Figura 20.1: Sistemi fonoassorbenti e andamento dei relativi coefficienti di assorbimento.
Meccanismi di fonoassorbimento
Diverse sono le tipologie di materiali e di sistemi in grado di assorbire le onde sonore; essi operano comunque secondo tre meccanismi fisici fondamentali.
I) Assorbimento per porosità.
In questo caso l’energia sonora delle particelle d’aria è dissipata per viscosità all’interno del materiale poroso. I materiali assorbenti porosi, la cui capacità di fonoassorbimento può variare in funzione dello
spesso-re, della porosità e della densità, possono essere (vedi Fig. 20.2): - di tipo fibroso a base di lana minerale
o di roccia, o di fibre di vetro, o di poliestere, legno, sughero, gesso; - di tipo cellulare quali le schiume a
cellule aperte melaminiche e poliure-taniche;
- di tipo tessile come moquettes, tap-peti, tende.
A queste tipologie si possono aggiunge-re gli intonaci fonoassorbenti, ricavati da un particolare impasto di cellulosa, entro le cui microstrutture l’aria può vibrare. L’assorbimento per porosità ha solita-mente valori elevati alle frequenze medio-alte (vedi Fig. 20.3), mentre è
necessario un grande spessore di materiale per ottenere valori elevati alle frequenze medio-basse. Rispetto ad una parete piana ed impervia, gli assorbitori per porosità hanno la mag-giore efficienza quando sono posti discosti da essa, tipicamente ad una distanza compresa tra 5 e 20 cm o più (nei controsoffitti). Questa modalità di installazione consente infatti di inter-cettare il movimento delle particelle
d’a-ria dove esso presenta velocità più ele-vata, aumentando la dissipazione per viscosità.
II) Assorbimento per risonanza di membrana.
Si tratta di risonatori costituiti da un pannello piano disposto parallela-mente e ad una certa distanza dalla parete (vedi Fig.20.4); il sistema è assimilabile ad una massa oscillante (il pannello vibrante) accoppiata ad un elemento elastico dotato di un certo smorzamento (l’aria racchiusa nell’intercapedine). L’energia mec-canica viene dissipata per
smorza-Figura 20.2: Esempi di pannelli fonoassorbenti porosi.
Figura 20.3: Assorbimento di pannelli fonoassorbenti porosi in funzione della frequenza.
Figura 20.4: Pannello assorbente per risonanza di membrana.
mento. L’assorbimento per risonanza di membrana può essere realizzato con diversi materiali: legno, fibra di vetro ad alta densità, lamina metallica, ecc. Il fonoassorbimento di queste strutture è più selettivo rispetto a quello degli assorbitori porosi e solitamente è più marcato nell’intervallo delle frequenze medio-basse ove tali strutture presentano la loro risonanza (vedi Fig. 20.5). Per questo motivo si è soliti associare ad un risonatore anche un materiale che assorba per porosità. Quest’ultimo va posto posteriormente rispetto al risonatore, ossia va collocato nella zona dell’intercapedine (che può essere o meno riem-pita dal materiale poroso). La stratigrafia risultante rende più uniforme la curva di assorbi-mento dell’intera struttura. Per meglio combinare tra loro le diverse prestazioni fonoassor-benti, è possibile praticare sul pannello fori o fenditure.
Nel caso del pannello assorbente per risonanza di membrana, la frequenza di risonanza f0, espressa in Hz, è data da:
dove:
σ è la densità superficiale del pannello [kg/m2]
d è la distanza del pannello dalla parete [m].
ff
0=
(V
60
)
d
V
0
;
Figura 20.5: Esempio di assorbimento di un risonatore a membrana.
f
00= c
2
0S
S V l(l
R
+
SR
6
,
1
2)
R
6 ;
II) Assorbimento per risonanza di cavità.
Un assorbitore di questo tipo è costituito da una piccola cavità che è messa in comunica-zione con l’ambiente da un foro posto alla sommità
di un canale di comunicazione denominato “collo” (vedi Fig. 20.6). L’energia viene dissipata per visco-sità nel collo del risonatore. Questo meccanismo viene sfruttato soprattutto per la sua alta selettività, in quanto permette di risolvere problemi di fonoas-sorbimento in un intervallo ristretto di frequenze. Nel caso di un assorbitore per risonanza di cavità, la frequenza di risonanza f0, espressa in Hz, è data da:
dove:
c0 è la velocità di propagazione del suono nel mezzo [m/s];
R è il raggio del collo del risuonatore [m]; l è la lunghezza del collo del risuonatore [m];
V è il volume della cavità [m3].
La combinazione fra materiali porosi, pannelli vibranti e risonatori costituiscono i cosiddetti sistemi misti (vedi Fig.20.7), reperibili sul mercato, che possono soddisfare contemporanea-mente esigenze di correzione acustica in diversi
campi di frequenza. Essi possono inoltre risolvere problemi di isolamento termico e di condensa.
Trattamenti per ambienti specifici
Ogni tipo di ambiente richiede specifiche presta-zioni acustiche che necessariamente condiziona-no la fase realizzativa degli interventi. Per un cor-retto dimensionamento di un trattamento ambien-tale occorre quindi tener presente alcuni fattori che dipendono essenzialmente dalla destinazione dell’ambiente.
In ambienti quali le aule, i ristoranti, ecc., le possi-bilità di intervento sono limitate anche da esigen-ze di tipo estetico. In questi casi si suggeriscono materiali specifici a base di fibre di poliestere, resi-ne melamminiche, fibre di cellulosa spruzzata, che consentono di realizzare trattamenti fonoas-sorbenti quasi invisibili.
Figura 20.6: Assorbitore per risonanza di cavità.
