Acustica Edilizia – III

Potere Fonoisolante di Pareti Monostrato Spesse e non Omogee

Fig. 1 gerer.PNG

Come si vede dalla figura 1 in caso di parete spessa ma non omogenea (quindi non liscia), come ad esempio Laterizi (fig. 2) e Blocchi di Argilla (fig. 3), oltre al calo della frequenza di coincidenza si ha anche l’estensione in frequenza del suo effetto.

Fig. 2 220px-Mattone_-_cotto_ferrarese_-_Ferrara.jpg

Fig. 3 blocco-in-argilla-cavo-ba8.jpg

L’andamento teorico del potere fonoisolante sopra la frequenza di coincidenza è 9 dB/Oct anche se sperimentazioni hanno dimostrato che è più 6 dB/oct.

n.b. Ogni materiale ha un suo (altipiano), cioè il limite superiore per cui anche variando spessore, massa, ecc.. non riesce ad ottenere un potere fonoisolante superiore.

 

Pareti Doppie

Per pareti doppie (quelle in cartongesso (fig. 4) le più utilizzate) l’andamento del potere fonoisolante è influenza dall’eventuale larghezza dell’intercapedine d’aria tra le pareti, ed eventuale materiale assorbente presente al suo interno.

Fig. 4 carton.jpg

Fig. 5 fdbdff.PNG

Seguendo il grafico in figura 5, la prima riga nera in basso mostra l’andamento del potere fonoisolante tipico del singolo pannello.

Se raddoppiamo la massa di un pannello, si ottiene un incremento medio dell’isolamento acustico di + 6dB/Oct. La stessa cosa avviene aggiungendo un ulteriore pannello di stesse caratteristiche perfettamente accoppiato. In quest’ultimo caso il pannello si comporterà come un pannello singolo avente massa doppia.

Se vario la massa di uno dei 2 pannelli, esempio aumentandola, il risultato è uno spostamento verso le alte frequenze del potere fonoisolante, causate dall’innalzamento della frequenza di risonanza che porta un calore delle proprietà isolanti in bassa e medio-bassa frequenza. In questo caso oltre la frequenza di risonanza si ha un aumento del potere fonoisolante di +18 dB/Oct.

Se separiamo i 2 pannelli aventi stessa massa da un intercapedine d’aria, questa, come già visto nei casi precedenti genera una risonanza (in questo caso un’attenuazione a pettine come si vede in figura 5), che fa perdere il potere di isolamento a quelle determinate frequenze. In compenso però il potere fonoisolante medio aumenta rispetto al caso precedente e si riesce ad isolare adeguatamente anche le medio-basse frequenze, molto più efficaciemente che utilizzando due pannelli di diversa massa accoppiati. mantenendo +18 dB/Oct di incremento oltre la frequenza di risonanza.

L’aggiunta di materiale assorbente nell’intercapedine d’aria permette un pinnalzamento delle proprietà fonoisolanti dalla gamma di frequenze medie fino alle medio-alte prima della risonanza di superificie, non chè una maggiore linearità. Più la resistività al flusso d’aria del materiale poroso è alta e più il fonoisolamento sarà elevato. Anche la percentuale di riempimento della cavità incide sulle pres tazioni, più è pieno e più potere fonoisolante ci sarà.

Aumentando la massa complessiva dei pannelli e/o la distanza tra i due pannelli si fa calare la frequenza di risonanza, riusciendola a portare sotto la zona dei 100 Hz ritenuta il minimo valore di frequenza da tenere in considerazione nelle procedure di isolamento acustico, come precedentemente visto.

Generalmente poi soprattutto i pannelli leggeri sono sorretti e distanziati da apposite strutture metalliche agganciati da un lato al pannello e dall’altro alla superificie da trattare, ma anche tra i due pannelli, quindi sono da tenere anch’esse in considerazione in quanto propaganti l’onda sonora. Essendo la velocità del suono molto maggiore nel metallo rispetto all’aria presente nell’intercapedine, queste strutture tendono a far perdere il potere fonoisolante soprattutto in alta frequenza (fig. 6).

