RCF-Seminar-2016 - Angelo Farina

Programma corso:
•Propagazione in campo libero, sorgenti puntiformi
•Propagazione in campo libero, sorgenti lineari
•Attenuazione in eccesso, assorbimento aria, vento, ostacoli, schermi
antirumore
•Rumore ambientale prodotto dalle infrastrutture di trasporto e relativi limiti di
legge
•Rumore ambientale prodotto da sorgenti fisse e relativi limiti di legge
•Tecniche di misura del rumore ambientale all'esterno ed all'interno
25 gennaio 2016
1
Elementi di base di Acustica
Angelo Farina
Dip. di Ingegneria Industriale - Università di Parma
Parco Area delle Scienze 181/A, 43100 Parma – Italy
[email protected]
25 gennaio 2016
2
Sorgente sonora (1):
Sorgente sonora: superficie piana che si muove di moto
armonico semplice ad una estremità di un condotto di
lunghezza infinita nel quale si trova un mezzo elastico in
quiete.
Rarefazioni
Compressioni
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
3
Sorgente sonora (2):
La superficie del pistone si muove di moto armonico semplice:
•
spostamento =
s = so cos(t),
•
velocità =
v = ds/dt = -so sen ( t),
•
accelerazione =
a = dv/dt = - 2 so cos( t),
dove so rappresenta il valore dello spostamento massimo della
superficie del pistone.
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
4
Mezzo elastico:
Le proprietà elastiche e la massa del mezzo elastico stabiliscono la
“velocità” con cui la perturbazione si trasmette e la quantità di
energia meccanica trasferita dalla sorgente nella unità di tempo (W).
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
5
Velocità di propagazione e lunghezza d’onda:
La perturbazione, generata nel mezzo elastico dal movimento delle
particelle a contatto con la superficie vibrante della sorgente, si
propaga con una velocità “c0” che, nel caso dell’aria secca e alla
temperatura t (°C), vale:
405  t  273
• c0 =
(m/s)
la lunghezza d’onda “”, fissata la frequenza “f” del moto
armonico della sorgente, dipende dal valore della velocità c0 secondo
la relazione:
•
c0

f
25 gennaio 2016
(m)
Elementi di base di Acustica
6
Legame frequenza-lunghezza d’onda:
All’aumentare della frequenza si riduce la lunghezza d’onda della
perturbazione sonora
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
7
Velocità di propagazione in mezzi diversi:
• Velocità del suono in aria @ 20°C
• Velocità del suono in mezzi diversi
 340 m/s
• Velocità
distillata
del
25 gennaio 2016
suono
in
acqua
Elementi di base di Acustica
8
Grandezze fisiche:
Le grandezze fisiche più importanti che caratterizzano
Elementi di base di Acustica sono:
• Pressione sonora
p
Pa
• Velocità delle particelle
v
m/s
• Densità di energia sonora D
J/m3
• Intensità sonora
I
W/m2
• Potenza sonora
W
W
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
Grandezze di
campo
Grandezze
energetiche
9
Legame fra p e v:
In un’onda piana e progressiva, pressione e velocità delle particelle
sono perfettamente proporzionali e sempre in fase fra loro.
Il legame tra la velocità delle particelle del mezzo elastico “v” e
pressione acustica “p” vale:
•
p
  0  c0
v
(kg/m2 s)
dove 0 è la densità del mezzo elastico ed il prodotto 0 c0 è detta
impedenza acustica (Z) dell’onda piana (circa 400 kg/m2 s)(rayl).
In casi diversi (ad esempio onda sferica) il rapporto p/v non è più
costante, e le due grandezze possono essere sfasate (dunque Z
diventa una grandezza complessa).
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
10
Energia contenuta nel mezzo elastico:
Nel caso di onde piane in un mezzo elastico non viscoso, l’energia
per unità di volume o densità di energia sonora “D” trasferita al
mezzo è data dalla somma di due contributi:
• D
E 1
2
  0  v eff
V 2
(J/m3) - ENERGIA CINETICA
dove veff è la velocità della superficie del pistone e, per onde piane in
un mezzo non viscoso, anche delle particelle del mezzo.
2
1 p eff
D


