ASPETTI INTRODUTTIVI FENOMENO FISICOcorsiadistanza.polito.it/corsi/pdf/9659A/Lezioni_5-6.pdf · Sicurezza e ambiente 9659A Sicurezza e ambiente © Politecnico di Torino Pagina 6 di

Sicurezza e ambiente

9659A Sicurezza e ambiente

© Politecnico di Torino Pagina 1 di 28Data ultima revisione 06/06/02 Autore: Gecchele Giulio

Politecnico di TorinoCeTeM

1

AMBIENTE ACUSTICO

Ø Aspetti introduttivi

Ø Effetti sull’uomo e limiti di esposizione al rumore

Ø Misura del rumore

Ø Caratteristiche di un ambiente sonoro

Ø Controllo del rumore

2

ASPETTI INTRODUTTIVI

• Compressione e rarefazione del mezzo elastico di trasmissione

• Caratteristiche di un’onda sonora:lunghezza d’onda λλ [m]frequenza f [Hz]velocità di propagazione c [m/s]ampiezza (pressione) p [Pa]

FENOMENO FISICO

Pressioneatmosferica

p

t





3

Velocità di propagazione

- aria (20°C) 343 m/s- acqua (20°C) 1480 m/s- cemento 4000 m/s- gomma 40÷÷150 m/s

Onda sonora complessa

ΣΣ onde sonore elementari sinusoidali(Teorema di Fourier)

Nei gas perfetti:

0

0pkc

ρρ⋅⋅

==K = cp / cv

p0 = pressioneρρ0 = massa per unità vol.

4

ANALISI IN FREQUENZAFILTRO PASSA BANDA

fi fsfcHz

• Bande di ottava: sicis ffff2f ⋅⋅==⋅⋅==

• Bande di terzi di ottava:sici

3s ffff2f ⋅⋅==⋅⋅==

Frequenze centrali delle bande di ottava [Hz]

16 31.5 63 125 250 500 1.000 2.000 4.000 8.000 16.000





5

PRESSIONE SONORA

∆∆p = p - patm

Tt

• Istantanea

• Efficace ∫∫ ⋅⋅==T

0

2rms dt)t(p

T1

p

• Onda sinusoidale

p(t)

maxmaxrms )t(p707,0)t(p21

p ⋅⋅==⋅⋅==

p

patm

6

INTENSITA’ SONORAEnergia associata a un’onda sonora cheattraversa una unità di superficie perpendicolarealla direzione di propagazione nell’unità di tempo

• Unità di misura: W/m2

• Danno/disturbo ∝∝ trasferimento di potenza

• Campo libero:

(onda sonora piana e progressiva) ρ ρ= densità del mezzo di propagazione

• ρρaria ≈≈ 1,2 kg/m3

• Campo riverberato:

cp

I2

rms

⋅⋅ρρ==

c4p

I2

rms

⋅⋅ρρ⋅⋅==





7

POTENZA SONORAPotenza sonora complessivamente emessada una sorgente• Unità di misura: W• Potenza sonora di una sorgente puntiforme isotropa, misurata a distanza r dalla sorgente stessa, in campo libero:

[[ ]]W r4c

pr4IW 2

2rms2 ⋅⋅ππ⋅⋅

⋅⋅ρρ==⋅⋅ππ⋅⋅==

WSdIS

=⋅∫ ∫rr

8

LIVELLI IN DECIBEL

0

rms10p p

plog20L ==

010I I

Ilog10L ==

010W W

Wlog10L ==

• Livello di pressione sonora

• Livello di intensità sonora

• Livello di potenza sonora

W0 = 10-12 [W]

I0 = 10-12 [W/m2 ]

p0 = 2⋅⋅10-5 [Pa]





9

Livelli di potenza sonora in decibel [dB]

Aereo turbogetto P = 104 W →→ 160 dB

Orchestra 75 elem. P = 10 W →→ 130 dB

Martello pneumatico P = 1 W →→ 120 dB

Ventilatore assiale P = 10-3 W →→ 90 dB

ALCUNI ESEMPI

10

L’APPARATO UDITIVO

Funzioni dell’apparato uditivo

• Trasduzione delle perturbazioni associate ad un’onda sonora• Trasformazione in segnali compatibili con il funzionamento del sistema nervoso• Analisi dei segnali sonori

