Argomenti trattati:
-
Normativa di
riferimento
-
Isolamento acustico
per via aerea
-
Isolamento acustico
di facciata
-
Isolamento acustico
del suono d’impatto
-
Isolamento dal
rumore prodotto dagli impianti tecnologici
-
Esercizi sull’isolamento
L’influenza dell’acustica sulla progettazione degli edifici può essere osservata attraverso i secoli, dagli antichi Greci nei loro teatri all’aria aperta fino ai giorni nostri, negli edifici in cui trascorriamo buona parte del nostro tempo per lavorare e durante il tempo libero o in casa.
La grande differenza
rispetto all’ambiente in cui vivevano gli antichi Greci, è che noi oggi siamo
esposti ad un numero sempre crescente di rumori provenienti dal vicinato, dalle
industrie, dal traffico.
Esiste una
divisione naturale nel campo dell’acustica architettonica: una parte si occupa
della distribuzione sonora, della riproduzione sonora, dei tempi ottimali di
riverbero all’interno di un ambiente e così via, l’altra parte interviene tra
una stanza e l’ambiente esterno, che può essere rappresentato da un altro
locale o dall’esterno dell’edificio stesso, e riguarda l’isolamento sonoro tra
due ambienti, trasmissioni di varia natura, come calpestio, installazioni
rumorose, traffico cittadino, ecc.
- EN 20717 Isolamento acustico degli
edifici
- EN 12354 Stima delle prestazioni
acustiche dei componenti
- EN 20140 Misure in opera e in
laboratorio
- EN 3022 Prove di laboratorio sulle
apparecchiature
- Legge 447 Legge quadro sull’acustica
- DPCM 14.11.97 Limite per le sorgenti
sonore
- DPCM 5.12.97 Requisiti acustici
passivi degli edifici
- Circolare 3150 del Ministero dei LLPP
del 1967 sui requisiti acustici per le scuole
La legge quadro 447 prevede l’emanazione di diversi decreti e affida all’UNI la compilazione delle necessarie norme tecniche. L’UNI recepisce tali norme dal CEN che a sua volta le recepisce dall’ISO, così in tutti i Paesi le regole sono pressoché identiche, quindi più comprensibili, inoltre le imprese sono più agevolate nel lavoro.
In particolare c’interessano le norme UNI EN 20140 e UNI EN ISO 140 e il DPCM 5.12.97 che individua diverse tipologie di edifici e ne fissa, per ciascuna, i requisiti acustici passivi. Ci sono alcune osservazioni riguardanti il decreto: i livelli per ogni categoria sono fissati indipendentemente dalla zona in cui l’edificio è situato; in tal modo la stessa specifica può essere troppo restrittiva o insufficiente, inoltre i livelli d’isolamento prescritti per alcuni edifici sono molto meno severi dei livelli prescritti per gli impianti. Infine non è chiarito l’ambito di applicazione e quindi potrebbe ritenersi esteso anche a edifici già esistenti.
Categoria A: edifici adibiti a residenza o assimilabili; |
Categoria B: edifici adibiti ad uffici ed assimilabili; |
Categoria C: edifici adibiti ad alberghi, pensioni ed attività assimilabili; |
Categoria D: edifici adibiti ad ospedali, cliniche, case di cura e assimilabili; |
Categoria E: edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili; |
Categoria F: edifici adibiti ad attività ricreative o di culto o assimilabili; |
Categoria G: edifici adibiti ad attività commerciali o assimilabili. |
Tabella A
Classificazione
ambienti abitativi
Categorie di cui alla Tab. A |
Parametri |
||||
Rw
(*) |
D2m,nT,w |
Ln,w |
LASmax |
LAeq |
|
1. D |
55 |
45 |
58 |
35 |
25 |
2. A, C |
50 |
40 |
63 |
35 |
35 |
3. E |
50 |
48 |
58 |
35 |
25 |
4. B, F, G |
50 |
42 |
55 |
35 |
35 |
Tabella B
Requisiti acustici
passivi degli edifici, dei loro componenti e degli impianti tecnologici
(*) Valori di Rw
riferiti a elementi di separazione tra due distinte unità immobiliari.