•
2 0  c 0 2
(J/m3)
- ENERGIA POTENZIALE
essa correla una grandezza direttamente misurabile, come il valore
efficacie della pressione sonora “peff”, con l’energia
immagazzinata causa la compressione elastica del mezzo.
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
11
Energia contenuta nel mezzo elastico:
Nel caso di onde piane, i due contributi suddetti sono fra loro uguali.
Nel caso generale di onde non piane, o in presenza di onde
stazionarie (che rimbalzano avanti ed indietro) l’energia non è
equamente suddivisa fra cinetica e potenziale, ed occorre valutare
separatamente, in ciascun punto e in ciascun istante, i due contributi
e sommarli:
2

p
E 1 
2
eff
D    0  v eff 
2
V 2 
0  c 0 
(J/m3)
In generale, quindi, la valutazione corretta del contenuto energetico
del campo sonoro richiede la simultanea ed indipendente
misurazione sia della pressione sonora, sia della velocità delle
particelle (che è un vettore con 3 componenti cartesiane).
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
12
Intensità sonora:
L’Intensità sonora “I” è il parametro di valutazione del flusso di
energia in una determinata superficie.
E’ definita come l’energia che nell’unità di tempo attraversa, in
direzione normale, una superficie unitaria (W/m2).

L’intensità I è un parametro vettoriale definito da un modulo, una
direzione ed un verso:


I ( P, t )  p( P, t )  v ( P, t )
Nel caso di onde piane, in un mezzo in quiete non viscoso, tra
densità ed intensità di energia sonora, intercorre la relazione:
•
I = D · c0
25 gennaio 2016
(W/m2)
Elementi di base di Acustica
13
Potenza sonora (1):
Descrive la capacità di emissione sonora di una sorgente e viene
misurata in Watt (W). La potenza non può essere misurata
direttamente, ma richiede metodi particolari per la sua
determinazione.
La potenza sonora è un
descrittore univoco di una
sorgente sonora è, infatti,
una quantità oggettiva
indipendente dall’ambiente
in cui la sorgente è posta.
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
14
Potenza sonora (2):
Considerata una superficie chiusa S che racchiude una sorgente
sonora, la potenza acustica “W” emessa dalla sorgente è data
dall’integrale dell’intensità sonora “I” sulla superficie considerata:

W   I ( P, t )  ndS
S
Nel caso in cui la superficie chiusa S sia scomponibile in N superfici
Si elementari, l’espressione della potenza sonora diventa:
N
W   I i  Si
i 1
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
15
Livelli sonori – scala dei decibel (1):
Cosa sono i decibel e perché si usano?:
Le potenze e le intensità sonore associate ai fenomeni che l’orecchio
dell’uomo può percepire hanno un’ampia dinamica:
•
1 pW/m2 (soglia dell’udibile)  1 W/m2 (soglia del dolore)
• 20 Pa (soglia dell’udibile)  20 Pa (soglia del dolore)
Per questo motivo si fa uso di una scala logaritmica, nella quale, al
valore della grandezza in esame, si fa corrispondere il logaritmo del
rapporto tra quello stesso valore ed un valore prefissato di
“riferimento”.
Il vantaggio che deriva dall’uso della scala del decibel consiste nella
evidente riduzione del campo di variabilità  riduzione della
dinamica;
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
16
Livelli sonori – scala dei decibel (2):
Si definisce livello di pressione sonora “Lp” la quantità:
• Lp = 10 log p2/prif2 = 20 log p/prif
(dB)
@ prif = 20 Pa
Si definisce livello di velocità sonora “Lv” la quantità:
• Lv = 10 log v2/vrif2 = 20 log v/vrif
(dB)
@ vrif = 50 nm/s.
Si definisce livello di intensità sonora “LI” la quantità:
• LI = 10 log I/Irif
@ Irif = 10-12 W/m2.
(dB)
Si definisce livello di densità sonora “LD” la quantità:
• LD = 10 log D/Drif
(dB)
@ Drif = 3·10-15 J/m3.
Nel caso di onde piane, in un mezzo in quiete non viscoso (oco = 400 rayl):
• p/v= oco I = p2/oco =D·c0
25 gennaio 2016
=> quindi
Elementi di base di Acustica
Lp = Lv = LI = LD
17
Livelli sonori – scala dei decibel (3):
Si definisce infine livello di potenza sonora “LW” la quantità:
• LW = 10 log W/Wrif (dB)
@ Wrif = 10-12 W.
Ma, mentre i 4 livelli “di campo” precedenti si identificano in un unico
valore numerico (almeno nel caso dell’onda piana e progressiva), il livello
di potenza assume, in generale, un valore assai diverso, sovente molto
maggiore!
Sempre nel caso di onda piana e progressiva (pistone di area S all’estremità
di un tubo), il legame fra livello di potenza e livello di intensità è:
• LW = LI + 10 log S/So =LI + 10 log S (dB)
Questa relazione, in realtà, è sempre vera, anche nel caso di altri tipi di
onde, purchè la superficie S considerata rappresenti l’intera superficie
attraverso cui la potenza emessa fuoriesce dalla sorgente.
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
18
Sistema uditivo umano:
Il sistema uditivo umano presenta una sensibilità meno accentuata alle
frequenze molto basse (poche decine di Hz) ed a quelle elevate (oltre i
15kHz).
Per procurare la stessa
sensazione
sonora
(phon) occorrono, a
frequenze diverse, livelli
di
pressioni
sonore
diverse

