W - CIRIAF

Università degli Studi di Perugia
Sezione di Fisica Tecnica
Fisica Tecnica Ambientale
Lezione del 7 maggio 2015
Ing. Francesco D’Alessandro
[email protected]
Corso di Laurea in Ingegneria Edile e Architettura A.A. 2014/2015
Argomenti
ACUSTICA
• Introduzione
• Pannelli fonoassorbenti
• Strutture fonoisolanti
• Progettazione e correzione acustica di una sala
• Indici di valutazione del rumore
• Fonometro
Introduzione
Il rumore ambientale: non lo scopriamo oggi…
Perché, mi domandi, io mi rinchiuda nel piccolo arido podere
nomentano e desideri il sudicio focolare della mia casa di campagna?
A Roma, o Sparso, per un povero non esiste luogo né per pensare
né per riposare (in pace). La mattina i maestri di scuola,
la notte i fornai e per tutto il giorno
i calderai rendon la vita impossibile:
di qua l'ozioso cambiavalute scuote il
sudicio tavolo col mucchio di (monete) Neroniane,
di là il battitore pesta col lucido mazzuolo
la frantumata pietra aurifera di Spagna;
e non si placa la fanatica turba della dea Bellona,
e non smette di ciarlare il naufrago avvolto nelle bende,
né d'elemosinare il giudeo istruito dalla madre,
e neanche di gridar cessa il cisposo venditore ambulante di zolfanelli.
Chi può enumerare le interruzioni d'un indolente sonno?
Ti dirà quante mani battano in città vasi di bronzo
quando la luna tagliata (dall'eclisse) è colpita dalla magica ruota della Colchide.
Tu, Sparso, ignori questo, né puoi capirlo,
dedito ai piaceri nel confortevole palazzo di Petilia,
dove una sontuosa casa ti fa contemplare dall'alto la cima dei monti,
La maggior parte degli infermi qui (in Roma) muore cercando di dormire
e che possiedi un terreno in Roma ed un vignaiolo romano,
(ma la malattia stessa è provocata dal cibo non digerito
ed una vendemmia non superata neanche sul colle di Falerno,
a causa dello stomaco febbricitante); ma chi si può concedere il
ed un ingresso alla tua casa così ampio da far passare un carro,
meritato sonno? in Roma si dorme a caro prezzo.
E così la gente si ammala. Il transito dei carri
e che dormi in un luogo recondito, dove lingua alcuna
negli stretti vicoli contorti e le imprecazioni ai buoi che non si muovono
può turbar la quiete, ed il sole non è ammesso se tu non lo desideri.
porterebbero via il sonno al Druso e financo ad un vitello di mare.
Io son svegliato dal riso della folla che passa (per la strada),
e l'intera Roma è presso il mio letto. Quando son stanco
dei fastidi e desidero dormire, mi reco al mio podere.
Marziale, XII.57 - a Sparso
Roma
I secolo d.C.
Giovenale, Satira III.232238 - I rumori della notte
Suono vs. rumore
Source: notes by J. S. Lamancusa, Penn State University
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Suono vs. rumore
• La maggior parte delle definizioni di rumore sottintendono
una connotazione negativa
• La definizione di rumore riportata nel DPCM 1° marzo 1991 è
la seguente: qualunque emissione sonora che provochi
sull’uomo effetti indesiderati, disturbanti o dannosi, o che
determini un qualsiasi deterioramento qualitativo
dell’ambiente.
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Suono vs. rumore
• Ma cos’è un suono indesiderato?
• La definizione di “SUONO INDESIDERATO”
presuppone un giudizio umano, che è soggettivo e
dipende dal contesto.
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Suono vs. rumore
• Non tutti i suoni troppo elevati sono “rumore”!
• Molti forniscono informazioni necessari per
comprendere il mondo che ci circonda, alcuni
possono salvarci la vita.
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Suono vs. rumore
• Anche la troppa quiete può provocare disturbo!
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Suono vs. rumore
• Silenzio non vuol dire comfort e rumore non
vuol dire fastidio!
Brown, Rethinking “Quiet Areas” as “Areas of High Acoustic Quality”
• I suoni possono essere registrati (come marchi
commerciali).
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Le grandezze acustiche
 Il suono è un fenomeno fisico a carattere ondulatorio; l'intorno
dello spazio in cui esso è presente prende il nome di campo
acustico.
 Il campo acustico, a differenza di quello elettromagnetico, richiede
sempre la presenza di un mezzo materiale, solido, liquido od
aeriforme, ma comunque elastico, capace cioè di mutare la
distribuzione delle proprietà fisiche, ed in particolare della densità,
in conseguenza di sollecitazioni esterne.
Le grandezze acustiche
Il meccanismo di propagazione di un'onda sonora può essere descritto
supponendo che il mezzo elastico sede del fenomeno sia costituito da
particelle fisse nello spazio, in assenza di forze agenti. Imprimendo una
sollecitazione, la particella vibra attorno alla posizione di equilibrio ed urta
quelle adiacenti; il fenomeno si ripete per tutto il volume, determinando un
trasferimento di energia.
La densità delle particelle nel mezzo è variabile: le zone a maggiore e minore
densità si alternano nel verso della perturbazione, e strati contigui
subiscono continue trasformazioni di compressione e di espansione.
Le grandezze acustiche
Wavelenght
l
13
Le grandezze acustiche
14
Le grandezze acustiche
Velocità del suono c
Nei gas ideali dipende unicamente dalle proprietà fisiche del mezzo:
γP0
c
ρ0
γ
cp
cv
La velocità del suono in aria può essere espressa in funzione della
temperature (in °C) come:
m 
c  331.2  0.6  t    343 m/s @ 20C
s 
La velocità della luce è circa 3*108 m/s!
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Le grandezze acustiche
Velocità del suono c
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Le grandezze acustiche
La presenza del fenomeno sonoro induce una perturbazione di pressione che si
sovrappone alla pressione statica del mezzo.
La pressione acustica è la differenza tra la pressione totale P(x, y, z, t) in
presenza del fenomeno sonoro, in un certo punto dello spazio in un certo
istante, e la pressione statica del mezzo (atmosfera) P0, che oscilla a causa delle
variazioni atmosferiche, ma, in prima approssimazione, può considerarsi
costante e indipendente da x, y, z, t.
p(x, y, z, t)  P(x, y, z,t)  P0
Di solito:
20 µPa ≤ p ≤ 20 Pa
pmin = 20 µPa minima pressione acustica udibile dall’uomo con un tono puro a
1.000 Hz
P0 ≈ 100 kPa = 1 atm valore di riferimento
Le grandezze acustiche
Potenza sonora W
La potenza sonora W descrive l’abilità di una sorgente sonora di emettere
suoni e si misura in Watt (W)
La potenza sonora dipende solo
dalle caratteristiche della sorgente
e non dalle condizioni ambientali
e al contorno.
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Pressione e potenza sonora non sono la stessa cosa!
Potenza sonora W (W) e
livello LW (dB)
Intensità sonora I (W/m2) e
livello LI(dB)
Pressione sonora P (Pa) e
livello Lp(dB)
RIFERITA ALLA SORGENTE
SONORA
RIFERITE AL CAMPO
SONORO
Pressione sonora e potenza sonora sono due grandezze separate e non vanno
confuse!!
La potenza sonora è unicamente correlata all’emissione della sorgente ed è
indipendente dalla distanza da essa mentre la pressione sonora dipende dalla
propagazione e dipende quindi dalla distanza dalla sorgente e dalle altre condizioni
al contorno!!!
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Pressione e potenza sonora non sono la stessa cosa!
Analogia tra energia sonora e termica
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Le grandezze acustiche
Intensità acustica:
è l'energia trasportata dall'onda acustica che nell'unità di tempo
attraversa una superficie unitaria disposta ortogonalmente alla
direzione di propagazione
[W/m2]
dW(α β)
J(α β) 
dA n
Densità di energia acustica:
è l'energia acustica contenuta all'interno di un volume infinitesimo dV
nell'intorno di un punto di coordinate x, y, z
[J/m3]
dE
D(x, y, z, t) 
dV
Le grandezze acustiche
Pressione acustica p (x, y, z, t) e velocità di oscillazione delle particelle
u (x, y, z, t) sono variabili nello spazio e nel tempo; è utile considerare i valori
efficaci:
1 τ 2
peff (x, y, z) 
p (x, y, z,t)  dt