Un qualsiasi suono,
di origine interna o esterna ad un edificio si trasmette attraverso le pareti,
il soffitto o il pavimento percorrendo sia cammini aerei che strutturali. E’
usuale distinguere il suono, che generato in un ambiente si propaga in un
altro, in suono generato per via aerea
o per via strutturale. Entrambi
coinvolgono la propagazione attraverso strutture solide solo che nel primo tipo
la struttura è eccitata da onde sonore, nel secondo tipo da forze applicate
direttamente. Ad esempio le voci avvertite in una stanza vicina sono suoni
generati per via aerea, i passi al piano superiore sono generati per via
strutturale.
Figura 1
Modi di trasmissione del suono tra due stanze:
- per via diretta;
- fuga acustica;
- per vie strutturali.
Una parete che separa due ambienti, quando è investita da onde sonore, è forzata a vibrare e il campo di vibrazione che consegue è il diretto responsabile della propagazione del suono nei locali adiacenti. Per “limitare i danni” bisogna ridurre l’ampiezza delle vibrazioni, e qui entrano in gioco le proprietà dinamiche della struttura, quelle elastiche, quelle inerziali e quelle dissipative.
Figura 2
Misure in laboratorio: le misure in laboratorio (fig. 2) vengono
effettuate per determinare le proprietà isolanti dei materiali o per indagini
tendenti a stabilire dati di progetto o di specifica. Possono anche servire a
stabilire la rispondenza dei materiali da costruzione alle normative
internazionali o locali.
Le camere di
prova del laboratorio vengono costruite prestando la massima attenzione ad
evitare ogni possibile fuga, in modo che durante il test tutta l’energia
pervenga nella camera ricevente esclusivamente attraverso la parete di prova.
Solitamente la fonte di suono emette rumore in banda larga filtrato in terzi
d’ottava, ad esempio il rumore rosa si addice a tale operazione perché usando i
filtri in terzi d’ottava l’energia trasmessa rimane costante. La misura della
pressione sonora è effettuata sia nella camera ricevente sia in quella
emittente tramite fonometri a valle dei quali avviene la registrazione dei
livelli dei segnali.
Il potere fonoisolante R è definito come dieci volte il logaritmo in base dieci del rapporto tra potenza sonora incidente W1 sulla parete e potenza sonora W2 trasmessa dal provino alla stanza adiacente
(1)
Il potere fonoisolante dipende dalla frequenza f del suono, infatti è misurato ottava per ottava, e anche dalla densità superficiale s del divisorio cioè dalla massa per unità di superficie. Per una parete solida omogenea, la curva del potere fonoisolante in funzione della frequenza, può essere divisa in diverse regioni secondo l’influenza delle caratteristiche specifiche della parete sulla riduzione sonora come in fig. 3.
Figura 3
- Regione I: tratto discendente rigidità, tratto oscillante fenomeno della risonanza;
- Regione II: R è descritto dalla legge di massa e aumenta di 6 dB per ogni ottava;
-
Regione III: fenomeno
della coincidenza.
Un’altra definizione della stessa grandezza R si trova nel testo della norma UNI EN 140-3, che è derivata dalla (1) sotto le condizioni di diffusione dei campi sonori nelle due stanze e d’irraggiamento del suono nella camera ricevente solo da parte del provino; solitamente questa condizione è ottenuta tramite giunti elastici che isolano il provino dal resto del laboratorio. Il parametro R è misurato dalla differenza dei livelli sonori nelle due stanze, ricevente ed emittente, tenendo conto dell’assor-bimento della camera ricevente.
(2)
L1= livello pressione sonora camera di emissione
L2= livello pressione sonora camera ricevente
S= area della parete di divisione
A2= assorbimento camera ricevente
Il fattore di
correzione per misure in laboratorio include la superficie del campione in
prova S e l’assorbimento della
camera ricevente A2 in m2,
che può essere determinato dal volume e dal tempo di riverberazione della
camera con la seguente formula per poi essere sostituito nella (2).