Struttura anatomica• Orecchio esterno• Orecchio medio• Orecchio interno• Sistema uditivo centrale





11

L’APPARATOUDITIVO

Orecchioesterno

Orecchiomedio

Orecchiointerno

Sistema uditivocentrale

Membranatimpanica

MartelloIncudine

Staffa

Coclea

Corteccia

12

SENSAZIONE SONORAL’orecchio umano è sensibile alle frequenze tra20 e 20.000 Hz con diversi livelli di sensibilità

16 [Hz] 1.000 4.000 32.000

Lp [dB]

Rif.2x10-5

[Pa]

inudibileinfr

asu

on

i

ult

rasu

on

i1 [Pa]

Soglia del dolore

Soglia uditivanormale





13

Curve di uguale sensazione sonora [phon]ISO 226:1987

Frequenza [Hz] 1.000

Lp[dB]

10

10 phon

14

0

- 20

- 40

20 1.000 5.000 [Hz]

A

∆∆ [dB]

CURVE DI PONDERAZIONE





15

livelli di pressione sonora in dB(A)

Martello pneumatico 110 dB(A)

Treno (TGV) a 300 km/h (a 50 m) 88 dB(A)

Interno auto a 70 km/h 75 dB(A)

Voce bassa (a 2 m) 35÷÷45 dB(A)

ALCUNI ESEMPI

16

EFFETTI DEL RUMORE SULL’UOMO

Ø Uditivi

Ø Extrauditivi





17

EFFETTI UDITIVIIpocausiaPerdita di sensibilità delle cellule dell’organodel Corti (trasduzione del segnale sonoro dallaforma meccanica a quella elettrica)

18

Mascheramento Difficoltà a comunicare a causa dell’elevato livello sonoro di fondo

affaticamento

riduzione di intelligibilità dei segnalisonori di allarme/pericolo

SIL = Speech Interference Level

Udibilità del segnale > 10 dB rispetto al SIL

EFFETTI UDITIVI

∑∑==

==4

1iiL

41

SIL i = B.O. 500÷÷4.000 Hz





19

EFFETTI EXTRAUDITIVI

Fisiologici (apparato cardiocircolatorio, respiratorio, gastroenterico)

Psicologici (disturbo provocato da intensità, frequenza - toni alti - e irregolarità nel tempo)

Efficienza lavorativa

20

LIMITI DI ESPOSIZIONED. Lgs. n. 277/91

• Valutazione in base al livello equivalente ponderato A giornaliero (8 ore) o settimanale (5 giorni di 8 ore)• Esposizione quotidiana al rumore: LEP,d

(( ))

⋅⋅

==

++==

∫∫eT

0

2

0

A

e10Te,Aeq

0

e10Te,Aeqd,EP

dtp

tpT1

log10L

TT

log10LL

Te = durata quotidiana dell’esposizioneT0 = 8 ore = 28.800 secondip0 = 20 µµPa pA = pressione istantanea (A)





21

L’espressione relativa ad una successionedi livelli sonori equivalenti costanti (Li) diventa:

∆∆⋅⋅== ∑∑

==

⋅⋅n

1i

iiL1,0

010eq t10

T1

log10L

T0 = tempo totale = ΣΣ ∆∆ti

• Esposizione settimanale al rumore: LEP,W

== ∑∑

==

5

1k

k)d,EPL(1,010W,EP 10

51

log10L

(LEP, d)k = LEP, d per ognuno dei k giorni lavorativi della settimana

22

Esposizioni da 80 a 85 dBAeq:

• informazione dei lavoratori su rischi e misure di protezione

• controllo sanitario su richiesta del lavoratore e se il medico competente ne ravvisa l’opportunità

Esposizioni da 85 a 90 dBAeq:

• informazione dei lavoratori su rischi, misure di protezione e dispositivi di protezione individuale (DPI) da fornire in dotazione