0
τ
1 τ 2
ueff (x, y, z) 
u (x, y, z,t)  dt

τ 0
essendo τ l'intervallo di tempo nel quale viene effettuata la media. I valori efficaci
non dipendono dal tempo, ma soltanto dalle coordinate del punto.
Se l'andamento è sinusoidale puro ed il tempo τ è pari al periodo:
2
p eff (x, y, z) 
Pmax  0,707 Pmax
2
2
ueff (x, y, z) 
umax  0,707umax
2
Le grandezze acustiche
Le grandezze acustiche hanno campi di variabilità molto estesi.
È perciò comodo ricorrere a scale di tipo logaritmico. Per le grandezze acustiche
si utilizzano i livelli in luogo dei valori assoluti. L'unità di misura dei livelli è il
decibel (dB).
Livello di potenza acustica:
con potenza di riferimento W0 = 10-12 Watt
(Normativa ANSI S1.8 - 1989).
W
LW  10  log
W0
Per una potenza acustica uguale alla potenza di riferimento W0 = 10-12 Watt , il
livello di potenza è pari a:
10 -12
LW0  10  log -12  0 dB
10
Le grandezze acustiche
Livello di pressione acustica:
L p  10  log
peff
P0
Livello di intensità acustica:
J
LJ  10  log
J0
Livello di densità di energia acustica:
D
LD  10  log
D0
2
2
 20  log
Valori numerici delle grandezze di riferimento fissati dall’ANSI:
P0 = 2∙10-5 Pa per i gas e l’aria
P0 = 10-6 Pa
per altro (tranne i gas)
J0 = 10-12 Watt/m2
D0 = 10-12 J/m3
peff
P0
Variabilità del livello di
pressione sonora
50 dB + 50 dB ≠ 100 dB!!
Lptot  Lp1  Lp2
Lptot
Lp2
 L10p1
 10log 10  10 10




