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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
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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
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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⋅⋅==
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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]
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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
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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
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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
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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
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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
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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)
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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)
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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
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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
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27
CAMPO SONORO RIFLESSO oRIVERBERATO
RicevitoreSorgentesonora
Ondesonoreriflesse
28
CAMPO SONORO COMPLESSIVO
RicevitoreSorgentesonora
O. r
ifles
sa
O. riflessaO. riflessa
O. diretta
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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
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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
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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=
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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