suoni di stessa intensità
ma frequenza diversa
vengono
percepiti
dall’orecchio in modo
diverso.
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
19
Filtri di “ponderazione”:
La sensibilità dell’orecchio varia al variare della frequenza.
Per considerare il fatto che suoni con pari valore di SPL ma con frequenza
diversa vengano percepiti dall’uomo in modo diverso occorre utilizzare dei
filtri di “pesatura”o “ponderazione”
• filtro di ponderazione “A”,
comunemente impiegato e il cui
andamento, si conforma alla
risposta dell’orecchio umano
[dB(A)].
• filtro di ponderazione “C”,
impiegato per rumori prodotti
dagli aeromobili [dB(C)].
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
20
Livello equivalente continuo (Leq):
Il livello sonoro equivalente
continuo Leq (dB) viene definito
come:
Leq ,T
1
 10 log 
 T
T

0
p 2 (t ) 
dt 
2
prif

dove T è l’intervallo di tempo di
integrazione, p(t) è il valore
istantaneo della pressione e prif è
la pressione di riferimento
25 gennaio 2016
• Leq,T  dB (misura lineare)
• LAeq,T  dB(A) (misura pond. “A”)
Elementi di base di Acustica
21
Propagazione del suono in ambiente
esterno
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
22
Campo libero: equazione dell’onda sferica
Si parte imponendo la condizione di velocità assegnata sulla superficie di una
“sfera pulsante” di raggio R:
k = /c
numero d’onda
v(R) = v ei
max
ei = cos() + i sin()
Risolvendo l’equazione di D’Alambert per r > R, si ottiene:
vr,   vmax
R 1  ikr ik r  R  i
 2 
e
e
r 1  ikR
2
Ed infine, applicando la relazione di Eulero fra v e p, si ha:
1 R 2  i0 v max ikr R  i
pr,   
e
e
1  ikR 
r
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
23
Campo libero: effetto di prossimità
Dalle espressioni precedenti, vediamo che in campo lontano (r>>) ho:
1
p
r
1
v
r
Questo però non è più vero in campo vicino ed intermedio.
Al tendere a zero del raggio r, p e v tendono ad essere:
1
p
r
1
v 2
r
Quindi a breve distanza dalla sorgente la velocità tende a crescere molto più
che la pressione.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
24
Campo libero: effetto di prossimità
Se ho dunque un microfono che, anziché essere sensibile alla sola pressione
(omnidirezionale) è sensibile anche parzialmente alla velocità (cardioide), esso
tenderà a ricevere un segnale più forte a bassa frequenza, allorché esso è posto
a breve distanza dalla sorgente (bocca): questo è il famoso “effetto di
prossimità” usato dai cantanti per ottenere effetti di esaltazione delle basse
frequenze allorche’ “mangiano il microfono”.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
25
Campo libero: Impedenza
Calcolando l’impedenza del campo (z=p/v) abbiamo:
i0 r
Z (r ) 
(r  R)
1  ikr
Questa espressione ci dice che, quando r è grande, si ottiene la stessa
impedenza dell’onda piana e progressiva, con pressione e velocità in fase.
Viceversa, avvicinandosi alla sorgente, il modulo dell’impedenza tende a zero
(poca pressione, tanta velocità), e pressione e velocità tendono a sfasarsi di
90°.
Conseguentemente, diventa sempre più difficile per una sfera vibrante di
dimensioni piccole rispetto alla lunghezza d’onda comunicare efficacemente
energia al campo acustico.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
26
Campo libero: Impedenza
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
27
Campo libero: divergenza geometrica
Al crescere della distanza dalla sorgente, aumenta la superficie su cui la
potenza sonora emessa si distribuisce
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
28
Campo libero: divergenza geometrica
Supponendo che la sorgente emetta una potenza sonora W, si ha:
W
W
I

