frequenze e molto alle alte. La curva di risposta del filtro (curva di ponderazione”A”) è esattamente simmetrica e quindi contraria a quella dell’orecchio umano .
Fonoimpedenza:
Quando l’energia sonora (W) incontra un ostacolo, si verificano fenomeni di scomposizione: parte di questa energia oltrepassa l’ostacolo (Wt energia trasmessa), parte rimbalza e viene riflessa nell’ambiente (Wr energia riflessa) e parte viene assorbita dalla struttura stessa (Wa) trasformandosi in calore Wi=Wt+Wr+Wa
Se l’obbiettivo è quello di migliorare l’isolamento acustico, si dovrà intervenire, anche in maniera diversa, su queste tre componenti, soprattutto sulla componente trasmessa Wt.
ENERGIA TRASMESSA (Wt)
Ogni elemento monolitico registra dei poteri fonoisolanti legati a due fattori: frequenza e peso.
Frequenza:
Ad ogni raddoppio di frequenza corrisponde un aumento di circa 4 dB di potere fonoisolante (R*)(*) Il potere fonoisolante, senza aggiunta di definizioni, è una misura di laboratorio; inserendo l’elemento di cui si vuole definire l’R, come parete di separazione tra due ambienti, si fa in modo che il rumore passi dalla stanza disturbata a quella disturbante solo attraverso il divisorio. La stessa misura rilevata in cantiere sopporterà interferenze dovute a transiti di energia create dalla presenza di altre vie di fuga, oltre l’unico elemento diaframmatico.
Prova sperimentale in laboratorio:
Il sistema di verifica è realizzato ad un impianto assolutamente isolato che consente un unica via di fuga.Il totale di queste trasmissioni sarà di 13 vie di conduzione sonora con le quali dovremo confrontarci. Dal punto di vista della formula l’isolamento acustico risulta essere semplicemente la differenza di livello sonoro tra i due ambienti: una buona insonorizzazione della parete restituirà un risultato elevato.
Peso:
Ad ogni raddoppio di peso corrisponde un aumento di potere fonoisolante (R) di circa 3-4 dB = legge di massa.
CONSIDERIAMO UNA MASSA DI 100 Kg/m²
- A 250 Hz determinerà un potere fonoisolante di 36 dB
A 500 Hz determinerà un potere fonoisolante di 40 dB
A 1000 Hz determinerà un potere fonoisolante di 44 dB
LEGGE DI MASSA
R = 20 log fMs - 48
Il potere fonoisolante di elementi monostrato realizzati con materiale omogeneo e con rigidità trascurabile, varia di circa 3dB quando la massa superficiale si raddoppia o si dimezza.
Se andiamo a verificare in laboratorio un elemento monolitico come la tramezza, vedremo che il grafico non è proprio così.
Avvengono dei fenomeni che la legge di massa non può prevedere perché non è stata concepita in tal senso.
RISONANZA: alle basse frequenze il comportamento del materiale assume valenze molto scomposte, dettate dalle frequenze naturali.
COINCIDENZA: alle alte frequenze, quando la velocità delle onde flessionali corrisponde alla velocità del suono nell’aria, il grafico tende a zero.
Alle basse frequenze....
Consideriamo una parete (per comodità una parete sottile in legno o acciaio vincolata ai bordi) assimilabile ad un sistema elastico; una volta sollecitata essa vibra ad una frequenza caratteristica di questa struttura ed essendo assimilabile ad un elemento bidimensionale avrà più modi di vibrare.
I primi sono caratterizzati dalle dimensioni, dalle condizioni di vincoli, dall’elasticità del sistema che governa la trasmissione del suono. Tanto meno vibra, tanto meno essa trasmette energia. La parete, a queste frequenze naturali, comincia a vibrare e trasmette energia dall’altra parte. La trasmissione di energia è favorita in corrispondenza di queste frequenze naturali.
Questo succede alle basse frequenze perché le pareti hanno grandi dimensioni; se invece consideriamo una finestra, la frequenza di risonanza si alza interessando il campo uditivo. Il piombo, ottimo materiale fonoimpedente, oltre ad avere un’ottima lavorabilità ed una consistente massa, è un materiale cedevole, quindi con una frequenza di risonanza molto bassa, abbondantemente sotto l’udibile, ed una frequenza di coincidenza oltre l’udibile per cui il campo in cui vale la “legge di massa”, è molto vasto.