Se sue suoni con la stessa intensità sono prodotti simultaneamente, il livello
risultante è incrementato di 3 dB.
Se la differenza tra i due livelli di intensità è superiore a 15 dB, l’intensità
sonora risultante è circa uguale a quella del suono di livello più elevato.
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Il comfort acustico
• Un individuo si trova nelle condizioni di comfort acustico
quando non è disturbato nella sua attività dalla presenza di
altri suoni e non subisce danni all'apparato uditivo provocati
da un’esposizione più o meno prolungata a fonti di rumore.
• Quindi comfort significa, in generale, “protezione dal rumore”,
ovvero da una qualsiasi perturbazione sonora, interna o
esterna all’ambiente, che dia luogo ad una sensazione
acustica soggettivamente giudicata sgradevole e fastidiosa.
Effetto del rumore sull’uomo
L'esposizione umana al rumore produce effetti classificabili come:
 Fastidio o annoyance
É costituito da un senso di insoddisfazione dell'individuo nei confronti dell'ambiente
sonoro circostante; è la risposta soggettiva ad un rumore di modesta intensità media, di
durata prolungata o ripetitiva.
 Disturbo
Si ha quando, all'insoddisfazione per l'ambiente sonoro circostante, si aggiunge una
qualunque alterazione temporanea delle condizioni psicofisiche dell'individuo. Nel
disturbo la risposta soggettiva al rumore induce effetti fisiopatologici.
 Danno
É una qualunque alterazione, non reversibile o solo parzialmente reversibile e
clinicamente accertabile, dello stato di salute di un individuo; l'alterazione in genere
riguarda direttamente la funzione uditiva, e può sfociare in ipoacusia o sordità, ma in
taluni casi può essere anche di tipo extrauditivo. Il danno é una risposta soggettiva a
rumori di forte intensità e di breve durata, ad esempio esplosioni, oppure ad una
prolungata e ripetitiva esposizione al rumore, di particolari ambienti di lavoro o di certi
ambienti di svago, quali le discoteche.
Effetto del rumore sull’uomo
Disability-adjusted life year
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Effetto del rumore sull’uomo
Disturbo percepito al variare delle sorgenti
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Effetti del rumore sull’uomo
Gli effetti dell'esposizione umana al rumore dipendono delle caratteristiche di intensità
media, durata e tipologia dello stimolo sonoro.
Per tipologia si intendono le caratteristiche del rumore legate alla sua composizione
spettrale ed alla evoluzione temporale della pressione sonora istantanea come, ad
esempio, le caratteristiche tonali in bassa frequenza, impulsive, a tempo parziale, etc.
A titolo indicativo sono riportati i valori dell'intensità acustica media che, per una
prolungata esposizione, possono provocare gli effetti sopra descritti. La sovrapposizione
dei valori é dovuta alle diverse reazioni soggettive degli individui, alla durata dello stimolo
acustico, alla tipologia del rumore ed al periodo, diurno o notturno, di esposizione.
INTENSITÀ MEDIA
dB(A)
EFFETTI
da 30 a 65
fastidio
da 50 a 85
disturbo
oltre 80
danno
Non è così semplice…
74,2 dB
75,1 dB
74,7 dB
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Non è così semplice…
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Indici di valutazione del rumore
Indici di valutazione del rumore
La definizione di rumore riportata nel DPCM 1° marzo 1991 è la seguente: qualunque
emissione sonora che provochi sull’uomo effetti indesiderati, disturbanti o dannosi, o che
determini un qualsiasi deterioramento qualitativo dell’ambiente.
Nello studio degli effetti del rumore sull'uomo occorre tenere presente il carattere
soggettivo ed individuale della risposta al rumore. È per tale ragione che l'approccio
metodologico seguito è di natura statistica, basato sul comportamento medio di una
comunità di persone; solo in questo modo é possibile individuare parametri oggettivi in
grado di correlare le sensazioni soggettive alle caratteristiche fisiche del suono
indesiderato.
Dal 1933 ad oggi sono stati proposti oltre 40 indici di valutazione del disturbo da rumore
per quantificare la risposta soggettiva al rumore. La definizione degli indici fa in genere
riferimento ai seguenti aspetti: composizione spettrale, livelli energetici per banda,
intensità soggettiva della sensazione, livelli statistici, interferenza con la comunicazione
verbale, tipologia del rumore (aereo, stradale, etc.), superamento del livello di rumore di
fondo, risposte e reazioni della comunità.
Curve di ponderazione
La curva di ponderazione A è quella più
usata e serve ad approssimare la risposta
dell’orecchio umano (corrisponde all’incirca
all’isofonica a 40 phon rovesciata, usata
sempre quando si valuta il disturbo).
La curva di ponderazione C viene usata in
particolare nella valutazione di suoni molto
forti a frequenze molto basse (corrisponde
all’incirca alla isofonica 100 dB).
La curva di ponderazione D è usata per il
rumore degli aerei.
Frequenza [Hz]
Correzione
Curva pond A
125
-16,1
250
-8,6
500
-3,2
1000
0
2000
1,2
4000
1
La curva di ponderazione B potrebbe essere
usata per suoni mediamente forti
(corrisponde circa alla isofonica di 70 dB,
poco usata).
Indici di valutazione del rumore
 Livello di pressione sonora ponderata A
2
 p (t) 
LpA (t)  10log A  2
 P0pA (t)
 
LpA (t)  10log
 P 
0 
dove P0 = 20 μPa è la pressione acustica di riferimento,
pA(t) la pressione acustica
istantanea ponderata A.
Il livello di pressione sonora così definito si misura in dB(A) ed è ottenuto filtrando il
segnale di pressione con un filtro ponderatore (curva A), che riproduce
approssimativamente la sensibilità dell'orecchio umano al variare della frequenza,
secondo la curva a 40 phon.
L'uso del livello di pressione sonora ponderata A si è rapidamente diffuso da quando si è
dimostrato che, nel caso di rumori a larga banda privi di componenti in frequenza
dominanti, esiste generalmente una buona correlazione fra valori di livello espressi in
dB(A) e l'entità del disturbo soggettivo associato al rumore.
Indici di valutazione del rumore
 Livello sonoro continuo equivalente ponderato A
 T LpA (t) 
1 T 10