2
S 4r
Da cui, passando ai dB:
 W

2
I
4

r

LI  10 log
 10 log
 I0
I0



 W



2 W 
W
W
1
4

r
0 
  10 log 
 10 log
 10 log 0  10 log
 10 log r  2

 I 0 W0 
W0
I0
4






LI  LW  11  20 log r
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
29
Campo libero: propagazione
La condizione di campo libero presuppone l’assenza di superfici riflettenti ed
ostacoli che potrebbero disturbare il fronte d’onda (spazio aperto).
Il campo libero può essere ottenuto in laboratorio, nelle “camere anecoiche”,
realizzate in modo da ridurre al minimo possibile l’energia riflessa dalle pareti
che confinano la camera.
Nel caso di onde acustiche sferiche prodotte da sorgenti puntiformi, il valore
del livello di pressione sonora Lp alla distanza r dalla sorgente, risulta:
•
LI = Lp = LW - 20 log r - 11 + 10 log Q
(dB)
dove LW è il livello di potenza sonora della sorgente e Q è il fattore di
direttività.
Si può notare che ad ogni raddoppio della distanza sorgente-ascoltatore, il
livello di pressione sonora diminuisce di 6 dB.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
30
Campo libero: direttività (1)
Solitamente un campo acustico generato da una sorgente sonora ha una
emissione di energia sonora diversa secondo le varie direzioni, si definisce
pertanto il “fattore di direttività” Q come:
• Q = I / I0
dove I è l’intensità sonora nella direzione  e I0 è l’intensità sonora che
avrebbe il campo acustico in quel punto, se la sorgente fosse
omnidirezionale.
Oltre a tale valore si definisce anche l’indice di direttività D, dato dalla
relazione:
• D = 10 log Q
(dB)
Occorre notare che il valore di Q dipende dalla frequenza e che normalmente
aumenta con essa.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
31
Campo libero: direttività (2)
• Q = 1  Sorgente puntiforme sferica
• Q = 2  Sorg. punt. sfer. posta su un piano perfettamente riflettente
• Q = 4  Sorg. punt. sfer. posta in un angolo tra due sup. riflettenti
• Q = 8  Sorg. punt. sfer. posta in un angolo tra tre sup. riflettenti
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
32
Propagazione del suono in ambiente
esterno – sorgenti lineari
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
33
Campo Cilindrico Coerente
• La potenza si distribuisce su una superficie
cilindrica:
L
r
I
W
W

S 2   r  L
W
W




 2   r  L 
 2    r  L Wo 
I
 W 
LI  10  lg    10  lg 

10

lg


10

lg



 L  W   10  lg 2     10  lg r 
I
I
I
W
o
o
o
o
 o








LI  LW '  8  10  lg r 
In cui Lw’ e’ il livello di potenza per metro di lunghezza
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
34
Sorgente Lineare coerente ed incoerente
Per molte sorgenti sonore ha più senso considerare l’ipotesi di sorgente
lineare, anzichè di sorgente puntiforme: pensiamo a strade, ferrovie, alla
pista degli aeroporti, etc.