(3)
Misure in campo: tipo di misure effettuate per verificare che una costruzione o elementi di
essa siano stati messi in opera in modo tale da rispettare le normative oppure
per ricorrere a contromisure se un ambiente è poco usufruibile o se provoca
disagio all’utente a causa di parametri acustici sballati. Le misurazioni sono
eseguite come quelle in laboratorio con apparecchiature molto più maneggevoli e
meno ingombranti per motivi di praticità.
Per le misure
in situ si utilizza R’ potere
fonoisolante apparente, l’apice significa che è una grandezza usata nelle
misure in opera. R’ come R dipende molto dalla frequenza e dalla
massa per unità di superficie ed è così definito:
(4)
W1= potenza sonora incidente su parete di prova,
W2= potenza sonora trasmessa attraverso la parete di
prova,
W3= potenza sonora trasmessa da elementi laterali o
da altri componenti.
In ipotesi di
diffusione dei campi sonori la norma UNI EN 140-3 definisce la stessa grandezza
come:
(5)
nel potere fonoisolante apparente la potenza sonora trasmessa nell’ambiente ricevente è correlata alla potenza sonora incidente sul provino come nella (2), indipendentemente dalle condizioni effettive di trasmissione.
Un’altra
definizione comunemente usata è la Differenza
standardizzata dei livelli DnT che prevede di riferire il tempo
di riverberazione della camera ricevente al livello standard di 0.5s.
(6)
T2= tempo di riverbero nella camera ricevente.
Se il tempo
di riverbero in una stanza ammobiliata si mantiene su valori di circa mezzo
secondo, DnT corrisponde
abbastanza bene all’effettivo isolamento sonoro sperimentato in soggiorni o
camere da letto. R’ tiene conto
delle dimensioni della stanza, pertanto in quelle piccole come i bagni è più
facile da ottenere rispetto a DnT.
Per grandi stanze R’ è il più
restrittivo tra i due.
Può tornare
utile avere un unico valore, al posto di R,
che descriva il potere fonoisolante di un divisorio indipendentemente dalla
frequenza; per questo è stato introdotto l’indice
del potere fonoisolante Rw
che troviamo nel DPCM 5.12.97. Le regole per il calcolo dell’indice si
trovano nella norma UNI 8270. Si utilizza la curva normalizzata ISO 717-1, le
cui frequenze vanno da 100Hz a 3150Hz in intervalli di terzi di ottava; nelle
basse frequenze la pendenza è di 3dB per ottava che passa a 1dB per ottava alle
medie e si annulla alle alte. Per passare da R a Rw occorre pesare i livelli
sperimentali con la curva ISO, traslandola verso il basso dB per dB, fino a
quando la somma delle differenze positive tra curva ISO e dati sperimentali non
è inferiore a 32 (con dati espressi in terzi di ottava) e quindi si legge il
valore corrispondente a 500Hz, della curva di riferimento, che è Rw.
Algebricamente:
(7)
N= numero di
valori,
n= numero
di punti in cui la curva normalizzata è sopra a quella sperimentale.
Per ottenere l’indice devo diminuire unità per
unità n, cioè traslare in basso la curva normalizzata, finchè la disuguaglianza
non è verificata.