Nel monolite il fattore importante è la sua massa
Ma quando un elemento monolitico non è più sufficiente, dobbiamo ricorrere ad elementi stratificati. Ricorriamo quindi ad un isolamento acustico dinamico che una sintesi fisica potrebbe identificare in un “ammortizzatore”
Esempio
Immaginiamo tre stanze A, B e C
L’energia sonora emessa dalla stanza A, a fatica raggiungerà la stanza C. L’isolamento acustico risulterà ottimo.
Più avvicineremo le due pareti, costringendo il vano B, più l’isolamento tenderà a peggiorare; l’aria, sempre più rigida, trasmetterà meglio riducendo così la fonoimpedenza.
Considerando la rigidità dell’aria tanto più elevata quanto più bassa è la sua frequenza, con l’assottigliarsi dell’ intercapedine le due pareti oscilleranno in sintonia tanto da non avere nessun beneficio dal sistema.
E`estremamente importante tener presente che l’aria trasmette in misura diversa al variare della frequenza.
A bassa frequenza è rigida e si muove in sintonia con la muratura; l’efficienza è contenuta. Ad alta frequenza, viceversa, l’aria è cedevole e quindi trasmette male il campo acustico; l’isolamento è elevato.
Se nella catena di trasmissione si inserisce anche del materiale fonoassorbente, nel momento in cui l’energia si propaga al suo interno, parte dell’energia verrà dissipata sotto forma di calore, inibendo la classica formazione di onde stazionarie che,rimbalzando da una parete all’altra, si generano all’interno dell’intercapedine.
Condizione fondamentale per un buon isolamento acustico dai vicini è garantire che i meccanismi di trasmissione da una parete all’altra risultino bassi, quindi sarà opportuno garantire che esse siano svincolate. Le murature standard non raggiungono accettabili valori di fonoisolamento.
E` in questa circostanza che all’interno della stratificazione muraria sarà necessario inserire un pannello fonoimpedente capace di soddisfare i valori imposti dalla normativa.
Un sistema dinamico può essere costruito in svariati modi ed è assimilabile ad un composto meccanico di due masse legate con una molla Il suo comportamento si diversifica al variare della frequenza: l’inizio è stabile, poi subisce un peggioramento ed infine permette di insonorizzare. Supponiamo di prendere una palla alla quale leghiamo un elastico a sua volta legato alla nostra mano. Facendo oscillare con una frequenza molto bassa la mano, la palla segue la molla senza difficoltà (A); aumentando la frequenza la palla genera delle oscillazioni superiori a quelle della mano entrando in risonanza (B).
Aumentando ulteriormente la frequenza, la palla sta praticamente ferma: l’elastico riesce a fungere perfettamente da molla, assorbendone l’energia (C).
Trasferendo l’esempio in un diagramma constateremo che a frequenze molto basse il sistema trasmette integralmente; di seguito, nell’ambito della risonanza, l’isolamento peggiora per poi iniziare a guadagnare nella terza fase.
Quindi tutti questi sistemi, sia per pareti che per pavimenti, hanno valenza nulla alle bassissime frequenze, si trasformano in amplificatore nella fase centrale, per poi trasformarsi in vero e proprio isolante nella terza fase.
L’importante sarà quindi confinare le prime due fasi al di sotto della sensibilità dell’orecchio umano,mediamente compresa tra 125 e 4000 Hz.
La SORGEDIL ha pensato ai suoi clienti, realizzando un BLOG dedicato alle domande e risposte riguardo l' insonorizzazione e l' isolamento acustico.
OPINIONI CLIENTI SUI NOSTRI ISOLAMENTI ACUSTICI
Ciao sono Claudio Cinosi, il gestore dell'ostello della gioventù Zebra Hostel di viale Regina Margherita a Milano http://www.zebrahostel.it, presso il nostro ostello abbiamo fatto eseguire i lavori di insonorizzazione dalla ditta Sorgedil di Vittorio Sorge e ci siamo trovati molto bene tanto è vero che li abbiamo ricontattati per eseguire i lavori anche nella nuova struttura Koala Hostel in via Canzio. Abbiamo scelto pareti divisorie insonorizzate in modo che i nostri ospiti possano riposare tranquilli. Gli operai lavorano con estrema precisione e pulizia e i materiali usati sono di ottima qualità. Inoltre sono molto rapidi e il prezzo è giusto per cui se in futuro dovessimo svolgere ulteriori lavori chiameremmo sicuramente la ditta Sorgedil. Grazie Vittorio, ti consiglieremo sicuramente a tutti!
Claudio Cinosi, Milano