LAeq,T  10log10  1 10 L (t) dt
 T 10 10 dt 
LAeq,T  10log10
 T0 0

pA
dove LpA(t) è il livello di pressione sonora istantanea ponderata A.
Il livello equivalente può essere visto come quel livello di pressione sonora costante
contenente la stessa energia del segnale di rumore variabile prodotto nello stesso
intervallo di tempo dalla sorgente in esame.
Indici di valutazione del rumore
 Livello di rumore ambientale LA
È un indice che tiene conto del contesto ambientale e di un tempo di valutazione pari al
tempo di riferimento TR corrispondente ad un intero periodo diurno (dalle ore 6.00 alle
22.00) o notturno (dalle ore 22.00 alle 6.00); la valutazione avviene considerando il LAeq,T
nel tempo TR prodotto da tutte le sorgenti di rumore presenti in un determinato luogo,
compreso il rumore di fondo, escludendo tuttavia eventi sonori, singolarmente
identificabili, ma di natura eccezionale per quella zona.
Al fine di rendere il livello equivalente ponderato A ancora più rappresentativo del
disturbo da rumore è stato introdotto il livello corretto Lc, che tiene conto della
distribuzione in frequenza e della rapidità dello stimolo sonoro:
Lc = LA + KI + KT + KB dB(A)
dove KI = 3 dB(A) se il rumore é caratterizzato dalla presenza di componenti impulsive, KT =
3 dB(A) se il rumore é caratterizzato dalla presenza di componenti tonali, KB = 3 dB(A) se il
rumore é caratterizzato dalla presenza di componenti in bassa frequenza.
Indici di valutazione del rumore
Secondo quanto stabilito dal DM 16 marzo 1998:
vi è componente tonale quando, effettuando un'analisi spettrale per bande di 1/3 di
ottava nell'intervallo di frequenza compreso tra 20 Hz e 20 kHz, si ha che:
1) il livello di una banda supera i livelli delle bande adiacenti per almeno 5 dB;
2) il livello della banda che soddisfa la condizione 1) tocca una isofonica uguale o
superiore a quella raggiunta dalle altre componenti dello spettro;
vi è componente in bassa frequenza se è presente una componente tonale nell'intervallo
di frequenze compreso fra 20 e 200 Hz;
dB
24/07/2000 11.07.22 - 11.07.32 Totale
Indici di valutazione del rumore
100
90
80
>5dB
70
60
50
40
30
20
10
12,50
31,50
63
125
250
500
LLFMin
Cursore: 125 Hz LLeq =83,7 dB LLFMax=83,8 dB LLFMin=83,6 dB
1000
Indici di valutazione del rumore
Secondo quanto stabilito dal DM 16 marzo 1998:
vi è componente impulsiva quando si verificano le seguenti condizioni:
1) l'evento è ripetitivo, cioè si verifica almeno 10 volte in un'ora durante il giorno e
almeno 2 volte in un'ora durante la notte;
2) misurando il livello di pressione sonora ponderato A dell'evento con costante di tempo
impulse LA,impulse e slow LA,slow, la differenza tra i valori massimi rilevati è superiore a 6 dB;
3) misurando il livello di pressione sonora ponderato A con costante di tempo fast LA,fast, la
durata dell'evento con livello pari a (LA,fast,max – 10 dB) è inferiore ad 1 sec.
Indici di valutazione del rumore
Fonte: www.spectra.it
Indici di valutazione del rumore
 Livello di rumore corretto diurno Lcd
L’indice Lc può subire una ulteriore correzione se valutato nel periodo di riferimento diurno
TR, che va dalle 6.00 alle 22.00. Tale correzione, questa volta in diminuzione, si applica se la
durata del rumore nel periodo TR diurno non supera un’ora. Il valore di Lc viene diminuito
di 3 dB(A) se la durata é compresa tra 15 minuti ed 1 ora o di 5 dB(A) se é inferiore a 15
minuti.
 Livello differenziale di rumore LD
I criteri di valutazione dell'entità del disturbo su una popolazione possono ricondursi a
due: superamento di determinati livelli limite ed entità del superamento del livello di
rumore rispetto a quello misurato in assenza della sorgente disturbante (rumore residuo).
In questo secondo caso si introduce il livello differenziale di rumore LD, che è appunto
studiato per valutare il disturbo da rumore di una specifica sorgente. L'indice è valutato in
base all'incremento del livello di rumore rispetto al livello residuo, presente quando la
sorgente specifica è disattivata.
Indici di valutazione del rumore
 Analisi statistica dei livelli
I valori istantanei di livello di pressione sonora, che si ottengono dall'acquisizione di un
segnale fluttuante nel tempo per un certo periodo di misura, possono essere, oltre che
integrati per calcolare il LAeq,T, anche analizzati su base statistica, per calcolare il livello LN
superato per l'N% del tempo dai livelli acquisiti durante il periodo di misura. I parametri
più significativi sono:
N = 90 che fornisce L90, livello superato per il 90% delle volte, che fornisce indicazioni sul
rumore di fondo;
N = 50 che fornisce L50, livello superato per il 50% delle volte, che fornisce indicazioni sul
rumore medio;
N = 10 che fornisce L10, livello superato per il 10% delle volte, che fornisce indicazioni sul
valore di picco del rumore.
Indici di valutazione del rumore
 Analisi statistica dei livelli
I materiali fonoassorbenti
Materiali fonoassorbenti vs. fonoisolanti
NON BISOGNA FARE CONFUSIONE!
Materiali fonoassorbenti:
• trasformano una buona parte dell’energia acustica che attraversa il
materiale in un altro tipo di energia (solitamente calore);
• servono per controllare le riflessioni del suono all’interno della sala
(riverberazione), per aumentare la qualità e/o l'intelligibilità di ascolto e il
comfort acustico (si parla di trattamento acustico di una sala).
Materiali (meglio strutture!) fonoisolanti:
• si oppongono alla propagazione sonora tra due ambienti o tra un
ambiente e l’esterno (o viceversa);
• La loro funzione è quella di isolare acusticamente l’ambiente nel quale ci
troviamo da suoni provenienti da ambienti attigui o dall’esterno (ad
esempio in un edificio residenziale) o, viceversa, di limitare la trasmissione
in ambienti attigui o all’esterno di suoni provenienti dall’ambiente nel
quale ci troviamo (ad esempio in un capannone industriale).
Quando un'onda sonora incide su una parete piana, l'energia acustica incidente (come
nel caso dell'energia raggiante) è in parte riflessa, in parte assorbita e trasformata in
calore all'interno della parete, in parte trasmessa oltre la parete.
In condizioni stazionarie:
Wass  Wrif  Wtra  Winc
dove
Wass = potenza assorbita
Wrif = potenza riflessa
Wtra = potenza trasmessa
Winc = potenza incidente
Coefficienti di assorbimento, riflessione
e trasmissione della parete per l'energia acustica:
W
a  ass
Winc
r
Wrif
Winc
Wtra
Winc
t
Wtra
Winc
Wrif
Wass
ar t 1
I materiali fonoassorbenti
 Un materiale è detto fonoassorbente se presenta un alto valore del
coefficiente di assorbimento in alcuni intervalli di frequenze.
 Le modalità di assorbimento del suono e gli andamenti del coefficiente
di assorbimento in funzione della frequenza dipendono dal tipo di
materiale e dal sistema d'installazione.
 Di solito si fa riferimento non proprio al solo materiale, ma
all'elemento assorbente così come viene installato (pannello).
 Esistono 3 principali categorie di pannelli assorbenti:
•
pannelli fonoassorbenti porosi;
•
pannelli forati risonanti assorbenti;
pannelli vibranti.
•
I materiali fonoassorbenti
52
I materiali fonoassorbenti
Pannelli fonoassorbenti porosi
 I pannelli fonoassorbenti porosi sono costituiti da materiale poroso avente in
superficie numerosi fori, dai quali si accede a cavità cieche di dimensioni e
forma casuali
 Quando una perturbazione acustica colpisce un pannello poroso, le particelle
d'aria all'interno delle cavità vibrano e dissipano energia per attrito.
 Maggiore è la velocità delle particelle, maggiore è la dissipazione.
Ingrandimento della struttura di una
schiuma
Particolare della disposizione delle fibre di un
materassino di kenaf
I materiali fonoassorbenti
Pannelli fonoassorbenti porosi
 Le prestazioni di un pannello poroso dipendono da:
 grado di porosità (volume d'aria nei canalicoli/volume totale del pannello);
 forma ed orientamento medio delle cavità;
 spessore dello strato poroso, che individua la posizione e l'ampiezza della
banda di frequenza per la quale il pannello è efficace.
 Il coefficiente di assorbimento di un pannello fonoassorbente poroso, in funzione della
frequenza è massimo per s*=l/4 essendo l'andamento della velocità di un tono
sinusoidale una sinusoide della stessa frequenza, con valore nullo sulla parete e
massimo a distanza pari a l/4;
 Già per distanze pari a circa s*=l/6 si raggiungono valori elevati dell'assorbimento e
convenzionalmente si adotta questo come spessore di massimo assorbimento.
 Considerando c = 340 m/s ed esprimendo s* in mm:
s* 
l
6