Per
concludere è opportuno fare una distinzione tra potere fonoisolante e
fonoassorbimento poichè molte volte si pensa che un buon materiale
fonoassorbente impedisca al suono di attraversarlo; se prendiamo una stanza con
pareti fatte da semplici mattoni forati e tappezzata con moquette e suoniamo
musica ad alto volume, il suono sarà chiaramente avvertibile al di fuori del
locale, anche se questo è poco riverberante; se ora suoniamo la stessa musica
allo stesso volume in una stanza con dei muri molto massicci (p.es. s= 600 Kg/m2) l’isolamento sarà ottimo malgrado la stanza sia molto
riverberante. Questo perché il potere fonoisolante, nella regione II di fig. 3,
è fortemente dipendente dalla legge di massa. Quest’ultima ci dice che al
raddoppio della massa di un divisorio singolo R aumenta di 3 dB, da ciò si capisce che tali pareti non sono dei
buoni isolanti a meno di usare materiali molto pesanti che però caricano
parecchio le strutture e inoltre risultano poco pratici per esempio nelle
frequenti ridisposizioni dei locali di un ufficio. Quindi per avere un buon
isolamento acustico si utilizzano pareti doppie (fig. 4), costituite da due
tramezzi non rigidamente connessi separati da un’intercapedine che può essere
vuota o riempita con materiale fonoassorbente, p.es. lana di roccia, per
evitare fenomeni di risonanza. Da risultati sperimentali il potere fonoisolante
R delle doppie pareti tende alla somma dei poteri fonoisolanti dei
singoli tramezzi.
Figura 4
Modelli di parete doppia con differenti densità
superficiali di massa
Il DPCM
5.12.97 stabilisce che le prestazioni d’isolamento acustico delle facciate
vengano rilevate in opera secondo la norma UNI 107008-2 misurando l’isolamento acustico di facciata standardizzato D2m,nT definito
da:
(8)
L1,2m= livello esterno di pressione sonora rilevato a 2 metri dalla facciata,
prodotto dal rumore del traffico o da un altoparlante con incidenza 45°,
L2 = livello di pressione sonora
medio nell’ambiente ricevente, valutato a partire dai livelli misurati nello
stesso ambiente mediante la seguente formula:
(9)
le misure dei livelli Li devono essere eseguite in numero di n per ciascuna
banda di terzi d’ottava; n è il numero immediatamente superiore ad un decimo
del volume dell’ambiente; in ogni caso il valore limite di n è 5.
T= tempo di riverberazione dello stesso ambiente ricevente.
Figura 5
Facendo un confronto con gli altri Paesi europei si nota che i parametri
usati sono differenti; ad esempio Germania e Austria utilizzano il potere
fonoisolante risultante R’res per specificare il
valore limite per la prestazione acustica della facciata che è ottenuto dalla
media pesata del potere fonoisolante dei vari componenti della facciata. R’res è
confrontabile con D2m,nT a meno di termini correttivi che
tengono conto delle dimensioni dell’ambiente interno, della forma della
facciata e della trasmissione sonora laterale. Danimarca e Svezia impongono
solo valori limite per il livello sonoro all’interno; la Francia utilizza un
parametro simile al nostro. La normativa italiana non prevede una divisione in
fasce acustiche del territorio, ad esempio gli stessi valori devono essere
rispettati da una scuola all’interno di un parco e da una vicino alla stazione.
Per ottenere l’indice di valutazione
per l’isolamento di facciata D2m,nT,w occorre conoscere il
potere fonoisolante dei diversi elementi che compongono la facciata; le
procedure di calcolo per ottenere l’isolamento acustico delle diverse strutture
sono contenute in un apposito progetto di norma UNI 8270.
PAESE |
GRANDEZZA |
SORGENTE DISTURBANTE |
VALORE LIMITE |
|
Austria |
R’res,w |
Livello sonoro all’esterno (dB (A)) |
|
|
Diurno |
Notturno |
|||
<55 |
<45 |
33 dB |
||
56-65 |
46-55 |
38 dB |
||
66-70 |
56-60 |
43 dB |
||
71-75 |
61-65 |
48 dB |
||
76-80 |
66-70 |
53 dB |
||
81-85 |
71-75 |
58 dB |
||
>85 |
>75 |
63 dB |
||
Germania |
R’res,w |
Livello sonoro all’esterno (dB (A)) |
|
|
<55 |
30 dB |
|||
56-60 |
30 dB |
|||
61-65 |
35 dB |
|||
66-70 |
40 dB |
|||
71-75 |
45 dB |
|||
76-80 |
50 dB |
|||
>80 |
Da luogo a luogo |
|||
Francia |
DnAT |
In presenza di strade o ferrovie |
>30-45 dB(A) |
|
Aeroporti |
>35 dB(A) |
|||
Italia |
D2m,nT,w |
Non specificato |
40 dB |
|
Danimarca |
LA,eq,24h |
Strade |
<30 dB |
|
Ferrovie |
<30 dB |
|||
Svezia |
LA,eq,24h |
Strade |
<30 dB |
Tabella C
Valori limite per l’edilizia residenziale definiti da diversi documenti normativi di Paesi europei con riferimento alle grandezze di colonna 2.
