Il Fattore di Correzione Ambientale Il Fattore di Correzione Ambientale KK

(1)

04/11/2010 Il Fattore di Correzione Ambientale 1

Il Fattore di Correzione Ambientale Il Fattore di Correzione Ambientale

K K

₂₂

(2)

Livello sonoro in funzione della distanza dalla sorgente

Fattore Correzione Ambientale K

₂

K₂ , denominato anche DLf, è la differenza fra il livello sonoro totale ed il livello del

campo libero

(3)

Calcolando la differenza fra i livelli sonori forniti dalle formule del campo semiriverberante e del campo

libero otteniamo:

Questa formula fornisce il cosiddetto “K₂ teorico”

Fattore Correzione Ambientale K

₂

 

 





 

 

 

 





 



₂ ₂

2

4 d

lg Q A 10

4 d

4 lg Q 10

K







 



 0.16 V

' S T

1 4 lg

10 ⁶⁰



 











 



 Q A

d 4

1 4 lg 10 K

2 2

Area della superficie di

inviluppo attorno alla sorgente

= 2d²

Q=2 (sorg. su piano riflettente)



  



 A

' S 1 4

lg 10

(4)

Risultati di misure sperimentali

(5)

Si tratta di capannoni molto vasti e relativamente bassi

Tipici ambienti da industria del packaging

(6)

Si tratta di capannoni molto vasti e relativamente bassi

Tipici ambienti da industria del packaging

(7)

Viene impiegata una sorgente artificiale

omnidirezionale (Q=1, dodecaedro) per misurare il livello sonoro al crescere della distanza d

Misura del livello sonoro a varie distanze

Fonometro Dodecaedro

(8)

Il diagramma sperimentale che si ottiene è di questo tipo

Misura del livello sonoro a varie distanze

Thessaloniki - Livello sonoro in funzione della distanza - Lw = 100 dB(A)

60 65 70 75 80 85 90 95

1 10 100

distanza (m)

Livello sonoro (dBA)

Lsperim Ldir

K factor

(9)

Il confronto con quello teorico mostra che:

Misura del livello sonoro a varie distanze

Thessaloniki - Livello sonoro in funzione della distanza - Lw = 100 dB(A)

70 75 80 85 90 95

1 10 100

distanza (m)

Livello sonoro (dBA)

Lsperim Lteor

In tutta questa regione il livello sonoro e’ superiore

a quello teorico di

parecchi dB Qui invece e’

significativamente inferiore….

(10)

Misure in altri capannoni

Misura del livello sonoro a varie distanze

Thessaloniki - SPL decay with distance

70 75 80 85 90 95

1 10 100

distance (m)

SPL (dBA)

Lsperim Lsabine

Pelfort - SPL decay with distance

70 75 80 85 90 95

1 10 100

distance (m)

SPL (dBA)

Lsperim Lsabine

Patrasso - SPL decay with distance

70 75 80 85 90 95

1 10 100

distance (m)

SPL (dBA)

Lsperim Lsabine

Fredericia - SPL decay with distance

70 75 80 85 90 95

1 10 100

distance (m)

SPL (dBA)

Lsperim Lsabine

(11)

K

₂

in funzione della distanza

0 2 4 6 8 10 12 14

1 10 100

distanza (m)

K-factor (dB)

K sper K sab

0 2 4 6 8 10 12 14

1 10 100

distanza (m)

K-factor (dB)

K sper K sab

0 2 4 6 8 10 12 14

1 10 100

distanza (m)

K-factor (dB)

K sper K sab

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 10 100

distanza (m)

K-factor (dB)

K-sper K Sab

(12)

K

₂

al posto operatore (superf. S’)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Thessaloniki Pelfort Patrasso Fredericia

K-Factor (dBA)

Ksperim (dBA) KSabine (dBA)

Nome V (m³) h (m) Tmed (s) Ksperim (dBA) KSabine (dBA) Thessaloniki 48836 8.3 2.60 2.40 0.48

Pelfort 72000 11.92 2.45 1.45 0.48

Patrasso 32000 8.0 3.10 2.75 0.51

Fredericia 27575 7.62 0.81 1.45 0.40

(13)

Fatti Accertati

• I capannoni per il packaging hanno un “effetto ambientale”

molto maggiore di quello previsto dalle formule teoriche, anche a brevissima distanza dalle sorgenti sonore

• Questo spesso non viene riconosciuto dal committente, che contesta le macchine in quanto apparentemente troppo

rumorose (ed invece e’ colpa del SUO ambiente)

• Solo una misura diretta del fattore di correzione ambientale consente di quantificare questo effetto

• In presenza di valori elevati di K2, ci si può attendere una riduzione cospicua di livello sonoro grazie ad un

trattamento ambientale di tipo fonoassorbente

(14)

Misura della potenza acustica

(15)

Normative per la misura della potenza Normative per la misura della potenza

sonora sonora

Le tecniche per la misura della potenza sonora di una macchina sono due e sono basate sulla misura di parametri diversi.