c
340 1000 56000


6f
6
f
f
I materiali fonoassorbenti
Pannelli fonoassorbenti porosi
 Lo spessore per il quale è efficace
il pannello aumenta al diminuire
della frequenza, così che diventa
impraticabile l'adozione di pannelli
fonoassorbenti porosi per un buon
assorbimento delle basse frequenze
(ad es. per f = 125 Hz → s*=450 mm)
Modalità di installazione:
 la dissipazione di energia è maggiore quando la velocità delle particelle
è elevata (velocità nulla sulla parete, aumenta con la distanza da essa)
 il pannello è montato distanziato, lasciando una intercapedine d'aria,
anziché incollato sulla parete.
I materiali fonoassorbenti
Pannelli fonoassorbenti porosi
frequenza di centro banda (Hz)
spessore
(m)
densità
(kg/m3)
125
250
500
1000
2000
4000
Lana di vetro
0.025
40
0,24
0,32
0,65
0,77
0,79
0,81
Lana di vetro
0.025
100
0,25
0,41
0,86
0,94
0,84
0,81
Lana di roccia
0.025
35
0,06
0,19
0,39
0,54
0,64
0,75
Lana di roccia
0.1
35
0,42
0,66
0,73
0,75
0,77
0,79
Feltro morbido
0.012
0,16
0,04
0,10
0,21
0,57
0,92
0,07
0,31
0,49
0,81
0,66
0,54
Materiali
Tessuto drappeggiato
Intonaco assorbente
(vermiculite)
0.01
0,25
0,40
0,55
0,65
0,72
0,80
Intonaco assorbente
(lana minerale)
0.02
0,08
0,16
0,52
0,87
0,98
0,98
Sughero
0.02
0,15
0,35
0,40
0,50
0,55
0,78
250
I materiali fonoassorbenti
Pannelli forati risonanti
I pannelli forati risonanti assorbenti sono costituiti da una lastra di materiale non
poroso in cui vengono praticati fori di dimensioni opportune; la lastra è installata
ad una certa distanza dalla parete e si comporta come un insieme di risonatori di
Helmholtz: cavità di volume V, delimitata da pareti rigide e collegata con
l'esterno da un’apertura, denominata collo, di lunghezza L e sezione S. Il suono
incidente fa vibrare l'aria contenuta nel collo e nella cavità di volume V.
V
cavità
L
d
collo
Onda acustica incidente
I materiali fonoassorbenti
Pannelli forati risonanti
La modalità di funzionamento di un risuonatore può essere facilmente dimostrata.
Quando si soffia nel collo di una bottiglia si produce un tono alla sua frequenza di
risonanza. L’aria nella cavità è elastica e si comporta come una molla mentre quella nel
collo si comporta come una massa che agisce sulla molla (sistema massa molla).
L’assorbimento è massimo alla frequenza di risonanza (solitamente alle medie
frequenze) e diminuisce nelle frequenze circostanti.
spring
mass
58
I materiali fonoassorbenti
Pannelli forati risonanti
 l'assorbimento acustico è massimo per la frequenza di
risonanza fr:
c
fr 
2 
dove
Af = area totale dei fori
A = area del pannello
D = distanza fra pannello e parete
h = spessore del pannello
d = diametro di ciascun foro.
Af
D  A  ( h  0.8 d )
I materiali fonoassorbenti
Pannelli forati risonanti
I
pannelli forati risonanti assorbenti sono impiegati
nell'assorbimento delle medie frequenze: variando spessore del
pannello, dimensioni dei fori, percentuale di foratura e distanza
dalla parete, si può collocare la banda di assorbimento nel
campo di frequenze desiderato.
 Inoltre, nell'intercapedine fra pannello e parete, può essere
posto materiale poroso, modificando così la frequenza di
risonanza del pannello, poiché varia la costante elastica della
cavità: si ottiene in questo modo un ulteriore controllo delle
caratteristiche assorbenti del pannello.
I materiali fonoassorbenti
Pannelli forati risonanti
Coefficiente di assorbimento di un pannello forato per 2 diversi spessori del
materiale poroso inserito nell'intercapedine
allarga la banda di assorbimento
e la sposta verso frequenze
più elevate;
all'aumentare dello
spessore di materiale, inoltre,
l'assorbimento migliora
alle basse frequenze, poiché
si combinano gli effetti di
entrambi i meccanismi di
assorbimento, per porosità e
per risonanza.
I materiali fonoassorbenti
Pannelli forati risonanti
I materiali fonoassorbenti
Pannelli vibranti
 I pannelli vibranti sono lastre piane rigide di
materiale non poroso; l'effetto assorbente è
conseguenza del sistema di montaggio del
pannello, fissato sopra un telaio ad una certa
distanza
dalla
parete,
a
formare
un’intercapedine d'aria di spessore variabile
(alcuni cm), che può essere riempita di
materiale poroso.
Materiale
poroso
S
Parete
rigida
M
Pannello
vibrante
 Il campo acustico fa vibrare la lastra rigida e
l'energia di vibrazione è ceduta al materiale
poroso, che ha un effetto smorzante.
d
I materiali fonoassorbenti
Pannelli vibranti
Coefficiente di assorbimento del
pannello:
• valori più elevati per frequenze
intorno alla propria frequenza di
risonanza;
• buoni valori del coefficiente di
assorbimento acustico alle basse
frequenze, con il
massimo
per
frequenze inferiori ai 200÷300 Hz e
tendenza a spostarsi verso frequenze
più basse all'aumentare del peso del
pannello.
I materiali fonoassorbenti
Pannelli vibranti
Strutture fonoisolanti
Trasmissione del suono attraverso le
strutture
• Il fenomeno acustico consiste in una perturbazione della
pressione atmosferica di carattere oscillatorio, che si propaga
attraverso un mezzo elastico (gas, liquido o solido).
• Modalità di propagazione del rumore:
– via diretta, quando il suono non incontra nessun ostacolo,
ovvero l’onda sonora si può propagare liberamente;
– via aerea, il mezzo di propagazione del suono è l’aria, ma vi
sono ostacoli tra la sorgente e la destinazione;
– via strutturale, il suono è prodotto direttamente
applicando forze meccaniche alla struttura dell’edificio.
Trasmissione del suono attraverso le
strutture
• Il rumore prodotto dalle fonti esterne si propaga solo per via aerea
e poi penetra all'interno dell'edificio attraverso il suo involucro. Per
questo motivo le caratteristiche tecnologiche e costruttive
dell’edificio risultano determinanti nell'offrire una maggiore o
minore resistenza alla diffusione verso l'interno delle onde sonore
provenienti dall'esterno.
• Le “aperture” (finestre, cassonetti coprirullo, griglie di aerazione)
rappresentano i punti deboli dell'edificio nella difesa dal rumore.
• Il rumore generato dalle fonti interne si propaga per via aerea e
attraverso le strutture dell’edificio.
Trasmissione del suono attraverso le strutture
Trasmissione per via aerea
Trasmissione del suono attraverso le strutture
• Rumore strutturale: A differenza del rumore aereo che è assorbito dall’aria
e si dissipa in ragione della distanza, il rumore trasmesso per via
strutturale, o rumore impattivo (calpestio, sedia che si sposta,…),
coinvolge nella sua vibrazione altri elementi, generando una sorta di
amplificazione veicolata da strutture orizzontali (solai), o verticali (pareti in
muratura), superando anche notevoli distanze.
Strutture fonoisolanti
L’isolamento acustico è una questione tecnica
di difficile soluzione perché:
 la via principale di propagazione del campo acustico è l'aria: occorre verificare
che su un isolante acustico non siano presenti aperture, in quanto si perderebbe
gran parte del vantaggio derivante dall'installazione del materiale;
 anche quando le vie aeree sono chiuse, il rumore continua a trasmettersi
attraverso il materiale di chiusura; per ottenere una riduzione più significativa si
può ricorrere alla creazione di una struttura fonoisolante, intesa come complesso