Isolamento acustico del suono d’impatto
Un rumore di passi su un pavimento o sulle scale è spesso maggiormente
udibile in altre stanze che non in quella dove è prodotto, perché le vibrazioni
prodotte sulle strutture del fabbricato si propagano per via solida a tutto
l’edificio praticamente senza alcuno smorzamento. Il sistema per ridurre il
rumore generato dal calpestio consiste nel realizzare pavimenti flottanti al
fine di evitare ponti acustici o più semplicemente porre tappeti o moquette sui
pavimenti. Anche per il calpestio il livello di rumore si misura in laboratorio
e in situ. Quando si vogliono determinare le proprietà fonoisolanti di un
pavimento si pone una macchina normalizzata da calpestio (fig. 6) su di esso,
che è costituita da 5 martelli in linea del peso di 0.5 Kg che cadono da
un’altezza di 40 mm con ritmo di percussione medio di 10 colpi al secondo; al
piano sottostante si misura il livello di pressione sonora con una rete di
microfoni in modo da avere un valore medio, poi il segnale è filtrato in bande
di terzi d’ottava e memorizzato.
Figura 6
Misure in laboratorio: la norma UNI EN ISO 140-6 definisce il livello di pressione sonora da impatto normalizzato Ln di un pavimento di 10 m2 senza trasmissioni laterali come
(10)
L2= livello di pressione sonora nella camera ricevente (piano sottostante)
A2= assorbimento camera ricevente, che può essere ricavato conoscendo il tempo di riverbero e il volume da (3)
Figura 7
Misure in campo: la norma UNI EN ISO 140-7 definisce il livello di pressione sonora da impatto normalizzato L’n con trasmissioni laterali come
(11)
e definisce anche il livello di pressione sonora da impatto standardizzato L’nT come
(12)
T2= tempo di riverberazione della camera ricevente.
Per determinare l’indice di valutazione Ln,w, secondo la norma UNI 8270, la procedura è simile a quella vista in precedenza per l’indice di valutazione del potere fonoisolante. Si utilizza la curva normalizzata ISO 717-2, che ha un andamento complementare alla 717-1, e che va traslata verso l’alto fino a quando la somma delle differenze positive tra la curva sperimentale e la curva ISO è minore di 32 (con le frequenze in terzi di ottava); a questo punto Ln,w è dato dal valore della curva di riferimento a 500Hz.
Della stessa natura dei rumori di percussione sono quelli generati da macchine in movimento (ascensori, impianti di riscaldamento e di condizionamento) o da impianti fissi (scarichi idraulici, bagni, ecc.). La struttura dei tubi ed il loro rigido ancoraggio alle pareti sono un sistema atto a vibrare e a trasmettere alle altre strutture le oscillazioni che si originano in un punto qualsiasi dell’impianto.
Per ovviare a questi problemi sono stati studiati giunti elastici con collare in gomma (figura 8) a cui collegare le tubature e, in fase di progetto, calcolare le giuste sezioni dei tubi e la velocità dei fluidi che vi scorrono dentro.
Figura 8
Collegamenti antivibranti per tubazioni.
Bisogna però anche intervenire sugli impianti in movimento, separando le superfici di appoggio di caldaie o motori con opportuni strati antivibranti in gomma (silent block) che smorzano le vibrazioni che altrimenti si propagherebbero nell’edificio.
