Measurement of sound absorption Measurement of sound absorption coefficientcoefficient

Measurement of sound absorption Measurement of sound absorption

coefficient coefficient

Angelo Farina

Dip. di Ingegneria Industriale - Università di Parma Parco Area delle Scienze 181/A, 43100 Parma – Italy

angelo.farina@unipr.it

With regard to apparent acoustic absorption, IT DOES NOT MATTER

That the energy is really absorbed, or just transmitted

INTERESSA SOLO SAPERE QUANTA ENERGIA

Measurmeent Methods

•Reverberant room (ISO 354)

• Standing Wave Tube (pressure measurements, ISO 10534)

• Impulsive Method (EN 1793/5)

• Sound Intensity Method (in tube or in free field)

According to ISO 354

The reverberation time is measured twice, the first time with the room empty (Te), the second after introducing a sample surface S of

approximately 10 m² of absorbing material (Ts). Of course Ts is smaller than Te.

T_e

T_s

10 mq

S A

T V A

T V

e s

e

e

 

 

 

 16 , 0 16

, 0

 : apparent sound absorption coefficient of sample V : Volume of the reverberant room

S : Surface of the sample

T

: Reverberation Time of the empty room

T

: Reverberation Time of the room fitted with sample

Measuring in reverberant room

According to ISO 354

 

 



 

 

e

s

T

T S

V 1 1 16

,

 0

Measuring in reverberant room According to ISO 354

 : apparent sound absorption coefficient of sample V : Volume of the reverberant room

S : Surface of the sample

T

: Reverberation Time of the empty room

T

: Reverberation Time of the room fitted with sample

Attention: The ISO 354 method easily results in values of  exceeding 1.00, up to 1.20 !!!

Measuring in reverberant room according to ISO 354

Pros:

• Very precise and accurate laboratory method

• The results can be directly employed in Sabine’s formula for estimating the performances of the absorbing material in a real room

Cons:

• The measured value is NOT the physically-correct absorption coefficient, as its value can be much larger than 1 – this is Sabine, not the “true” 

• An expensive laboratory facility is required

• A large surface of the material to be tested is required

Measuring in reverberant room

According to ISO 354

Measuring in a Standing Wave Apparatus

According to ISO 10534

Measuring in a Standing Wave Apparatus

According to ISO 10534

 



 



 

 

 











2 2

min max

min max

min max

p p p

p p p

p p

p

p p

p

rif inc rif

inc

rif inc

2

min max

min max

2 2

1 1

1

1 



 







 













 p p

p p

p p I

r I

inc rif inc



Measuring in a Standing Wave Apparatus

According to ISO 10534

Pros:

• Very precise and accurate laboratory method

• The measured value is always bound between 0 and 1 (“true” ) Cons:

• Very slow, one measurement at every frequency

• An expert operator is required, every measurement requires accurate

manual positioning of the microphone for locating accurately the position of max and min pressure

• The method is not easily automated

Measuring in a Standing Wave Apparatus

According to ISO 10534

Measuring with the impulsive method EN 1793-5

The test signal (MLS or Sweep) is generated by a loudspeaker in front of the

surface to be measured, and a microphone is placed in front of it. The system can be tilted, so that different incidence angles can be measured

Direct Sound Subraction

First the loudspeaker/microphone assembly is rotated toward sky, and a free field response is measured. Then the system is rotated towards the barrier, and its response is measured. Finally, the free field response is subrtacted by

Free Field

Barrier response

Misura di con metodo impulsivo EN 1793-5

MP

Misura di con metodo impulsivo EN 1793-5

La finestra Adrienne viene posizionata sul suono diretto e su quello riflesso Campo Diretto

Campo Riflesso

Misura di con metodo impulsivo EN 1793-5

Viene poi calcolato lo spettro FFT, con

ponderazione temporale crescente, del segnale diretto e riflesso.

Indi si fa il rapporto fra i due spettri, mediato per bande di 1/3 d’ottava.

Tale rapporto fornisce il coeff. di riflessione r.

Campo Diretto

Campo Riflesso

Compensazione divergenza geometrica

Il segnale riflesso ha percorso un tragitto piu’ lungo, e’ come se provenisse da una sorgente-immagine piu’ lontana. Quindi e’ piu’ debole.

Si compensa tale attenuazione per divergenza geometrica moltiplicando l’ampiezza del segnale per il “tempo di volo” corrente, misurato dall’istante

Compensazione divergenza geometrica

Pessimo accordo con i valori di laboratorio, sistematica sottostima dell’effettivo assorbimento

Valutazione come attenuazione in dB(A)

Le norme EN 1731 prevedono la valutazione complessiva della “perdita per riflessione” DL_RI della barriera antirumore, valutando l’attenuazione in

dB(A) del suono riflesso, utilizzando uno “spettro normalizzato” del rumore da traffico stradale

Valutazione come attenuazione in dB(A)

Stessa analisi puo’essere condotta anche sui risultati delle misure in camera riverberante secondo ISO 354, che fornisce un corrispondente valore di DL_ Questi sono i risultati del raffronto fra i valori misurati su una barriera in legno e su una barriera metallica:

Si nota che i valori misurato in opera sono circa ¼ di quelli di laboratorio…

Metodo intensimetrico

La sonda non misura separatamente I

ed I

, misura invece la intensita’ totale risultante, che vale ovviamente I

= I

- I

I_rif I_inc

Metodo intensimetrico

La sonda misura anche la pressione sonora (SP) e la velocita’

delle particelle (PV, particle velocity), da cui si calcola la densita’ di energia sonora ED (Energy Density)

 





 





 







c PV SP

2 ED 1

 

Ovviamente la densita’ sonora puo’ anche essere espressa come somma delle intensita’ incidente e riflessa, per cui abbiamo:

 



 





 



 

 













2 2

rif tot inc tot

rif inc

tot

rif inc

I c I ED

I c I ED

I I

I

I I

c

ED

Metodo intensimetrico

Da cui si ricava facilmente il coeff. di riflessione ed .

Poiche’ I

e’ sempre positivo, ma <= di ED·c, il valore di  misurato e’ sempre compreso fra 0 e 1

r c

ED I c ED

I I

c ED

I c

r ED

tot tot

tot

tot

 

 

 

 





  1

1

1 

Esempio di misura con metodo intensimetrico

Dopo la correzione campo diretto => campo diffuso, si ottiene

un ottimo accordo con i valori di laboratorio.

Metodo intensimetrico di laboratorio (tubo)

La misura intensimetrica nel tubo ad onde stazionarie elimina tutti i

problemi del metodo tradizionale, in quanto non occorre spostare

manualmente il microfono, e la misura fornisce direttamente