W’=dW/dx
dx
O
r
r’(x)
X
W'
I 
dx
4    r'

R
Geometria sorgente lineare - ricevitore nel caso di sorgente continua incoerente
- in questo caso la propagazione avviene con redistribuzione della potenza sonora
su un fronte di propagazione cilindrico:
Lp  LW   10 log r  6
(emissione incoerente )
Lp  LW   10 log r  8
( emissione
coerente)
In cui LW’ è il livello di potenza per metro di sorgente
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
35
Strada come sequenza di sorgenti puntiformi
d
V (km/h)
ESEMPIO:
• V = 50 km/h
• Q = 500 veicoli/h
• Lw,1veic = 90 dB(A)
Da cui:
• d = V/Q = 50000/500 = 100 m
• Lw’ = Lw,1veic – 10·log10(d) = 90 – 10·log10(100) = 70 dB(A)
Per cui, alla distanza r = 50 m, avremo un livello sonoro:
• Lp,50m = Lw’ – 10·log10(r) – 6 = 70 – 10·log10(50) – 6 = 47 dB(A)
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
36
Definizione di SEL (Single Event Level)
Il SEL e’ il livello equivalente ricompattato in un secondo
T 
SEL  Leq  10  log 10  
 T0 
T0  1s
Fokke r 50 - Espone nziale - FAST
95
SEL
Livello Sonoro in dB(A)
85
Leq
75
65
55
45
0
25 gennaio 2016
10
20
30
Tempo (s)
40
50
Legislazione sul rumore ambientale
37
Legame fra SEL e Lw’
Abbiamo stabilito che:
 Q 
Leq  Lw  10  log 10 
  10  log 10 r   6
 V  1000 
Poiche’ SEL e’ valutato alla distanza standard r = 7.5 m, ma va
riferito ad 1 solo dei Q veicoli transitati in una ora, abbiamo
 1 
SEL  Lw  10  log 10 
  10  log 10 7.5  6  10  log 10 3600
 V  1000 
SEL  Lw  10  log 10 V   9.19
Alla velocita’ V=50 km/h, abbiamo quindi:
SEL = Lw – 26.19 dB(A)
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
38
Calcolo del profilo temporale
Lw
x
O
r
v (m/s)
r’(x)
R
Profilo Temporale - Lw = 90 dB, r = 50 m
50

Lp(t )  Lw  10  log 10 r '  x   11

2

Lp(t )  Lw  10  log 10 r  v  t   11
2
2
40
Lp (dBA)

