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Che cos'è il rumore?

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Tutte le macchine generano rumore e vibrazioni. Il rumore è una forma di energia che si propaga sotto forma di onde longitudinali attraverso l'aria, che è un mezzo elastico. Le onde sonore causano piccole variazioni della pressione dell'aria ambiente e possono essere registrate mediante uno strumento sensibile alla pressione (ad esempio un microfono).

Che cosa sono la potenza sonora e la pressione sonora?

Una sorgente di rumore irradia potenza sonora nell'aria circostante. La potenza sonora è la causa di tale fenomeno, mentre la pressione sonora ne è l'effetto. È possibile utilizzare la seguente analogia: un riscaldatore elettrico irradia calore in un locale, nel quale si verifica di conseguenza una variazione della temperatura. Tale variazione dipende ovviamente dal locale, ma a parità di potenza elettrica in ingresso il riscaldatore irradia la stessa potenza, quasi indipendente dall'ambiente. Il rapporto tra la potenza sonora e la pressione sonora è simile. Ciò che si percepisce è la pressione sonora dovuta alla potenza sonora della sorgente di rumore. La potenza sonora è espressa in W, e il suo livello in decibel (dB), una scala logaritmica (scala in dB) relativa a un valore di riferimento standardizzato:


LW = livello di potenza sonora (dB)
W = potenza sonora effettiva (W)
W0 = potenza sonora di riferimento (10 - 12 W)

La pressione sonora è espressa in Pa, e il suo livello è anch'esso espresso in decibel (dB), una scala logaritmica (scala in dB) relativa a un valore di riferimento standardizzato:

Lp = livello della pressione sonora (dB)
p = pressione sonora effettiva (Pa)
p0 = pressione sonora di riferimento (20 x 10-6 Pa)

La pressione sonora osservata dipende dalla distanza rispetto alla sorgente e dall'ambiente acustico in cui l'onda sonora si è propagata. Nel caso della propagazione del rumore in ambienti chiusi, essa dipende dalle dimensioni del locale e dall'assorbimento acustico delle superfici. Non è quindi possibile quantificare il rumore emesso da una macchina unicamente misurando la pressione sonora. La potenza sonora è più o meno indipendente dall'ambiente, mentre la pressione sonora no.

I dati relativi al livello della pressione sonora devono pertanto essere sempre integrati con ulteriori informazioni, vale a dire la distanza del punto di misurazione dalla sorgente sonora (specificata ad esempio secondo una determinata norma) e la costante di ambiente del locale in cui è stata eseguita la misurazione. In caso contrario, si assume che il locale non presenti limiti (vale a dire sia un campo aperto). In un locale senza limiti non sono presenti pareti che riflettono le onde sonore, influendo di conseguenza sulla misurazione.

Che cos'è l'assorbimento acustico?

Quando le onde sonore entrano in contatto con una superficie, parte di esse viene riflessa e parte assorbita dal materiale della superficie. In un dato momento, la pressione sonora è pertanto sempre dovuta parzialmente al rumore prodotto dalla sorgente e parzialmente da quello riflesso (una o più volte) dalle superfici circostanti. L'efficacia con cui una superficie è in grado di assorbire il rumore dipende dal materiale di cui è costituita. Tale proprietà è di solito espressa tramite un fattore di assorbimento (compreso fra 0 e 1, dove 0 significa completamente riflettente e 1 totalmente assorbente).

Che cos'è la costante di ambiente e come la si calcola?

L'impatto di un locale sulla propagazione delle onde sonore è determinato dalla costante di ambiente. Per un locale con varie superfici interne, come pareti e altro, è possibile calcolare tale costante tenendo conto delle dimensioni e delle caratteristiche di assorbimento delle diverse superfici. Vale la seguente equazione:

Riverbero

È possibile determinare la costante di ambiente utilizzando il valore misurato del tempo di riverbero T, definito come il tempo necessario affinché la pressione sonora si riduca di 60 dB una volta spenta la sorgente. I coefficienti di assorbimento dei diversi materiali delle superfici presentano una dipendenza dalla frequenza, e così pure il tempo di riverbero e la costante di ambiente derivati da essi. Il fattore di assorbimento medio di un locale viene quindi calcolato come segue:

V = volume del locale (m3)
T = tempo di riverbero (s)

La costante di ambiente K di un locale si ricava successivamente dall'espressione:

A = superficie totale del locale (m2)

Qual è la relazione tra il livello della potenza sonora e quello della pressione sonora?