Fig. 6  erger.PNG

Se le pareti doppie sono Pesanti (fig. 7). come quelle in Latero-cemento, la frequenza di risonanza da superficie sarà più bassa, il potere fonoisolante sopra la frequenza di coincidenza sarà di 6 dB/Oct invece che 9 dB/Oct o 12 dB/Oct come visto nei casi precedenti. Il resto dei parametri rimane praticamente invariato sul comportamento dei pannelli doppi leggeri precedentemente visto. Quindi meglio utilizzare pareti in cartongesso per una maggiore efficienza.

Fig. 7 later.jpg

 

Rumori Impattivi

Lo studio dei rumori impattivi è maggiormente legato ad un contesto di ambiente al chiuso separato da pavimentazione, come ad esempio due stanze una sopra l’altra. Il rumore impattivo può essere il calpestio, caduta oggetti, spostamento di oggetti come tavole e sedie, lavorazioni su pavimento e parete con oggetti come trapani, martelli, ecc…

Il suono che arriva al piano di sotto ma anche viceversa passa sia attraverso il pavimento stesso che attraverso le pareti in quanto direttamente connesso al pavimento superiore e viceversa. Sarà quindi importante considerare tutti questi fattori per poterli controllare.

Come mostrato in figura 8, se un materiale rigido impatta contro un altro materiale rigido, esempio martello contro muro, il trasferimento di energia acustica avviene impulsivamente, sotto forma in questo caso di rumore ad ampio spettro, con un elevato picco intorno alla frequenza di risonanza propria dei due materiali, di breve periodo. Mentre se il materiale rigido impatta contro una superificie resiliente, quindi con maggiore elasticità, lo spettro di frequenze trasferito si riduce con attenuazione alle alte e medio-alte frequenze, il suo picco di energia è molto più basso ma più duratura è la risonanza.

Fig. 8 nnhg.PNG

L’andamento dello spettro e del suo picco dipende non solo dal tipo di materiale e dalle sue capacità di smorzamento, ma anche dall’eventuale presenza di giunti (fig. 9), materiali di sostegno, e vincoli strutturali che permettono al suono di passare attraverso di esse, riducendo le proprietà isolanti. Per compensare queste perdite è buona norma coprire questi con materiali porosi e resistenti.

Fig. 9 err.PNG

 

Rigidità Dinamica

La rigidità dinamica di un materiale è il rapporto tra la forza dinamica applicata ed il suo spostamento, espressa in N/m3.

Anche questa è una proprietà intrinseca del materiale stesso, dipende dal grado di elasticità e dal suo spessore. Più il materiale è elastico e meno rigidità dinamica avrà.

Il calpestio, un martello che sbatte, lo spostamento di sedie e mobili, sono ad esempio tutte forze che vengono applicate al pavimento (fig. 10).

Fig. 10 bgf.PNG

In figura 10 un esempio in cui si applica la forza al materiale appositamente distanziato dal pavimento da trattare, al fine di creare un intercapedine d’aria che ne aumenti l’effetto di isolamento acustico grazie all’elasticità del materiale stesso. Se il materiale lo appoggiamo direttamente il suo valore di elasticità diminuirà in quanto meno spazio avrà per muoversi e quindi calerà anche il suo potere fonoisolante.

La rigidità dinamica di un elemento a cui è applicata una forza dinamica costante cambia le sue proprietà nel tempo, esempio la deformazione. Questo causerà la variazione dei suoi valori di fonoisolamento.

Lo stato della variazione della rigidità dinamica nel tempo in base alla simulazione di applicazione di un carico statico, viene calcolata in laboratorio attraverso la misura della comprimibilità del materiale stesso. La comprimibilità del materiale è la capacità di resistere nel tempo ad un carico applicato senza deformarsi, quindi senza variare la sua rigidità dinamica.