45
35
30
30
25
20
15
10
-120
-90
-60
-30
0
30
60
90
120
Tempo (s)
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
39
Effetto della velocita’
Emissione sonora vs. velocita'
95
Aerodinamica
94
Lw (dBA)
93
92
Rotolamento
91
Motore
90
89
10
20
30
40
50
60 70 80
100
Velocita' (km/h)
Il livello di potenza Lw cresce con la velocita’ a partire dai 30 km/h
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
40
Calcolo del profilo temporale
Profilo Temporale
50
45
Lp (dBA)
40
30
50
70
35
30
25
20
-120
-90
-60
-30
0
30
60
90
120
Tempo (s)
Al crescere della velocita’ il profilo diventa piu’ aguzzo
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
41
SEL al variare della velocita’
Immissione sonora vs. velocita'
65
64
SEL (dBA) a 50 m
63
62
61
60
59
58
57
56
55
10
20
30
40
50
60 70 80
100
Velocita' (km/h)
Il SEL presenta un minimo attorno ai 70 km/h
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
42
SEL al variare della velocita’
Immissione sonora vs. velocita'
65
64
SEL (dBA) a 50 m
63
62
61
60
59
58
57
56
55
0
50
100
150
200
Velocita' (km/h)
Il SEL ( e dunque Leq) presenta un minimo attorno ai 70 km/h
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
43
Propagazione del suono in ambiente
esterno – attenuazione in eccesso
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
44
Campo libero: attenuazione in eccesso
Oltre all’attenuazione dovuta alla distanza (- 20 log r ), un fronte sonoro che
si propaga nel campo libero subisce altre attenuazioni dovute a:
• assorbimento causato dall’aria
• assorbimento causato dalle superfici con cui il fronte viene in
contatto (diversi tipi di terreno, alberi e vegetazione)
• condizioni meteorologiche (pioggia, neve, nebbia, velocità del vento,
ecc)
• ostacoli (argini, dune, schermi, edifici, etc.)
per tener conto di tutti questi fenomeni si introduce nella relazione di
propagazione un generico termine L, espresso in dB, pertanto si ottiene:
• LI = Lp = LW - 20 log r - 11 + 10 log Q - L
(dB)
In genere si tratta di attenuazioni che diventano significative a notevole
distanza dalla sorgente.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
45
Campo libero: effetto del gradiente di temperatura
Figura 1: Andamento normale della temperatura e dei raggi sonori
Figura 2: Andamento della temperatura e dei raggi
sonori in caso di inversione termica
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
46
Campo libero: effetto del gradiente del vento
Figura 4: Composizione vettoriale del vento con i raggi sonori
Figura 5: Effetto di curvatura del vento sui raggi sonori
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
47
Campo libero: assorbimento dell’aria
Coefficienti di assorbimento acustico dell'aria in dB/km (dalla Norma ISO
9613-1) per alcune combinazioni di temperatura e umidità relativa
dell'aria,
Frequenze centrali di banda di ottava
T(°C)
U,R,(%)
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
10
70
0,12
0,41
1,04
1,93
3,66
9,66
32,8
117,0
15
20
0,27
0,65
1,22
2,70
8,17
28,2
88,8
202,0
15
50
0,14
0,48
1,22
2,24
4,16
10,8
36,2
129,0
15
80
0,09
0,34
1,07
2,40
4,15
8,31
23,7
82,8
20
70
0,09
0,34
1,13
2,80
4,98
9,02
22,9
76,6
30
70
0,07
0,26
0,96
3,14
7,41
12,7
23,1
59,3
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
48
Propagazione del suono in ambiente
esterno – barriere
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
49
Campo libero: barriere acustiche (1)
L’efficienza acustica di una barriera è
rappresentata dall’isolamento acustico L:
•L = (LTo) - (LTb)
(dB)
dove LTo e LTb sono i livelli sonori in un
certo punto in assenza ed in presenza della
barriera.
Nel caso più generale l’energia acustica emessa dalla sorgente (S)
raggiungerà l’ascoltatore (A) attraverso la barriera, seguendo i diversi
percorsi:
- diffrazione sul bordo superiore e sui bordi laterali della barriera (B,C,D),
- trasmissione attraverso lo schermo (SA),
- riflessioni e diffrazioni prodotte da sup. investite dal campo acustico della
sorgente (SEA).
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
50
Campo libero: barriere acustiche (2)
Nel caso di una barriera di altezza h ed infinitamente lunga,
l’energia che raggiunge l’ascoltatore è quella trasmessa per
diffrazione e l’isolamento della barriera può essere valutato
attraverso la relazione:
• Ld = 10 log (3+20 N)
per N>0
(sorg. puntiforme)
• Ld = 10 log (2+5.5 N)
per N>0
(sorg. lineare)
dove N rappresenta il numero di Fresnel definito dalla relazione:
• N = 2 / = 2 (SB + BA -SA)/
essendo  la lunghezza d’onda della perturbazione sonora e  la
diff. di cammino.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
51
Campo libero: barriere acustiche (3)
Se la barriera presenta una lunghezza finita, occorre considerare
anche la diffrazione attraverso i bordi laterali della barriera (N1, N2)
e si scriverà:
• L = Ld - 10 log (1 + N/N1 + N/N2)
(dB)
valida per valori di N, N1, N2 > 1.
Per ridurre l’influenza della diffrazione laterale (<2 dB), occorre che
la larghezza della barriera sia almeno uguale a 4 o 5 volte la sua
altezza effettiva.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
52
Grafico relazione di Maekawa
sorgente puntiforme
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
53
Grafico relazione di Maekawa
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
54
Campo libero: barriere acustiche (4)
Osservazioni:
Il valore dell’abbattimento acustico di una barriera dipende dalla
frequenza del suono emesso dalla sorgente:
•
minore è la frequenza  minore è l’abbattim. acustico ottenibile.
Per poter giungere ad una previsione della attenuazione acustica
ottenibile da una barriera è quindi indispensabile conoscere lo
spettro sonoro emesso dalla sorgente; in questo caso è possibile
giungere ad un valore globale dell’isolamento acustico della barriera