Nel caso di ambienti industriali si tengono spesso in conto un numero maggiore di variabili. L’uso delle controsoffittature piane è generalmente motivato da contestuali esigenze di rispar-mio energetico. Qualora si debba realizzare un controsoffitto piano, a parte le considerazioni fatte sulla scelta del materiale, è necessario calcolare sia la giusta altezza di applicazione, sia il dimensionamento dell’intercapedine retrostante che contribuisce in maniera determinante nell’assorbire le frequenza più basse.
Nel caso non sussistano problemi di tipo termico, è senza dubbio preferibile l’uso dei baffles: pannelli appesi al soffitto che operano come assorbitori porosi o a risonanza di membrana (vedi Fig. 20.8). In questo caso occorre considerare attentamente:
- l’altezza di applicazione: più è bassa, più è acusticamente efficace l’intervento; - l’interasse di applicazione: esso
dipende dall’altezza del pannello e dalla sua efficienza. Ideale è mante-nere un rapporto 1 : 0,7-1 tra altezza ed interasse: per interassi minori (ma solo per pannelli efficienti) si può rag-giungere la saturazione del sistema (ossia l’incremento del numero di pannelli non porta ad un incremento della riduzione del rumore); per inte-rassi molto maggiori l’intervento è praticamente inutile;
- il rapporto tra volume trattato e volu-me libero da ogni trattavolu-mento: in caso di interventi di tipo parziale, in cui si bonifica solo una parte di un
locale, il ritorno di energia dalla zona riflettente riduce sensibilmente l’abbattimento al con-fine con la zona trattata; in questi casi è opportuno prevedere una barriera, anche di tipo aperto, che limiti questo effetto;
- il verso di applicazione: conviene individuare il verso preferenziale di propagazione delle onde sonore e orientare le file di pannelli in senso ad esso ortogonale.
Si rammenti infine che i baffles hanno il vantaggio di salvaguardare l’apporto dell’illuminazio-ne e dell’aeraziodell’illuminazio-ne naturale in caso di fidell’illuminazio-nestrature presenti sulla copertura.
Requisiti igienici e di sicurezza dei materiali fonoassorbenti
Alcuni materiali fonoassorbenti presentano problemi specifici che richiedono altrettanta spe-cifica attenzione in fase progettuale e/o al momento dell’acquisto.
Per esempio la lana minerale, quando esposta direttamente all’ambiente, deve essere rivestita o inserita in apposite buste per evitare il rilascio di fibre. Ciò non succede se il medesimo materiale è pressato, tanto da essere utilizzato con successo nelle applicazio-ni con elevati requisiti di igiene e lavabilità. Altri materiali di tipo plastico o gommoso pos-sono presentare problemi per quanto riguarda la loro infiammabilità o la loro tossicità se esposti alle fiamme.
In genere per risolvere questi problemi vengono applicati sui materiali assorbenti rivestimen-ti protetrivestimen-tivi (film) metallici o plasrivestimen-tici, oppure lamierini perforarivestimen-ti, che svolgono una funzione anrivestimen-ti
agenti climatici, chimici e/o fisici, ma che introducono perdite di efficacia. Solo finiture molto sottili, morbide e poco dense o lamie-rini con concentrazione di fori maggiore del 20%, alterano scarsamente il potere fonoas-sorbente dei materiali.
Dal punto di vista acustico, quindi, sarà sempre necessario considerare l’assorbi-mento di un trattal’assorbi-mento nella sua realizza-zione definitiva che include il supporto e il modo di posa, l’eventuale para-vapore e il rivestimento protettivo (vedi Fig. 20.9). Un’ampia rassegna dei materiali e tecnolo-gie per il fonoassorbiamento attualmente disponibili in commercio è riportata nella sezione B.1 del Terzo Livello.
Figura 20.9: Sistemi fonoassorbenti e coefficienti di assorbimento.
Nella Figura 21.1 sono illustrate schematicamente le possibili fonti di rumore ed i possibili cammini di propagazione del rumore tra la centrale di un impianto RCV (riscaldamento, con-dizionamento e ventilazione) e gli ambienti riceventi.
Sono evidenziate:
Sorgenti di rumore
A. Ventilatore;
B. Sorgenti puntuali di rumore aerodi-namico (serrande, curve, giunzioni, variazioni di sezione, griglie, ecc.) lungo i condotti;
C. Vibrazione dei condotti rettilinei.
Cammini di propagazione
1. Cammini di propagazione del rumo-re per via aerumo-rea attraverso parumo-reti e solai che delimitano la centrale;
2. Cammini di propagazione del rumore per via strutturale attraverso i solai e le strutture mura-rie direttamente collegate ai componenti dell’impianto;
3. Cammini di propagazione per via aerea attraverso le pareti dei condotti (break-out); 4. Cammini di propagazione del rumore lungo i canali e rumorosità immessa nell’ambiente
direttamente attraverso le bocchette di mandata e ripresa dell’aria.
Non tutte le fonti ed i “cammini” riportati nella figura sono comunque presenti in ogni sistema. Un adeguato fonoisolamento delle strutture murarie, l’uso di materiali resilienti che smorzano le vibrazioni di strutture direttamente sollecitate, il fonoisolamento dei con-dotti e/o l’uso di adeguate controsoffittature, sono provvedimenti che tendono a control-lare la rumorosità indotta negli ambienti riceventi dai primi tre cammini di propagazione possibili. In ogni caso, gli ambienti riceventi sono interessati direttamente dalla rumoro-sità che si propaga attraverso i condotti dove sono presenti sia fenomeni causa di atte-nuazione della potenza sonora sia fenomeni causa di rigenerazione di rumore legate ad aspetti aerodinamici.