 

Misura del Potere Fonoisolante

n.b. Per aumentare il livello del potere fonoisolante è bene come anche precedentemente accennato, che i giunti di collegamento/sostegno tra le varie strutture applicate per l’isolamento acustico alle superifici da trattare siano il più possibile elastiche e resistenti, ricoperte da materiale fonoassorbente.

Fig. 11 bfd.PNG

In figura 11 una rappresentazione di come viene misurato il potere fonoisolante dei materiali.

In pratica all’interno di una camera riverberante viene montato il pannello collegato con giunti elastici alle pareti creando una separazione in cui si evidenziano due zone, stanza trasmittente e stanza ricevente, nella stanza trasmittente attraverso un apposito diffusore con radiazione a 360° da 100 Hz a 5.000 Hz viene diffuso un rumore continuo (rosa o bianco). Due microfoni, uno nella stanza trasmittente ed uno in quella ricevente catturano il suono e lo inviano ad un software di analisi in frequenza FFT, la differenza di pressione sonora in base alla frequenza, arrivando cosi a determinare il livello di fonoisolamento.

La formula generalmente utilizzata è la seguente:

egrerg.PNG

Dove R è il potere fonoisolante, L1 è la pressione sonora nella stanza dove viene emesso il suono, L2 la pressione sonora nella stanza ricevente, oltre il pannello, S (m2) è la superificie del materiale sotto test, A (m2) è l’area equivalente dell’assorbimento acustico della stanza ricevente.

Non è in ogni caso l’unico modo in cui viene eseguita la valutazione del potere fonoisolante, in determinati casi a simulare una situazione più realistica e meno sperimentale, il calcolo viene eseguito tenendo conto del tempo di riverbero presente nella stanza ricevente, questo permette di considerare meglio le riflessioni dell’ambiente ricevente e la trasmissione per via strutturale invece che solo quella diretta attraverso il pannello divisorio.

 

Misura dell’Isolamento Acustico di Facciata

Fig. 12 bgbff.PNG

In figura 12 un esempio di tecnica di misurazione dell’isolamento acustico di facciata.

Questo riguarda soprattutto il controllo del rumore esterno (traffico, aereo, ecc..), verso l’interno di edifici a cui limitare l’esposizione sonora.

In pratica per questa misura si pone un altoparlante che diffonde rumore bianco o rosa, come quello del caso precedente, all’esterno dell’edificio o stanza che si vuole analizzare, appoggiato al terreno ad una distanza di minimo 5 metri rispetto al piano più esterno della facciata in prova, rivolto verso la facciata da misurare con un angolo di circa 45° +/- 5° rispetto la normale della facciata. Si posiziona poi un microfono sempre esternamente a metà della facciata da misurare, a circa 2 metri di distanza dal piano più esterno della facciata, ad un altezza media di circa 1,5 m dal pavimento.

A volte in un contesto sul campo, viene sfruttato direttamente il rumore del traffico stradale.

La formula che regola questo calcolo è:

nvngng.PNG

D2m,nT è il livello di fonoisolamento acustico misurato nel centro della stanza ricevente ad un’altezza di circa 1,50 m dal pavimento, in un determinato tempo, considerando la sorgente esterna emettitrice di rumore a 2 metri di distanza. L1,2m è il livello di pressione sonora della sorgente che emette il rumore, come visto a 2 metri di distanza dal piano più esterno. L2 è il livello della pressione sonora all’interno della stanza ricevente misurato come prima anticipato. T è il tempo di riverberazione dell’ambiente ricevente, T0 è il tempo di riverberazione di riferimento 0,5s.

 

Misura del Rumore da Calpestio

Fig. 13 vfvfdf.PNG Fig. 14calpest1.png

Il rumore da calpestio viene misurato per valutare il rumore che si trasmette da due stanze una sopra ed una sotto divise da un solaio (pavimento), questo al fine di trattare il pavimento tale da attenuare la trasmissione del suono attraverso esso.