In alcuni casi particolari, la relazione fra il livello della potenza sonora e quello della pressione sonora può essere espressa in modo semplice. Se il rumore proviene da una sorgente puntiforme e viene emesso in un locale privo di superfici riflettenti oppure all'aperto, dove non sono presenti pareti vicino alla sorgente sonora, il rumore è distribuito uniformemente in tutte le direzioni e il valore misurato dell'intensità sonora è quindi uguale in tutti i punti situati alla stessa distanza da tale sorgente. L'intensità è pertanto costante in tutti i punti di una superficie sferica che circondi la sorgente sonora.

Se la distanza dalla sorgente raddoppia, l'area della superficie sferica quadruplica. Da ciò si può dedurre che il livello della pressione sonora diminuisce di 6 dB ogni volta che si raddoppia la distanza dalla sorgente sonora. Tale conclusione non vale tuttavia se un locale presenta pareti dure e riflettenti. In tal caso occorre infatti tenere conto del rumore riflesso dalle pareti.

Lp = livello della pressione sonora (dB)
Lw = livello della potenza sonora (dB)
Q = fattore di direzione
r = distanza dalla sorgente sonora

Per Q è possibile utilizzare valori empirici (per altre posizioni della sorgente sonora il valore di Q deve essere stimato):
Q = 1 se la sorgente sonora è sospesa al centro di un locale di grandi dimensioni.
Q = 2 se la sorgente sonora si trova vicino al centro di una parete dura riflettente.
Q = 4 se la sorgente sonora si trova vicino all'intersezione fra due pareti.
Q = 8 se la sorgente sonora si trova vicino a un angolo (intersezione fra tre pareti).

Se la sorgente sonora si trova in un locale delimitato da superfici che non assorbono completamente il rumore, il livello della pressione sonora aumenta a causa dell'effetto di riverbero. Tale aumento è inversamente proporzionale alla costante di ambiente:

Nelle vicinanze di una fonte di rumore, il livello della pressione sonora diminuisce di 6 dB ogni volta che la distanza raddoppia. A distanze maggiori dalla sorgente, tuttavia, il livello della pressione sonora è dominato dal rumore riflesso e quindi la diminuzione è minima al crescere della distanza. Le macchine che trasmettono il rumore tramite il proprio corpo o il proprio telaio non si comportano come sorgenti puntiformi se la persona che percepisce il rumore si trova a una distanza dal centro della stessa inferiore a 2 - 3 volte la sua dimensione massima.

Come si misura il rumore?

misurazione del rumore prodotto da un'installazione di compressori

L'orecchio umano percepisce il suono a frequenze differenti con una diversa efficienza percettiva. Le frequenze basse o molto alte vengono percepite con minore intensità rispetto a quelle intorno a 1.000 - 2.000 Hz. Vari filtri standardizzati regolano i livelli misurati alle basse e alte frequenze per emulare la capacità dell'orecchio umano di percepire i suoni. Quando si misura la rumorosità negli ambienti industriali e nei luoghi di lavoro viene solitamente utilizzato il filtro A, e il livello di rumore viene espresso in dB(A).

Che cosa accade quando più sorgenti sonore interagiscono?

Se più sorgenti sonore producono rumore in direzione di un ricevitore comune, la pressione sonora aumenta. Poiché i livelli di rumore sono definiti su una scala logaritmica, non è tuttavia possibile sommarli semplicemente in modo algebrico. Quando sono attive più di due sorgenti sonore, ne vengono anzitutto sommate due, quindi a tale somma ne viene aggiunta un'altra, e così via. A titolo di ausilio mnemonico, quando occorre sommare due sorgenti sonore con gli stessi livelli, il risultato è un aumento di 3 dB.

Il rumore di fondo è un caso speciale, che richiede un'operazione di sottrazione. Il rumore di fondo viene trattato come una sorgente sonora separata, il cui valore viene sottratto al livello di rumore misurato.

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