di materiali e loro disposizione architettonica finalizzati ad ottenere la riduzione
più elevata possibile del rumore trasmesso.
R muro con apertura
Influenza di aperture sul potere fonoisolante
R muro senza apertura
Un’apertura con superifice pari allo 0,1% del totale può provocare una
riduzione del potere fonoisolante di 30 dB!!
72
Strutture fonoisolanti
Quando un'onda sonora incide su una parete piana, l'energia acustica incidente (come
nel caso dell'energia raggiante) è in parte riflessa, in parte assorbita e trasformata in
calore all'interno della parete, in parte trasmessa oltre la parete.
In condizioni stazionarie:
Wass  Wrif  Wtra  Winc
dove
Wass = potenza assorbita
Wrif = potenza riflessa
Wtra = potenza trasmessa
Winc = potenza incidente
Coefficienti di assorbimento, riflessione
e trasmissione della parete per l'energia acustica:
W
a  ass
Winc
r
Wrif
Winc
Wtra
Winc
t
Wtra
Winc
Wrif
Wass
ar t 1
Strutture fonoisolanti
 Il coefficiente di trasmissione t dipende dall'angolo di incidenza φ, dalla
frequenza f, dalla velocità del suono c, dalla densità  dei materiali con cui è
costruito il divisorio:
t (  , f ,c ,  ) 
Wt (  , f ,c ,  )
Wi (  , f ,c ,  )
 A seguito della non linearità tipica dei fenomeni sonori, per caratterizzare le
pareti dal punto di vista della trasmissione dei campi acustici, si preferisce
introdurre il potere fonoisolante R, grandezza di tipo logaritmico:
R(  , f , c ,  )  10 log
1
t(  , f , c ,  )
Strutture fonoisolanti
Legge della massa
Onda sonora piana incidente ortogonalmente su una parete piana di dimensioni
infinite
R0 ( f )  20  log f  M s  42.3
Legge della massa per incidenza
normale
essendo:
Ms = massa per unità di superficie della parete (kg/m2);
f = frequenza (Hz).
Incidenza obliqua:
R0 ( f )  20  log f  M s  cos  42.3
Incidenza casuale:
Rcasuale( f )  R0 ( f )  10 log0.23  R0 
Campo acustico diffuso:
Rdiffuso( f )  R0 ( f )  5
Strutture fonoisolanti
Evidenze sperimentali:
• l'isolamento acustico aumenta con la massa della struttura fonoisolante
(se la massa superficiale raddoppia, si ha un incremento di R pari a 6 dB);
• a parità di massa per unità di superficie, le alte frequenze subiscono
un'attenuazione maggiore (se la frequenza raddoppia, si ha un incremento di R pari a
6 dB).
Strutture fonoisolanti
La legge della massa ha validità entro un
intervallo di frequenze limitato, poiché si
riferisce a condizioni teoriche ideali
(dimensioni infinite del divisorio ed elevata
inerzia, ovvero rigidità molto bassa).
Qualsiasi struttura ha invece un certo grado
di rigidità, che determina la resistenza al
movimento quando si cerca di muoverla
lentamente, cioè a basse frequenze, e
produce effetti di risonanza; infatti, se si
colpisce una struttura con un forte colpo,
oppure la si flette e poi improvvisamente la
si rilascia, essa oscilla per un certo tempo
alla sua frequenza naturale.
La struttura, se sollecitata con onde sonore
di frequenza (bassa) pari alla propria
frequenza naturale di oscillazione (effetti di
risonanza), oscilla con ampiezza maggiore,
con conseguente diminuzione di R.
Crollo del ponte Tacoma (U.S.A. 1940)
Strutture fonoisolanti
Nell'aria possono esistere solo onde di
compressione longitudinali mentre i solidi,
potendo immagazzinare energia sia sotto forma
di sollecitazione di taglio che di compressione,
possono essere sede di onde sia longitudinali
che trasversali.
In un divisorio si ha pertanto un altro tipo di
risonanza, legata al propagarsi di onde
flessionali, di tipo trasversale, la cui lunghezza
d'onda lF dipende dalle caratteristiche del
divisorio.
Quando un'onda sonora incide in modo radente
( = 90°) e la sua lunghezza d'onda coincide con
lF , una onda di compressione tende a
propagarsi lungo il pannello alla stessa velocità
dell'onda flessionale; le oscillazioni che si
instaurano fanno vibrare il pannello in direzione
perpendicolare alla sua superficie: l'effetto è
simile a quello della risonanza alle basse
frequenze, e quindi R risulta inferiore a quanto
previsto dalla legge della massa.
Strutture fonoisolanti
Per le frequenze più alte c'è sempre un
angolo d'incidenza  per il quale la
proiezione in direzione  della lunghezza
d'onda del suono (l) risulti uguale alla
lunghezza d'onda flessionale (lF).
In questo caso si verifica un effetto di
coincidenza, che ha influenza nel campo
delle medie e alte frequenze.
Strutture fonoisolanti
L'andamento del potere fonoisolante R in funzione della frequenza f
si può dunque suddividere in 4 zone:
frequenze molto basse:
R è regolato dalla
rigidità del pannello;
 frequenze intorno alla
frequenza fondamentale di
risonanza f0: R è regolato
dall'effetto di risonanza,
con irregolarità dovute alle
frequenze naturali;
 zona in cui vale la legge
della massa;
 frequenze intorno alla frequenza
critica fc: prevale l'effetto di coincidenza.
Progettazione e correzione
acustica di una sala
Diffusione dei suoni:
T60 e qualità acustica delle sale
• Il campo sonoro di un ambiente confinato è caratterizzato dal
fenomeno della riverberazione: sovrapposizione delle onde dirette
e di quelle riflesse dalle pareti che delimitano la sala
• il campo sonoro riverberato aumenta l’energia sonora e il livello di
pressione acustica del campo diretto, rafforzando il suono e
conferendo ad esso la naturalezza tipica degli ambienti chiusi.
• Tuttavia, il contributo del campo riverberato deve essere
controllato, al fine di evitare che la sovrapposizione di esso al
campo diretto riduca l’intelligibilità del messaggio acustico.
Diffusione dei suoni:
T60 e qualità acustica delle sale
W (W)
Influenza della riverberazione
sull'intelligibilità, associata all'emissione della
parola inglese BACK.
a)
0
BA
0
CK
-25
0
50
325
t (ms)
a) andamento temporale del livello di
potenza acustica associato alla emissione
della parola inglese BACK;
D (J/m3)
b)
0
BA
CK
t (ms)
b) andamento temporale della densità
acustica in corrispondenza di un ricevitore
posto in un campo riverberato con 60
basso: le due sillabe non si
sovrappongono;
D (J/m3)
c)
0
BA
CK
t (ms)
c) andamento temporale della densità
acustica in corrispondenza di un ricevitore
posto in un campo riverberato con 60
alto: le due sillabe si sovrappongono.
.
Diffusione dei suoni:
T60 e qualità acustica delle sale
Tempo di riverberazione ottimale (a 500 Hz)
I valori ottimali dipendono da:
• Volume della sala;
• Destinazione d’uso
Diffusione dei suoni:
T60 e qualità acustica delle sale
Tempo di riverberazione ottimale
andamento in frequenza
Progettazione acustica di una sala
Progettazione per garantire T60
ottimale
•
•
•
Nota la geometria e la destinazione d’uso si determina T60 ottimale in
funzione della frequenza;
Si applica la teoria di Sabine Aott= 0.16* V/T60
Si scelgono i materiali che costituiscono le superfici della sala e si
reperiscono i valori del coefficiente di assorbimento. Si individua la
combinazione di materiali e relative superfici che garantiscono Aott
CORREZIONE ACUSTICA DI SALE ESISTENTI
1. SALA SORDA:
T60,reale<T60,OTT
pannelli riflettenti o impianto di diffusione
2. SALA SONORA:
T60,reale>T60,OTT
aggiunta di pannelli fonoassorbenti
LEGISLAZIONE NAZIONALE
DPCM 5 dicembre 1997 - Determinazione dei requisiti acustici passivi
degli edifici

