Misurazione della potenza Sonora
a cura dell’ Ing. Luca Frulli
Se si considera una superficie chiusa, che racchiude la sorgente, la potenza sonora della sorgente
stessa è data dall’integrale dell’intensità acustica sulla superficie considerata:
Nel caso in cui la superficie chiusa S sia scomponibile in N superfici elementari i S , trasformando
l’integrale precedente in una sommatoria estesa a tutte le N superfici, la potenza acustica risulta:
Dove:
Ii , intensità sonora dell’i-esimo segmento di superficie;
Is , superficie perpendicolare al flusso di energia.
A questo punto è conveniente introdurre il livello di potenza acustica in decibel:
Dove:
La potenza sonora (energia emessa per unità di tempo) è una grandezza caratteristica della sorgente ed è indipendente dall’ambiente in cui il rumore viene irradiato. Mediante tale grandezza è possibile quindi confrontare la rumorosità di macchine diverse tra loro. La misura della potenza sonora di una macchina può essere eseguita con misure intensimetriche, descritte nelle norme UNI EN ISO 9614-1 e UNI EN ISO 9614-2, oppure con misure di livello di pressione sonora, descritte nella serie di norme ISO 3740 – ISO 3747. Il metodo intensimetrico permette di eseguire misure in condizioni di rumore di fondo molto elevato e di studiare l’emissione di componenti specifici delle macchine, richiede però una strumentazione molto sofisticata e tempi di misura lunghi.
Le norme della serie ISO 3740 – ISO 3747 differiscono tra loro essenzialmente per il tipo di ambiente di prova, per il numero di posizioni di misura e per l’incertezza della misura; un riassunto di questi aspetti viene riportato nella norma ISO 3740.
I metodi descritti dalle norme ISO 3741, ISO 3742, ISO 3745 sono classificati come metodi di precisione e richiedono ambienti di prova specifici (camere riverberanti o semi-anecoiche). Le norme ISO 3743 e ISO 3744 forniscono invece dei metodi ingegneristici la cui incertezza di misura è maggiore, ma risultano meno restrittivi nei confronti degli ambienti di prova e presentano un numero di posizioni di misura minore rispetto ai metodi di precisione.
Infine le misure secondo le norme ISO 3746 e ISO 3747 forniscono risultati con una bassa precisione e per questo vengono definiti come metodi di controllo
La norma ISO 3744, molto utilizzata in campo industriale, richiede che la macchina sia appoggiata ad un piano riflettente e che il campo sia essenzialmente libero. Tali condizioni di prova sono facilmente ottenibili all’aperto, lontano da pareti ed ostacoli (ad esempio in un piazzale sufficientemente grande), in un ambiente industriale di grandi dimensioni, in una camera con superfici molto assorbenti. E’ quindi essenziale che la macchina sia sottoposta ad un campo acustico costituito in prevalenza da onde dirette. Il metodo prevede la determinazione del livello di potenza sonora in bande di ottava o terzi di ottava, misurando il livello medio di pressione sonora rilevato su una opportuna superficie di misura S che avvolge la macchina; tale superficie di misura può essere semisferica o parallelepipeda, e la sua distanza dalla macchina deve essere preferibilmente di 1m e comunque di almeno 0,25m. I punti di misura devono essere, per macchine di dimensioni compatte, almeno 10 nel caso di
superficie semisferica e almeno 9 nel caso di superficie parallelepipeda (al centro delle 5 superfici che circondano la macchina e ai vertici superiori del parallelepipedo).
Figura 2.1 – Superficie di misura sferica
Figura 2.2 – Superficie di misura parallelepipeda
Il metodo si basa sul principio che il livello medio di pressione sonora sulla superficie di misura determinato in condizioni reali, una volta corretto per eliminare l’influenza del rumore residuo e delle riflessioni ambientali, esprime il livello medio di pressione sonora sulla superficie di misura in condizioni di campo libero (Lpf ). Tale livello è rappresentativo del livello di potenza per unità di superficie (livello di intensità sonora). Il livello di potenza sonora della macchina si otterrà quindi
facendo riferimento all’intera superficie di misura. In pratica, il livello Lpf, espresso in dB, è dato da:
Lpf=L’p – K1- K2
L’ , livello medio di pressione sonora sulla superficie di misura;
K1 , fattore di correzione relativo al rumore di fondo;
K 2, fattore di correzione relativo alle riflessioni ambientali.
Il livello L’p si ottiene calcolando la media energetica dei livelli i L’ rilevati nei punti di misura
N , numero dei rilievi.
Il fattore di correzione K1 si riferisce al rumore di fondo, ovvero al rumore rilevato a macchina disattivata: tale rumore comprende tutte le sorgenti sonore esclusa quella in esame. Il fattore K1, espresso in dB, è dato da:
ΔL , differenza tra i livelli medi di pressione sonora sulla superficie di misura a macchina in funzione e a macchina disattivata. Secondo la norma, se ΔL’ è superiore a 15 dB, si assume K1 pari a zero; qualora ΔL’ sia inferiore a 6 dB, la misura non raggiunge la precisione prevista della norma.
Il fattore di correzione K2, denominato correzione ambientale, esprime l’incremento del livello sonoro medio sulla superficie di misura dovuto alle riflessioni ambientali ed è definito dalla differenza di livello di potenza misurabile con l’influenza dell’ambiente confinato ed il livello di potenza effettivamente emesso (campo libero). Per la validità delle misure K2 deve essere in ogni banda < 2dB.
Nel caso di misure effettuate all’aperto (con la macchina sempre posta su una superficie riflettente, ma lontano da altre superfici), si assume K2 pari a zero.
Nel caso di misure effettuate in ambienti confinati, il fattore K2, espresso in dB, può essere calcolato per differenza misurando nell’ambiente la potenza sonora emessa da una sorgente di riferimento di potenza nota, oppure valutando l’assorbimento equivalente dell’ambiente ed utilizzando la relazione:
S , superficie di misura (m2)
A , area equivalente di assorbimento (m2).
Per la determinazione di A possono essere utilizzati tre metodi.
Il primo metodo suggerisce di calcolare A come sommatoria delle superfici presenti nell’ambiente
moltiplicate per il loro coefficiente di assorbimento acustico apparente.
Il secondo metodo propone di valutare A dalla formula di Sabine valida per campo riverberante:
V , volume del locale di misura ( m3)
T , tempo di riverbero rilevato nel locale (s)
Il terzo metodo propone di eseguire la misura di potenza su due superfici geometricamente simili
che abbiano un rapporto maggiore di 2 e preferibilmente di 4. In questo modo è possibile calcolare
la quantità:
L’p1 , L’p2 , livelli medi di pressione sulle due superfici di misura.
Il valore A/S viene poi calcolato in funzione di M secondo l’equazione:
Il livello di potenza sonora della macchina (Lw), espresso in dB, è dato da
S , superficie di misura [m^2] ;
So , superficie unitaria [m^2 ] .
L’accuratezza della misura è pari a quella di un metodo ingegneristico (grado 2); la riproducibilità dei risultati è esprimibile con una deviazione standard non superiore a 1.5 dB sul valore globale di potenza sonora espressa in dB(A).