• Valutazione della potenza sonora a partire da una misura di pressione:

La tecnica è descritta, a seconda della condizione operativa, nelle norme della famiglia ISO 374x, (fonometro).

• Valutazione della potenza sonora a partire da una misura di intensità:

La tecnica è descritta nella norma ISO 9614, (sonda intensimetrica).

(16)

Livello di potenza di una sorgente calcolato Livello di potenza di una sorgente calcolato

tramite livelli di

tramite livelli di pressione sonora pressione sonora (1) (1)

Per calcolare il livello di potenza impiegando i livelli di pressione sonora occorre definire una superficie di riferimento attorno alla sorgente ed individuare un congruo numero di punti in cui rilevare il valore del livello di pressione.

(17)

Livello di potenza di una sorgente calcolato Livello di potenza di una sorgente calcolato

tramite livelli di

tramite livelli di pressione sonora pressione sonora (2) (2)

Secondo la norma ISO 3744 (ambiente riflettente) il livello di potenza risulta:

Dove: e

• L_Pm livello medio di pressione misurato sulla superficie di misura;

• S_tot superficie di inviluppo impiegata;

• A assorbimento equivalente dell’ambiente:

• L_PmON L_Pm con sorgente accesa

• L_PmOFF L_Pm con sorgente spenta

2

)

1

log(

10 S K K

L

_W



_Pm

 

_tot

 











 





 ^^

 



 

 10

1 10 log 1 10

PmOFF PmON L L

K 



 



  



 A

K 4 S^tot

1 log

2 10

(18)

Equazione di Eulero Equazione di Eulero

Essa lega pressione p e velocità delle particelle v, e rappresenta la classica legge di Newton ( F = m · a ) applicata all’acustica:

Se non c’è moto d’assieme (vento), questa equazione consente di ottenere la velocità integrando il gradiente di pressione:

) ( p v   grad



 

 





 grad p dt

v 

₀

( )

Solitamente il gradiente viene approssimato alle differenze finite, posizionando due microfoni a pressione ad una certa distanza d lungo l’asse x.

(19)

Equazione di Eulero: sonda intensimetrica Equazione di Eulero: sonda intensimetrica

Una sonda intensimetrica è costituita da una coppia di microfoni accoppiati in modulo e fase:

Il segnale di velocità viene dunque ottenuto integrando la differenza fra i segnali di pressione catturati dai due microfoni:

x

d

M1 M2

d p p p

grad( ) |_x ²  ¹ P1

P2 Integratore

vx

Operazionale + -

- - -

(20)

Sonda intensimemetrica (1) Sonda intensimemetrica (1)

Intensità sonora:

la velocità delle particelle viene correlata al gradiente di pressione (cioè a quanto cambia il valore della pressione istantanea in rapporto alla distanza tra due punti di misura) che viene misurato con due microfoni ravvicinato



I  p  v

(21)

Sonda intensimemetrica (2)

(22)

Livello di potenza di una sorgente calcolato Livello di potenza di una sorgente calcolato

tramite livelli di

tramite livelli di intensità sonora intensità sonora (1) (1)

Per calcolare il livello di potenza impiegando i livelli di intensità sonora occorre definire una superficie di riferimento attorno alla sorgente.

Nel caso in cui la superficie chiusa S sia scomponibile in N superfici S_k elementari, l’espressione della potenza sonora diventa:







 ^N

k

k nk S I

W

1

(23)

Livello di potenza di una sorgente calcolato Livello di potenza di una sorgente calcolato

tramite livelli di

tramite livelli di intensità sonora intensità sonora (2) (2)

Una ulteriore tecnica è quella di rilevare l’intensità media emessa dalla singola faccia della superficie di riferimento attorno alla sorgente mediante

“spazzolamento”.









 ^N

j

nj S

I W

1

(24)

Sonda Microflown

Microfono a pressione

Sensore di velocità

(25)

Misura sperimentale diretta di K Misura sperimentale diretta di K

₂₂

grazie a misure di potenza sonora

(26)

Tecniche di misura

• Il metodo di elezione consiste nel misurare due volte la potenza sonora di una macchina per il packaging, impiegando anzitutto il metodo

“classico” (pressione sonora, mediante ISO 3744 o 3746) e senza applicare alcun K

₂

• La misura viene poi ripetuta con il metodo intensimetrico (ISO 9614/3), che elimina automaticamente K

₂

dal risultato

• La differenza fra i due livelli di potenza così

misurati fornisce il K

₂

sulla superficie di misura

S’ (solitamente ad 1m dalla macchina, quindi

coincidente con la misura al posto operatore).

(27)

Tecniche di misura

• In alternativa, si può operare la misura con una sorgente sonora artificiale, di cui sia già nota la

potenza sonora (da misure intensimetriche o da test in laboratorio), su cui viene applicata una misurazione in pressione secondo ISO 3744/3746, utilizzando una superficie di inviluppo S’ corrispondente a quella della macchina da packaging reale

• La tecnica della sorgente artificiale ha il vantaggio di poter essere impiegata anche prima dell’installazione della macchina in linea.