• controllo sanitario obbligatorio (almeno ogni 2 anni)





23

Esposizioni oltre 90 dBAeq:• informazione dei lavoratori su rischi, misure di protezione e dispositivi di protezione individuale• uso obbligatorio dei dispositivi di protezione individuale (cuffie, tappi, auricolari, ecc.)• segnalazione, perimetrazione e limitazione dell’accesso in tali aree• controllo sanitario obbligatorio (almeno ogni anno)• iscrizione nel registro livelli son. di esposizione• comunicazione all’organo di vigilanza entro 30 giorni dall’accertamento• copia del registro a ISPESL e ASL/USL

24

ESEMPIO

Macchinario ore LAeq [dBA]Taglierina 1,3 95Troncatrice 0,6 95,6Tranciatrice 3,8 97,4Pressopiegatrice idr. 0,3 85,4Pressopiegatrice mecc. 1 97,3

Totale 7

Rumore di fondo 80,9

Livello di esposizione giornaliero:

LAeq = 95,4 dBA





25

Ø Riverberante ⇔⇔ Non riverberante

Ø Aperto ⇔⇔ Chiuso

Ø Dimensioni ⇒⇒ tempo di riverberazione

Ø Caratteristiche delle superfici (assorbimento, riflessione)

Ø Disposizione delle superfici riflettenti

CARATTERISTICHE DI UNAMBIENTE SONORO

26

Ricevitore

Sorgentesonora

Onda sonora diretta

CAMPO SONORO DIRETTO





27

CAMPO SONORO RIFLESSO oRIVERBERATO

RicevitoreSorgentesonora

Ondesonoreriflesse

28

CAMPO SONORO COMPLESSIVO

RicevitoreSorgentesonora

O. r

ifles

sa

O. riflessaO. riflessa

O. diretta





29

COEFFICIENTE DI FONOASSORBIMENTO

i

ri

EEE −−==αα

dove: Ei = energia sonora incidente Er = energia sonora riflessa

Ea = energia sonora assorbitaEt = energia sonora trasmessa

αα dipende da: - frequenza - tipo di materiale - angolo di incidenza

Ei

Er

Ea

Et

30

Assorbimento: ∑∑ ⋅⋅αα==i

ii SA [sabin]

Si = superficie i-esima con coefficiente diassorbimento ααi

1 [sabin] = assorbimento di 1 m2 di superficie con αα = 1

Coefficiente di assorbimento medio (ααm) :

∑∑ ⋅α

=α

i i

i ii

mS

S





31

TEMPO DI RIVERBERAZIONE (T60)

È il tempo, definito rispetto ad un locale e aduna determinata banda di frequenza,necessario affinché si riduca il livello sonoro di60 dB, dopo aver interrotto l'emissione dellasorgente sonora

T60 = f(αα, S, V)

relazione di Sabine

relazione di Eyring

relazione di Millington-Sette

32

AV

161,0T60 ⋅⋅==

per campo sonoro diffuso, locali di formaregolare, ααi simili e ααm≤≤0,2

Relazione di Sabine:

Relazione di Eyring

(( ))m60 1lnS

V161,0T

αα−−⋅⋅−−⋅⋅==

per locali di forma qualsiasi, ααi simili e ααm>0,2

∑∑ ⋅⋅αα==i

ii SA





33

Relazione di Millington - Sette

(( ))∑∑ αα−−⋅⋅−−

⋅⋅==

iii

601lnS

V161,0T

per ααi molto diversi

Ambienti di grandi dimensioni (V>1000 m3):

mV4AV

161,0T60 ++⋅⋅==

4mV assorbimento dell’ariam = coefficiente di assorbimento acustico per m3 di aria, Taria, u.r.aria

f [Hz] 250 500 1k 2k 4 8k

m 0 0 0,003 0,007 0,02 0,08

34

CAMPO SONORO DIRETTOSorgente sonora puntiforme e isotropa, dipotenza sonora W e a distanza r in campo libero

2r4W

Iππ

==

==ππ

⋅⋅======0

20

0

020

2

4101010

IrW

WWlog

II

logp

plog rms

Per ogni raddoppio della distanza r:

∆∆Lp = 20log2 ∼∼ 6 [dB]

W W

Wm I12

0

2120

10

10−−

−−−−

==

==

==ππ

++++==0

02

0 410

r

11010

IW

loglogWW

log

pL

11-r20logLw −− [[ ]]dB=





35

∆∆Lp ≈≈ 3 [dB]

per ogni raddoppio della distanza r

SORGENTI LINEARI

Sorgentelineare

r

36

Iθθ = Qθθ • Is

coeff. di direttivitàsII = Q θθ

θθ

Iθθ = intensità in direzione θθIs = intensità in direzione θ θ di una sorgente isotropa di uguale potenza

In termini di pressione efficace:

Qr4

WcIcp 2

2)(rms

⋅⋅

⋅⋅ππ⋅⋅⋅⋅ρρ==⋅⋅⋅⋅ρρ== θθθθθθ

SORGENTI NON ISOTROPE





37

CAMPO SONORO RIVERBERATO

Campo sonoro diffuso nel locale (metodoenergetico)

c4p

I2

rmsr ⋅⋅ρρ⋅⋅

==

(( ))mr 1WW αα−−⋅⋅==

Ø Potenza che determina il campo riverberante (entrante)

Ø Potenza assorbita nell’ambiente riferita al campo riverberante (uscente):

mra SIW αα⋅⋅⋅⋅==

38In condizioni stazionarie

(( )) mrm SI1W αα⋅⋅⋅⋅==αα−−⋅⋅

RW

= S

) 1(W = I

m

mr αα⋅⋅

αα−−⋅⋅

medio

medio

1S

Rαα−−αα⋅⋅== [m2] = costante acustica del locale

In termini di pressione efficace:

RW 4

cIc4p r2

)r(rms

⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρρ==⋅⋅⋅⋅ρρ⋅⋅==

Wr = Wa





39

CAMPO SONORO COMPLESSIVOSovrapposizione del campo sonoro diretto eriflesso

Itot = Iθθ + Ir prms(tot)2 = prms(θθ)

2 + prms(r)2

Qr4

WcIcp 2

2)(rms

⋅⋅

⋅⋅ππ⋅⋅⋅⋅ρρ==⋅⋅⋅⋅ρρ== θθθθθθ

RW 4

cIc4p r2

)r(rms

⋅⋅

⋅⋅⋅⋅ρρ==⋅⋅⋅⋅ρρ⋅⋅==

R4

+ r4

QWcp 2

2)tot(rms

⋅⋅ππ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ρρ== θ

40

0,16 dB

2o

o2W

2o

2)tot(rms

p

p

cW log10

R4

r4

Q log10L

p

p log10L

⋅⋅ρρ⋅⋅⋅⋅++

++

⋅⋅ππ⋅⋅++==

==

⋅⋅==

θθ

R4

r4

Q log10LL 2Wp

++

⋅⋅ππ⋅⋅++== θθ

Livello di pressione sonora

CAMPO SONORO COMPLESSIVO





41

42

r

Rotativa

Asse acustico della macchina

Altezza locale = 6m

ESEMPIO 1Reparto con rotativa di stampa

Stimare la riduzione del livello di pressionesonora a distanza r dall’asse acustico dellamacchina in funzione dell’ampliamento dellocale (1,5 e 2 volte)





43

1) Calcolo Rlocale

2) Determinazione della riduzione ∆∆Lp

(dal diagramma)

Volume = 1.5 volte ∆∆Lp = 1 dB

Volume = 2 volte ∆∆Lp = 1.5 dB

Soluzione:

44

ESEMPIO 2

Trattamento acustico di fonoassorbimento diun locale (10 m x 20 m, altezza = 4 m)mediante baffle (pannelli fonoassorbentiappesi al soffitto)

File di baffle

h





45

Superfici dell’ambiente: soffitto = 200 m2

pareti = 240 m2

pavimento = 200 m2

ααsoffitto, pareti, pavimento = 0,05 (a 1000 Hz)