Il DPCM 5.12.97 dà le seguenti definizioni
LASmax= livello massimo di pressione sonora, ponderata A con costante di tempo slow,
LAeq= livello continuo equivalente di pressione sonora, ponderata A,
e valori limite di entrambe:
LASmax= 35 dB(A) con
costante di tempo slow per i servizi a
funzionamento discontinuo,
LAeq= 25 dB(A) per i servizi a funzionamento continuo,
la misura va eseguita nell’ambiente con livello di rumore più elevato con l’accortezza che tale ambiente sia diverso da quello in cui è la sorgente, perché i limiti imposti non sono riferiti agli impianti ma al rumore che propagano in un edificio.
Esercizi sull’isolamento
Esercizio 1- Determinazione del potere fonoisolante
di una parete in laboratorio
Figura 9
La sorgente sonora sia nella stanza 1, sia Sp la superficie del provino, siano V2 il volume e TR2 il tempo di riverbero della camera ricevente 2. La misura è effettuata solo a 500Hz.
Dati:
L1=
80 dB, L2= 55 dB, TR2= 2.5s, Sp= 10m2, V2= 50m3.
Soluzione:
Utilizzando la definizione di R (formula (2)) e la (3) ottengo:
Esercizio 2- Determinazione del livello L2
della camera ricevente
Figura 10
La sorgente sonora sia nella stanza 1, sia Sp la superficie del provino, siano V1 e V2 i volumi, TR1 e TR2 i tempi di riverbero rispettivamente delle camere sorgente 1 e ricevente 2, sia t il coefficiente di trasmissione del divisorio, sia Lw il livello di intensità sonora e W l’intensità sonora.
Dati:
V1=
50m3, V2=60m3, TR1=1.6s, TR2= 2s, t= 0.01, W= 1w.
Soluzione:
dalla formula (2) ottengo
L1 è ottenibile dall’equazione del campo riverberante (13),
(13)
sostituendo alla sommatoria l’assorbimento della camera A1 dato da (3), in (13) ottengo L1, mentre Lw è, come da definizione di livello,
(14)
mentre
R lo ricavo da t
(15)
Sfruttando
ancora (3) per determinare A2 e
(2) per L2 trovo:
Esercizio 3- Determinazione di Dnw
Vengono forniti L1, L2 e TR2 per cinque frequenze e la curva di riferimento, sia V=50m3 il volume del locale.
Frequenza Hz
|
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
L1 dB |
80 |
85 |
87 |
88 |
88 |
L2 dB |
50 |
45 |
38 |
30 |
35 |
TR2 s |
1 |
0.8 |
0.6 |
0.4 |
0.3 |
Curva rif. dB |
36 |
45 |
52 |
55 |
56 |
Tabella
D – Dati del problema
Soluzione:
Per ricavare Dn alle cinque frequenze utilizzo (16) e (3) per ottenere A
(16)
Figura 11
Con il seguente foglio excel viene calcolato Dnw per prove successive, cioè fino a quando la somma degli scostamenti positivi (differenza tra curva di rif. e dati) è maggiore di 10 essendo N=5. Il calcolo fa riferimento alla formula (7) e alla procedura presente nel paragrafo relativo al rumore per via aerea. Il risultato è Dnw= 49 dB.
Esercizio 4- Determinazione di L’nw
Vengono forniti L’n per cinque frequenze assieme alla curva di riferimento.
Frequenze Hz
|
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
L’n dB |
50 |
52 |
53 |
52 |
43 |
Curva rif. dB |
67 |
67 |
65 |
62 |
53 |
Tabella E- Dati del problema.
Figura 12
Con il seguente foglio excel viene calcolato L’nw per prove successive, cioè fino a quando la somma
degli scostamenti positivi (differenza tra dati e curva di rif.) è maggiore di
10 essendo N=5. Il calcolo fa riferimento alla formula (7) e alla procedura descritta
nel paragrafo relativo al rumore da calpestio. Il risultato è L’nw = 51 dB.