La misura viene effettuata attraverso apposite macchine come quella in figura 14, appoggiate al solaio, queste macchina imprimono colpi costanti a diverse velocità ed intensità sul solaio, un microfono posto nella stanza ricevente (quella sotto) è utilizzato per riprendere e rilevare poi attraverso un software di analisi spettrale la pressione sonora e tempo di riverberazione trasmesso. Dall’estrapolazione di questi dati si ricava il potere fonoisolante del materiale, tramite le seguenti formule:

vnhn.PNG

L’n in caso si consideri solo l’aspetto sperimentale, L’nT in caso si vadano a considerare anche le trasmissioni per via indiretta, cioè attraverso le pareti e muri su cui il solaio poggia, in cui in quest’ultimo caso si tiene conto del tempo di riverberazione presente nell’ambiente ricevente. L è la pressione sonora media misurato nell’ambiente ricevente quando è in funzione la macchina generatrice di rumore. A è l’area equivalente dello stesso ambiente, A0 è l’area di riferimento (10m2). T tempo di riverberazione stanza ricevente, T0 è il tempo di riverberazione di riferimento (0,5 s).

 

Indici di Valutazione

Come anticipato in questa serie di articoli le frequenze ritenute valide per la misura dei poteri fonoassorbenti e fonoisolanti dei materiali, ma anche dei requisti acustici passivi (quindi dei solidi che costituiscono l’elemento da rilevare/misurare) che per normativa e standard di riferimento devono avere gli edifici in base al tipo di uso che ne viene fatto, sono considerate per una banda da 100 Hz a 5.000 Hz in banda ad 1/3 ottava, anche se molto spesso si vedono varianti fino a 63 Hz, ritenuta una copertura di banda più adatta ai tipi di rumore che ci sono ad oggi e confort ad oggi richiesti, in cui anche  la musica (che ha uno spettro da 20 a 20.000 Hz) ha la sua rilevanza.

Questi grafici sono più realistici del comportamento medio del potere acustico ad esempio dei materiali rispetto a quelli precedentemente visti in figura 21 nell’articolo 2 indicati per ottave, più generiche e mediate. Terzi d’ottava è un terzo di ottava quindi prende più punti campione di analisi facendo meno media dei valori trovati, per questo più realistici, come di esempio in figura 15 dove si vede bene che sono diversi i punti campioni presi per mostrare il livello di isolamento acustico in dB.

Fig. 15 fgfgdgfd

La misura da 100 Hz a 5.000 Hz è specifica per test di laboratorio.

In un contesto pratico in opera, quindi quando si misurano le caratteristiche acustiche degli edifici prima e dopo il lavoro di applicazione di pannelli insonorizzanti ed assorbenti se necessari, ma anche solo come analisi delle caratteristiche acustiche di un edificio, si va a considerare una banda di frequenze più ristretta 150 Hz – 3.150 Hz (in pratica si considera come riferimento la banda di frequenze media utile del parlato, quindi si dice che il rumore all’interno dell’ambiente non deve essere mascherante per la compressione del parlato).

Avendo molti campioni rilevati (terzi d’ottava), con ovviamente diversi valori del potere fonoisolante in base alla frequenza (ma questo vale anche per il potere di assorbimento acustico), come già ampiamente analizzato in questa serie di articoli, si è ritenuto necessario creare degli indici di valutazione generici che rappresentano il potere fonoisolante o fonoassorbente del materiale da misurare. Il potere fonoassorbente non è molto utilizzato (rispetto all’utilizzo dei coefficienti visti precedentemente), mentre per il potere fonoisolante è un valore di riferimento.

Rw (indice del potere fonoisolante teorico), Rw’ (indice del potere fonoisolante apparente, che considera una situazione più reale prendendo in esempio tempo di riverberazione e trasmissione del suono per pareti, pavimento, ecc..), D2m,nT,w l’isolamento acustico standardizzato di facciata, Lnw e LnTw il livello del rumore da calpestio.