A1 = 0,05 ×× (200+240+200) = 32 [sabin]

1) Si installano 9 file di baffle lunghe 20 m: h = 0,4 m ααbaffle = 0,5 (a 1000 Hz) A2 = 32 + 0,5 ×× (9××20××0,4××2) = 104 [sabin]

2) Se si considera il campo sonoro riverberato:

NR = 10 log10 = 5,1 dB (a 1000 Hz)1

2

AA

46

FONOISOLAMENTOFattore di trasmissione

i

t

E

E==ττ

Potere fonoisolante di una parete:

∑∑

∑∑ ⋅⋅ττ==ττ==ττ ⋅⋅−−

i i

i iimedioi

i

S

S 10 TL1,0

ττ==

1 log10TL 10

Parete con diversi valori del potere fonoisolante(aperture, serramenti, materiali diversi)

Ei

Er

Ea

Et





47

POTERE FONOISOLANTE

TLf = 20 log10( m ×× f ) - 42,5 [dB]

m = massa della parete riferita all’unità di superficie [kg/m2]f = frequenza [Hz]

Raddoppio massa: R aumenta di 6 dBRaddoppio frequenza: R aumenta di 6 dB

Relazione empirica:

TLf = 18 log10( m ×× f ) - 44 [dB]

48

LEGGE DI MASSA E DI FREQUENZA

parete semplice

parete di spes.doppio

paretedoppia

paretedoppia confonoisolante

2 pareti ugualie indipendenti

parete doppiaben progett.TLf

[dB]

f [Hz]

6 dB/ottava

12 dB/ottava

6 dB





49

ττf,tot Sf,tot = ττf,1 Sf,1 + ττf,2 Sf,2 + ... + ττf,n Sf,n

tot,f

10totf, 1

log10TL ττ

==

Superficie [m2] ττ1000 Hz TL1000 Hz [dB]

Muro 13,28 (88,53%) 3,16⋅⋅10-5 45,0Porta 1,70 (11,33%) 7,95⋅⋅10-4 31,0Fessure 0,02 (0,14%) 0,3 5,3Sup. parete = 15 m2

TL1000 Hz,tot = 21,1 dBSi noti che TL1000 Hz,muro = 45 dB

ESEMPIO

50

BARRIERE ACUSTICHE

λλδδ

++ππ

ππ⋅⋅==

2N=

5N2tanh

N2log10NR 10 [dB]

con: δδ = A+B-d [m]λλ = lunghezza d’onda [m]

A B

d

Sorgente

Ricevitore





51

BARRIERE ACUSTICHE

R1

1

23

4

56

7

Cammini acustici

52

SCHEMA DEGLI INTERVENTI DIBONIFICA

LAYOUT IMPIANTO(MAPPA SONORA)

Stesura Esame Modifica

SCELTA / SOSTITUZIONECOMPONENTI IMPIANTO

Processi Macchine Materiali

Sorgente Ricevitore

mezzo





53

SORGENTESONORA

Riduzione della potenzasonora:• Forze eccitatrici• Comportamento sup. vibr.• Area superfici vibranti

• Velocità efflusso• Turbolenza dei fluidi

CAMPOSONORO

• Confinamento energia sonora• Assorbimento energia sonora• Cancellazione attiva del rumore

SCHEMA DEGLI INTERVENTI DIBONIFICA

54

PRINCIPALI MISURE DI PREVENZIONE E RIDUZIONE DELL’ESPOSIZIONE

• Attenzione potenza sonora delle nuove macchine / impianti

• Corretta manutenzione delle macchine e uso conforme alle indicazioni del costruttore

• Schermi e paratie chiuse durante il funzionamento delle macchine

• Formazione degli operatori





55

• Predisposizione di protezioni collettive quali: delimitazione dell’area, installazione di barriere acustiche ecc.

• Dotare i lavoratori di dispositivi di protezione individuale (DPI)

• Rotazione degli addetti alle mansioni rumorose (misura di tipo organizzativo)

PRINCIPALI MISURE DI PREVENZIONE E RIDUZIONE DELL’ESPOSIZIONE

56

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