in funzione dei soli parametrici geometrici del sistema sorgentebarriera-ascoltatore.
25 gennaio 2016
Propagazione in Esterno
55
Università degli Studi di Parma
La legislazione sul rumore
ambientale
Angelo Farina – HTTP://pcfarina.eng.unipr.it – [email protected]
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
56
Argomenti
• Attuale quadro legislativo italiano
• I parametri attualmente in vigore:
– Leq,giorno
– Leq,notte
– Ldifferenziale
• I limiti attualmente in vigore
• La zonizzazione acustica del Comune di
Parma
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
57
Attuale quadro legislativo
• DPCM 1 marzo 1991
• Legge Quadro sull’inquinamento acustico (L. 447/1995)
• D.Min.Amb. 11/12/1996 (Applicazione del criterio
differenziale per gli impianti a ciclo produttivo continuo)
• DPCM 14/11/1997 (Determinazione dei valori limiti delle
sorgenti sonore)
• D.Min.Amb. 16/3/1998 (Tecniche di rilevamento e di
misurazione dell’inquinamento acustico)
• DPR 459 del 18/11/1998 (Regolamento del rumore
ferroviario)
• DPR 142 del 30/06/2004 (Regolamento del rumore
stradale)
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
58
I parametri acustici in vigore
• Livello equivalente diurno (Leq,giorno):
valore medio energetico ottenuto sull’intero periodo diurno (dalle 06
alle 22)
• Livello equivalente notturno (Leq,notte):
valore medio energetico ottenuto sull’intero periodo notturno (dalle 22
alle 06)
• Livello differenziale (Ldiff):
differenza fra i livelli equivalenti misurati su brevi periodi,
corrispondenti rispettivamente al funzionamento ed allo spegnimento di
una specifica sorgente sonora di tipo fisso.
• I primi 2 si misurano all’esterno degli edifici, il livello
differenziale si misura all’interno delle abitazioni
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
59
Esempio di Leq diurno e notturno
Microfono ad 1m dalla
facciata riflettente
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
60
Esempio di Leq diurno e notturno
Leq,1minuto - Via Duca Alessandro 20
90
Leq,giorno= 67.7 dBA
80
70
Leq (dBA)
Leq,1min
Leq,notte
60
Leq,giorno
50
Leq,notte= 57.1 dBA
40
30
22:00
00:00
02:00
25 gennaio 2016
04:00
06:00
08:00
10:00
12:00
14:00
LegislazioneOra
sul rumore ambientale
16:00
18:00
20:00
22:00
61
Esempio di Livello Differenziale
%14 - Fast Logged in Calculations
Specific 1
Residual
dB
60
Leq,amb. = 56.9 dBA
55
Leq,res = 48.7 dBA
50
Ldiff = 8.2 dBA
45
13:50:30
13:51:00
13:51:30
13:52:00
13:52:30
LAeq
Cursor: 20/09/2001 13:52:40.700 - 13:52:40.800 LAeq=55.2 dB LASMax=55.6 dB LAF(Inst)=55.2 dB
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
62
Correzione Tonale
• Se il rumore presenta un picco tonale rilevante, si applica
una maggiorazione del valore misurato pari a +3 dBA
Spettro in terzi d'ottava dei livelli minimi Fast
70
CT
65
60
Il livello di questa banda
supera di oltre 5 dB i livelli
delle due bande adiacenti
Lmin,fast (dB)
55
50
45
40
35
30
25
Frequenza (Hz)
12500
10000
8000
6300
5000
4000
3150
2500
2000
Legislazione sul rumore ambientale
1600
1250
800
630
500
400
315
250
200
160
125
100
80
63
50
40
1000
25 gennaio 2016
31.5
25
20
20
63
Correzione Tonale (2)
• Tuttavia, la maggiorazione va applicata soltanto se il picco
rilevato risulta intercettare la isofonica piu’ alta
Verifica toni puri con ISO 226
Lmin,fast (dB)
100
Spettro Sper.
90
100 Phon
80
90 Phon
70
80 Phon
60
70 Phon
50
60 Phon
40
50 Phon
30
40 Phon
20
10
30 Phon
20 Phon
10 Phon
20
25
31.5
40
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
6300
8000
10000
12500
0
Componente tonale che
NON intercetta la isofonica
piu’ alta di tutto lo spettro
Frequenza (Hz)
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
64
Correzione Impulsiva
• Se il rumore presenta un successione di eventi
impulsivi si applica una maggiorazione di +3 dBA
L’evento è impulsivo se il valore
massimo Impulse supera il
massimo Slow di almeno 6 dB
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
65
Correzione Impulsiva
• Si verifica la componente impulsiva, indi si applica la
penalizzazione di +3 dB(A), allorchè:
1.la differenza tra LAImax (Max. Impulse) ed
LASmax (Max. Slow) è per ogni evento superiore a
6 dB;
2.la durata dell’evento a -10 dB dal valore LAFmax
(Max. Fast) è inferiore a 1 s.
3.l’evento impulsivo è ripetitivo (almeno 10 volte/ora
di giorno e 2 volte/ora di notte)
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
66
Limiti di rumorosità vigenti
Classe di
I - Aree
II - Aree
III- Aree
IV - Aree
V - Aree
VI - Aree
destinazione d’uso
Leq,giorno Leq,notte
particolarmente protette
50
40
prevalentemente residenziali
55
45
di tipo misto
60
50
di intensa attività umana
65
55
prevalentemente industriali
70
60
esclusivamente industriali
70
70
GIORNO NOTTE
Livello Differenziale
5
3
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
67
Nuova
Zonizzazione
acustica del
Comune di
Parma
• Sostituisce la prima del
marzo 1998
• Adottata il 24 luglio 2003
• 60 gg. di osservazioni
• Approvazione definitiva
nel mese di luglio 2005
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
68
Il principio di scalarità
• In linea generale, occorre sempre evitare il contatto
fra aree adiacenti con classe di destinazione d’uso
che differisca di più di una classe.
VI
V
IV
III
II
I
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
69
Eccezioni al principio di scalarità
• Le classi I mantengono la loro classe anche se sono in
adiacenza ad aree di classe molto più elevata
VI
V
IV
III
II
I
25 gennaio 2016
Legislazione sul rumore ambientale
70
Misura della pressione acustica
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
71
Il fonometro
La grandezza misurata con il fonometro è, espresso in dB, il livello del valore
quadratico medio della pressione sonora prms che nel generico intervallo di
tempo T vale:
 prms 