• Non è invece possibile stimare il valore di K₂

utilizzando le formule contenute nelle norme ISO 3744 – ISO 3746, in quanto le stesse sono basate sulla

formula di Sabine, che in questi ambienti non funziona.

(28)

La norma EN 415-9:2009

Safety of packaging machines. Noise measurement methods for packaging machines, packaging lines and

associated equipment, grade of accuracy 2 and 3

• Questa norma riconosce per la prima volta le peculiarità acustiche degli ambienti per le macchine da “packaging”

• Essa consente il tradizionale calcolo di K₂ con le relazioni di Sabine nel caso di ambienti compatti

• Prevede viceversa la misura sperimentale di K₂ con il metodo della sorgente artificiale in caso di locali “bassi e vasti”

• Ed in ogni caso la distanza sorgente-ricevitore viene definita come:

e porta dunque a valori di K₂ molto + grandi

 

2 ' d S

(29)

La norma EN 415-9:2009

• In ambienti industriali bassi e vasti, (quindi

campo NON diffuso) con

valore di K

₂

elevato, la

metodica da utilizzare è

la misura intensimetrica

di Lw, seguita dalla EN

ISO 11203 per la stima

del Lp al posto operatore

(30)

La norma EN 415-9:2009

• In ogni caso, la superficie di misura S’ è un inviluppo “stretto” della sagoma della macchina, ad 1m di distanza dalla stessa. Questo

differisce sia dalla norme della serie 11200, sia da quelle per la misura del Lw (serie ISO 3740)

• E la distanza effettiva sorgente-posto operatore è definita sulla base di tale sup. di inviluppo:

 

2 ' d S

(31)

Esempio 1 – misura intensimetrica su una macchina

Sonda Intensimetrica

(32)

Esempio 2 – misura con superficie di inviluppo attorno a sorg. artificiale

Sonda Intensimetrica

(33)

Stima di K

₂₂

con una nuova formula con una nuova formula semiempirica

semiempirica

(34)

La formula di Farina/Fornari

• Dall’analisi di decine di misurazioni sperimentali di K₂ effettuate in linee di packaging è emersa la possibilità di

“fittare” i dati con la seguente formula:















 



       







 





2 7

. 0 3

7 . 0

2 teor

d 2

T H 596 .

H 1 T

64 . 5 16

. 0

d 2

T 1 4

lg 10 K















 



     



 





' S T H

596 .

H 1 T

64 . 5 16 . 0

' S T 1 4

lg 10 K

7 . 0 3

7 . teor 0

In cui T e’ il tempo di riverberazione, H l’altezza del locale, ed il termine fra parentesi al denominatore rappreseneta di fatto un “volume apparente” dell’ambiente basso e vasto

(35)

Verifica di K

₂

in funzione della distanza

0 2 4 6 8 10 12 14

1 10 100

distanza (m)

K-factor (dB)

K sper K teor K sab

0 2 4 6 8 10 12 14

1 10 100

distanza (m)

K-factor (dB)

K sper K teor K sab

0 2 4 6 8 10 12 14

1 10 100

distanza (m)

K-factor (dB)

K sper K teor K sab

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 10 100

distanza (m)

K-factor (dB)

sperimentale formula Sabine

(36)

Stima dell’efficacia di un trattamento ambientale

• La formula di Farina/Fornari consente una facile stima del beneficio ottenibile da un trattamento ambientale

• Si ipotizza un ambiente con queste caratteristiche:

• Si calcola ora la differenza fra i valori di K2 dell’ambiente originale, e dello stesso dopo il trattamento ambientale fonoassorbente

• Il calcolo viene effettuato due volte, con la formula di Sabine e con la formula di Farina/Fornari

(37)

Stima dell’efficacia di un trattamento ambientale

• La formula di Farina/Fornari mostra una molto maggior efficacia del trattamento fonoassorbente: a 10m sono 5.5 dB(A) di riduzione anziché 1.7 dB(A) previsti da Sabine

Riduzione del livello sonoro totale

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 10 100

Distanza (m)

dB Dl,semiriverberante

DL,Farina/Fornari

(38)

Conclusioni

• L’uso della formulazione di Sabine ha portato in passato a gravi problemi all’industria del packaging

• Oggi però la nuova norma EN 415-9:2009 consente di affrontare correttamente il problema dell’effetto-ambiente

• Sono disponibili ed ormai ampiamente collaudate tecniche di misura diretta del fattore di correzione ambientale

• Oppure si può usare la formula di Farina/Fornari per una stima ragionevolmente accurata di K₂.

• Emerge così che per la riduzione del rumore nelle linee di packaging si possono ottenere risultati insperati mediante trattamenti ambientali fonoassorbenti