La normativa prevede che questo indice deve essere ricavato considerando la curva sperimentale di riferimento, quindi quella utilizzata come standard, in cui sono evidenziati i valori come detto per terzi d’ottava, visibile nel grafico in figura 15 curva nera. Per trovare l’indice si applica la nuova curva (quella rilevata sul campo, curva blu in figura 15), questa è applicata facendo scorrere per passi di 1 dB in alto ed in basso rispetto alla curva sperimentale (nera), in modo tale che la somma degli scostamenti sfavorevoli (tratti in cui la curva sperimentale si trova al di sotto di quella di riferimento), diviso il numero totale delle bande per terzi d’ottava considerate (che sono 16), sia inferiore od uguale comunque prossimo a 12 dB per misure d’ottava e 32 dB per misura a terzi d’ottava. Quando questa condizione è verificata allora si legge l’indice di isolamento alla frequenza centrale stabilita per la curva di riferimento a 500 Hz.

Al giorno d’oggi i software di analisi acustica ricavano gli indici in modo automatico.

 

Pareti Leggere in Lastre di Gesso Rivestite

Vediamo adesso alcuni esempi sul comportamento dei materiali in considerazione dell’indice di fonoisolamento appena visto.

Un esempio di parete in cartongesso rivestita è quella in figura 16 in cui due lastre di cartongesso sono rivestite all’interno da lana di roccia, e con la presenza di montanti in lamiera piegata, di sostegno tra le due pareti.

Fig. 16 l.l.PNG

In un contesto pratico il grado di isolamento acustico del materiale dipenderà da eventuali fori presenti sui telai, dal tipo di materiale utilizzato, dalla presenza o meno di gap d’aria, dalla tipologia dei montanti, dalla posa in opera, e molto altro.

n.b. Per il massimo isolamento acustico dei montanti e divisori la migliore soluzione sono quelli tondi ed irregolari, rivestiti come detto più volte da materiale fonoassorbente.

In figura 17 un esempio tipico dell’andamento del potere fonoisolante di pareti in cartongesso rivestite.

Fig- 17 nvnb.PNG

Si nota come in bassa e medio-bassa frequenza l’isolamento sia molto basso, mentre alta e ripida è l’efficienza via via che aumenta la frequenza fino al limite dato dalla frequenza di coincidenza che genera un abbassamento del potere fonoisolante, che per sottili lastre di vetro o cartongesso si aggira attorno ai 2.500 Hz – 3.150 Hz.

Con questa tipologia di pareti si riescono ad ottenere efficienti riduzioni del rumore in media e medio-alta frequenza con piccole masse (70 – 80 Kg/m2 ). Il fattore geometrico costruttivo ed il tipo di posa influenzano però molto il loro potere fonoisolante.

Alcune varianti sono le Pareti leggere in Cartongesso con un Telaio, due Lastre per ciascun lato riempiti da Lana di Roccia (fig. 18), e relativa curva del potere isolante (fig. 19).

Fig. 18 gnfgnfg.PNG

Fig. 19 bxffbxd.PNG

Parete leggera in Cartongesso con due Telai, due Lastre per ciascun lato riempita di Lana di Roccia (fig. 20), potere fonoisolante (fig. 21).

Fig. 20 ghngnvg.PNG

Fig. 21 nvnvc.PNG

 

Pareti Pesanti Monostrato

Un altra tipologia di parete di comune utilizzo è quella pesante monostrato, che sono quelle realizzate con laterizi (mattoni, parete di una casa in muratura), oppure realizzate con blocchi di calcestruzzo o argilla espansa, con l’utilizzo di malta per fissaggio oppure fissati ad incastro. Anche in questo caso la geometria e spessore, quindi anche massa dei blocchi influisce sulle proprietà fonoisolanti. nel caso di mattoni forati influisce anche la dimensione, orientamento e percentuale di foratura. Anche la presenza dell’intonaco su singola facciata o su entrambe, la presenza di malta nelle forature dei mattoni, se la struttura è portante o di tamponamento, tutti altri fattori influenzanti il potere fonoisolante.

L’andamento del potere fonoisolante tipico di queste pareti è quello in figura 22.