Il provvedimento stabilisce i requisiti acustici passivi dei componenti
degli edifici e delle relative sorgenti sonore interne e degli impianti
tecnologici, al fine di ridurre l’esposizione umana al rumore ed i metodi di
calcolo e di misura delle grandezze di riferimento utilizzate.
 Il decreto introduce una serie di valori, distinti per categoria di edificio,
relativi agli indici di valutazione del potere fonoisolante apparente di
partizioni fra ambienti RW, dell’isolamento acustico standardizzato di
facciata D2m,nT,W, del livello di rumore di calpestio normalizzato Ln,W. Sono
introdotti anche limiti massimi di rumorosità per gli impianti a
funzionamento sia continuo che discontinuo.
D.P.C.M.5 Dicembre 1997
5 requisiti acustici dell’edificio:
1. Isolamento acustico di facciata D2m,nT
2. Potere fonoisolante apparente di partizioni interne R
3. Livello di pressione sonora normalizzato di calpestio Ln
4. Livello massimo “slow” ponderato A di impianti a funzionamento
discontinuo
5. Livello continuo equivalente ponderato A di impianti a
funzionamento continuo
Isolamento acustico di facciata
L’isolamento acustico di facciata standardizzato D2m,nT, è definito come:
D2 m,nT  D2 m
T 
 10 log 
 T0 
D2m = L1,2m – L2 è la differenza tra livelli esterni e interni
L1,2m = Livello di pressione sonora misurato a 2m dalla facciata; la sorgente può
essere il traffico stradale o un altoparlante che emette un suono che incide a
45° sulla facciata.
L2 = Livello di pressione sonora medio all’interno dell’ambiente ricevente;
T = tempo di riverberazione misurato all’interno dell’ambiente ricevente;
T0 = tempo di riverberazione di riferimento, uguale a 0.5s;
90
Isolamento acustico di facciata
Potere fonoisolante apparente
Il potere fonoisolante apparente R’ è definito come:
 S 
R'  L1  L1  10 log 
 A2 
L1 = livello di pressione sonora nella camera emittente
L2 = livello di pressione sonora nella camera ricevente
S = superficie della parete (solaio) che separa i due ambienti [m2]
A2 = area di assorbimento totale dell’ambiente ricevente
V
A  0.16
T
Si valuta solo per superfici che
separano due differenti unità abitative
Livello normalizzato di calpestio
Il livello di pressione sonora normalizzato di calpestio L’n è definito come
 A
L' n  Li  10 log 
 A0 
Li = livello di pressione sonora medio misurato nella camera ricevente quando un
generatore normalizzato di calpestio è operante sul solaio sovrastante;
A = area di assorbimento totale dell’ambiente ricevente
A0 = area di assorbimento totale di riferimento, uguale a 10 m2,
D.P.C.M.5 Dicembre 1997
Triv
Fonometro
Il fonometro è un dispositivo elettroacustico per la misura del
livello di pressione sonora. La sua funzione principale è quella di
convertire un segnale acustico variabile nel tempo in un valore
numerico che esprime il livello di pressione.
Banco di filtri
20 Hz
25 Hz
Reti ponderatrici
Reti rettificatrici
31.5 Hz
40 Hz
50 Hz
A
I° Attenuatore
B
C
Microfono
Amplificatore
Lin.
Slow
63 Hz
80 Hz
100 Hz
125 Hz
.
.
.
20 KHz