Lp  10 log 
 p0 
25 gennaio 2016
2
T
con
Elementi di base di Acustica
prms
1
2

p
(t )dt

T 0
72
Struttura del fonometro:
La grandezza misurata con il fonometro è, espresso in dB, il livello del valore
quadratico medio della pressione sonora prms, o più semplicemente Livello
Equivalente, che nel generico intervallo di tempo T vale:
 prms 

Lp  10 log 
 p0 
25 gennaio 2016
2
T
con
Elementi di base di Acustica
prms
1
2

p
(t )dt

T 0
73
Livello equivalente continuo (Leq):
Il livello sonoro equivalente
continuo Leq (dB) viene definito
come:
Leq ,T
1
 10 log 
 T
T

0
p 2 (t ) 
dt 
2
prif

dove T è l’intervallo di tempo di
integrazione, p(t) è il valore
istantaneo della pressione e prif è
la pressione di riferimento
25 gennaio 2016
• Leq,T  dB (misura lineare)
• LAeq,T  dB(A) (misura pond. “A”)
Elementi di base di Acustica
74
Valori RMS esponenziali: Slow, Fast, Impulse
Oltre alla misura del livello mediato linearmente nel tempo T (detto anche
Livello Equivalente), i fonometri possono operare anche con una media
esponenziale, che fornisce valori di livello sonoro “istantanei” calcolati con
media esponenziale con tre possibili diverse costanti di tempo TC :
p rms   
 t
1
e T  p 2 (  t )dt
T

1
Lin, 1s
0
In cui t vale:
• TC = 1 s – SLOW

• TC = 125 ms – FAST
• TC = 35 ms in salita, 1.5 s in discesa – IMPULSE
In modalità esponenziale, il fonometro tende via via a “dimenticare” gli
eventi passati……
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
75
Calibrazione ad 1 Pa RMS (94 dB)
Il calibratore genera un tono puro ad 1 kHz, con pressione media efficace di 1
Pa:
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
76
Analisi di una registrazione calibrata
Il software elabora un tracciato temporale con la costante di tempo prescelta:
25 gennaio 2016
Elementi di base di Acustica
77