Fig. 22 gbccgb.PNG

In figura 23 una variante:

Fig. 23 ddgf.PNG

In questo caso le masse e gli spessori sono molto alti (> 20 – 40 cm), per cui la frequenza critica è notevolmente bassa (150 – 250 Hz).

 

Pareti Pesanti Multistrato

Le Pareti Pesanti Multistrato (fig. 24 ), sono per lo più realizzate in laterizio, anche se si trovano versioni in argilla espansa e calcestruzzo ma in piccola parte. Grazie all’intercapedine d’aria (che però deve avere elevate dimensioni) si riescono ad ottenere ottimi livelli di isolamento acustico con masse relativamente contenute, quindi applicabili anche su superfici meno portanti.

Fig. 24 bhbfgnfg.PNG

Anche in questo caso valgono le stesse regole per le pareti pesanti monostrato in cui le caratteristiche dei materiali fanno gioco sul reale potere fonoisolante una volta messe in posa, di cui ad esempio il riempire di malta i giunti portanti, ed intonacare adeguatamente tutti i lati della parete, garantisce un miglioramento delle proprietà fonoisolanti.

n.b. Non mettere materiale assorbente all’interno della cavità e mantenere uno spessore molto basso < 5 cm, non porta alcun risultato di isolamento acustico rilevante rispetto ad una parete monostrato.

Se bisogna scegliere tra aumentare lo spessore o la massa della parete è sempre bene la massa, in quanto che aumentare lo spessore tende a far calare il potere fonoisolante per via dell’aumento della trasmissione sonora agli elementi strutturali laterali (muri, sostegni ecc..).

In figura 25 un altro esempio di una parete pesante multistrato ad alto potere fonoisolante.

Fig. 25 hgjy.PNG

 

Pareti con Placcaggi

L’applicazione di un placcaggio elastico ad una parete, consente di ottenere un incremento del suo potere fonoisolante grazie alla risonanza introdotta dal placcaggio stesso. Per ottenere la maggiore efficienza possibile è necessario che il numero di giunzioni tra il placcaggio e la parete sia il più basso possibile, in quanto vanno ad irrigidire la struttura in quei punti di ancoraggio.

Generalmente sono realizzati con lastre di Cartongesso pre-incollate ad uno strato di lana di roccia. L’applicazione alla parete avviene mediante incollaggio tramite appositi adesivi o mucchietti di malta adesiva. I giunti tra le varie lastre vengono stuccati con gesso.

Questo sistema garantisce un incremento del potere fonoisolante di una parete tra i 10 e 20 dB.

Più il potere fonoisolante della parete di base è alto e tanto meno il placcaggio darà un incremento, in quanto che come visto nei precedenti articoli, esiste un limite proprio dei materiali solidi conosciuti e trattati, per cui per natura l’isolamento acustico non è più aumentabile.

In figura 26 un esempio di parte con placcaggio e relativo potere fonoisolante.

Fig. 26 parrt.PNG

Alcuni test hanno dimostrato inoltre che aumentando lo spesso del cartongesso, si ottengono incrementi del potere fonoisolante di soli 1 – 2 dB, mentre nel passaggio da singolo placcaggio (es. solo su una facciata della parete), a doppio placcaggio (tutte e due le facciate della parete), si ottiene un incremento del potere fonoisolante di < 10 dB.

 

Altro su Acustica Edilizia

Acustica Edilizia – I (Camera Anecoica, Camera Semi-Anecoica, Camera Riverberante, Assorbimento, Riflessione, Trasmissione, Rifrazione, Diffrazione, Impedenza Acustica Superficiale).

Acustica Edilizia – II (Materiali Fonoassorbenti, Materiali Fonoisolanti, Materiali Porosi, Risuonatori di Helmholtz, Pannelli Vibranti, Potere Fonoisolante di Pareti Sottili ed Omogenee, Potere Fonoisolante di Pareti Monostrato Omogenee).

Acustica Edilizia – IV (Isolamento Acustico di una Facciata, Pavimenti Galleggianti, Trasmissione del Suono per via Laterale, Aspetti Pratici, Contropareti, Pareti Composite).

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