II° Attenuatore
Fast
Impulse
Peak
Indicatore
Microfono
Il microfono è un trasduttore che converte il segnale acustico, costituito
dall'andamento istantaneo della pressione acustica, in un segnale elettrico di tensione,
proporzionale alla pressione acustica istantanea, secondo la relazione:
v(t )  k  p (t )
con k sensibilità del microfono in [mV/Pa].
Banco di filtri
20 Hz
25 Hz
Reti ponderatrici
Reti rettificatrici
31.5 Hz
40 Hz
50 Hz
A
I° Attenuatore
B
C
Microfono
Amplificatore
Lin.
Slow
63 Hz
80 Hz
100 Hz
125 Hz
.
.
.
20 KHz

II° Attenuatore
Fast
Impulse
Peak
Indicatore
Preamplificatore
La funzione dell'amplificatore è quella di generare un segnale elettrico con potenza
sufficiente da potere essere filtrato e condizionato dai circuiti a valle, con un rapporto
segnale/rumore sufficientemente elevato.
In genere i cavi di collegamento tra microfono ed amplificatore sono estesi, poiché
durante le misure si trovano in posizioni distanti; è quindi necessario collegare un
preamplificatore direttamente al microfono.
Banco di filtri
20 Hz
25 Hz
Reti ponderatrici
Reti rettificatrici
31.5 Hz
40 Hz
50 Hz
A
I° Attenuatore
B
C
Microfono
Amplificatore
Lin.
Slow
63 Hz
80 Hz
100 Hz
125 Hz
.
.
.
20 KHz

II° Attenuatore
Fast
Impulse
Peak
Indicatore
Reti ponderatrici
Permettono di applicare al segnale in ingresso un filtraggio basato sulle curve di
ponderazione A, B o C.
È inoltre prevista la possibilità di misurare il livello di pressione sonora senza alcun
filtro di ponderazione; tale circostanza equivale a filtrare il segnale con una curva con
andamento piatto in funzione della frequenza, per tale motivo denominata LIN.
Banco di filtri
20 Hz
25 Hz
Reti ponderatrici
Reti rettificatrici
31.5 Hz
40 Hz
50 Hz
A
I° Attenuatore
B
C
Microfono
Amplificatore
Lin.
Slow
63 Hz
80 Hz
100 Hz
125 Hz
.
.
.
20 KHz

II° Attenuatore
Fast
Impulse
Peak
Indicatore
Banco di filtri
È costituito da un insieme di filtri, ciascuno dei quali di tipo passabanda, con larghezza
di banda pari ad una ottava od ad un terzo di ottava.
Un filtro passa banda ideale ha una risposta in frequenza pari a 1 all'interno della
larghezza di banda (banda passante), dove il segnale deve essere riprodotto
linearmente, e pari a 0 per il resto delle frequenze, dove il segnale deve essere
soppresso. Una risposta di questo tipo non è però realizzabile.
10
attenuazione (dB)
0
-10
Reti ponderatrici
I° Attenuatore
Microfono
Amplificatore
-20
frequenza
f m /8
f m /4
Banco
f m /2di filtri
f m 2f m
4f m
20 Hz
25 Hz
Reti rettificatrici
31.5 Hz
40 Hz
50 Hz
A-30
Slow
63 Hz
B
80 Hz
C-40
100 Hz
Lin.
8f m
125 Hz
-50
.
-60
.
.
20 KHz

II° Attenuatore
Fast
Impulse
Peak
Indicatore
Reti rettificatrici
Sono dei circuiti elettronici che consentono di ottenere il valore efficace della
pressione acustica istantanea secondo l'equazione
1
peff ( x , y , z ) 
t0

t
p 2 ( x , y , z , )  d
t t0
A seconda del valore di t0 si hanno le costanti di tempo slow (t0 = 1000 ms) e fast (t0 =
125 ms).
Il fonometro è dotato anche di due reti dinamiche: impulse e peak.
Banco
di filtri con costanti di tempo diverse a
La rete impulse opera una integrazione del
segnale
seconda che il livello del segnale acustico sia in salita o in discesa, ovvero:
20 Hz
Se
dL
 0 Reti
 ponderatrici
t0  35ms
dt
A
I° Attenuatore
B
C
Microfono
Amplificatore
Lin.
25 Hz
31.5 Hz
Se
40 Hz
50 Hz
dL
 0 Retitrettificatrici
0  1200ms
dt
Slow
63 Hz
80 Hz
100 Hz
125 Hz
.
.
.
20 KHz

II° Attenuatore
Fast
Impulse
Peak
Indicatore
Integratore
I primi fonometri permettevano unicamente la lettura della pressione sonora efficace
in tempo reale.
Oggi tutti i fonometri sono dotati di dispositivi che permettono l’integrazione su tempi
lunghi al fine di valutare il livello sonoro continuo equivalente
 T LpA (t) 
1
LAeq,T  10log10   10 10 dt 
T

0

