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  • Mercoledì 01 Luglio 2009 09:18
  • Scritto da David Guanciarossa

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Correzione acustica dei piccoli ambienti (IV parte)

 

Isolamento acustico del locale d'ascolto

Allorchè un'onda di pressione investe una parete, una parte dell'energia sonora viene riflessa, una parte è assorbita, una parte attraversa la parete. Il suono emesso in un dato ambiente giungerà quindi dalla parte opposta indebolito o attenuato e l'entità dell'attenuazione è espressa dalla, differenza tra i livelli sonori L1 e L2 esistenti nei due ambienti contigui (Fig. 1).

fig. 1

Questa differenza, o attenuazione, è espressa in dB ed è valutabile con la relazione:

formula 1
con
formula 2

coefficiente di trasmissione della parete.

Trasmissione attraverso pareti sonde

L'attenuazione è funzione essenzialmente del livello sonoro della sorgente posta nell'ambiente «disturbante» e delle caratteristiche fisiche della parete separante i due ambienti, disturbato e disturbante. Nel caso in esame la trasmissione del suono è legata al fatto che la parete entra in vibrazione sotto l'urto delle variazioni di pressione, e le deformazioni (piccolissime) che subisce sono la causa di perturbazione per l'ambiente limitrofo. É intuitivo che l'attenuazione sarà tanto più ridotta, quanto leggera sarà la parete e quanto meno efficacemente quest'ultima sarà incastrata a quelle vicine: l'insufficiente inerzia o pesantezza le permetterà di entrare in vibrazione e, poichè le sue frequenze di risonanza sono molto basse, un tale diaframma sarà particolarmente trasparente, alle frequenze basse, causando un disturbo ancora maggiore per il fatto che i suoni trasmessi all'ambiente disturbato risulteranno profondamente alterati nella loro composizione spettrale.

Secondo alcune ipotesi limitatrici è dimostrato che l'attenuazione di una parete può essere espressa da:

formual 3

con m = massa della parete per unità di area; f = frequenza del suono incidente; c = costante.

La II) mostra che il potere attenuante è funzione della frequenza (l'attenuazione è cioè più spinta per le frequenze più acute) e della massa (legge della massa: le pareti pesanti sono più acusticamente isolanti)./p> fig. 2

In fig. 2 è appunto indicato l'andamento dell'attenuazione di una parete di mattoni pieni (spessore 24 cm per la curva 1, 12 cm per la curva 2) in funzione della frequenza: l'attenuazione aumenta con la frequenza del suono incidente e con lo spessore della parete. La fig. 2 mostra anche che l'andamento della attenuazione non è così lineare come la relazione teorica II) supporrebbe, a causa di fenomeni di risonanza (1) dovuti alle reazioni elastiche nelle zone di incastro della parete stessa alle strutture vicine.

La II) indica ancora un fatto importante: il raddoppiamento della massa o della frequenza comporta un aumento dell'attenuazione di soli 6 dB in linea teorica, ridotti a 5 dB in pratica. Ad es. per una data frequenza confrontando due pareti con massa m1 e 2m1 rispettivamente (cioè ,l'una doppia dell'altra) si ottiene:

formula 4

cioè una differenza di attenuazione nei due casi data da:

formula 5

In altre parole per avere un effetto attenuante teorico di soli 6dB siamo costretti a raddoppiare la massa della parete (con raddoppiamento, naturalmente, anche del costo).

L'andamento dell'attenuazione di una parete in funzione del peso a mq a indicato in fig. 3,

fig. 3

dove è evidenziata, per una sola frequenza di riferimento, la curva teorica e quella ottenuta dalla media dei valori misurati in pratica (è mostrato anche il valore dell'effettivo incremento dell'attenuazione in funzione di un raddoppiamento del peso).

Poichè il fenomeno dell’attenuazione è funzione anche della natura costituente la parete,

fig. 4

in fig. 4 è indicata l'attenuazione di alcuni materiali di uso corrente: risalta il comportamento della lana di roccia, il cui potere attenuante cresce notevolmente con l'aumentare dello spessore. Quando spessori e costo diventano proibitivi si deve ricorrere a pareti composte (doppie o triple) che presentano un'attenuazione maggiore di quelle semplici. Indicando infatti con m1 e m2 le masse di due pareti distinte e diverse e con R1 e R2 le attenuazioni che le pareti produrrebbero singolarmente, si ha, per una data frequenza:

formula 6

e l'attenuazione totale e data da:

formula 7

mentre per una sola parete di massa m1+m2 si ha, secondo la II):

formula 8

Il confronto fra la IV) e la V), rispettivamente riferite a una doppia parete e a una parete unica, è a favore della IV) in cui compare il prodotto delle masse anzichè la loro somma come in V), cioè a favore della parete doppia.

Essenzialmente i tipi di parete doppia sono tre:

1) muro pesante (cemento o mattoni) raddoppiato mediante l'uso di una paretina più leggera;
2) doppia parete leggera;
3) doppio muro pesante.

Nel primo caso elemento di progetto è lo spessore «d» dell'intercapedine che dovrà soddisfare la relazione:

formula 9

e, nel secondo caso:

d (cm) x massa della parete aggiunta (Kg/m2) > 200;

in entrambi i casi la parete aggiunta sarà di natura e spessore differenti da quella iniziale. Nel terzo caso invece le caratteristiche dei due muri possono essere simili e l’intercapedine può essere ridotta a 3 cm. Rispetto ad una parete omogenea e semplice vi è un guadagno in attenuazione variabile da 3 a 10 dB (circa 1 dB per cm di spessore dell'intercapedine). Dall'esame della fig. 5

fig. 5

risulta anche che la differenza di comportamento delle pareti doppie rispetto a quelle omogenee diventa sensibile solo dopo 125 Hz e intorno ai 500 Hz è già di 6 dB. L'efficacia di tali pareti è però spesso ridotta da fattori di carattere pratico non è mai perfettamente indipendente dalla prima (come prevederebbe la relazione teorica), ma è accoppiata acusticamente attraverso l'aria dell'intercapedine e, meccanicamente attraverso le strutture alle quali dei fenomeni di risonanza a determinate frequenze col risultato di una diminuzione del potere attenuante in corrispondenza di queste (fig. 6).

fig. 6

La parete aggiunta non dovrà essere legata a quella esistente, perchè ogni punto di contatto è una via di trasmissione del suono, e la posa in opera sulla struttura portante dovrà avvenire con criteri particolari di isolamento. Per ridurre gli effetti dell'accoppiamento bisogna aumentare la distanza tra le due pareti (10 cm circa è ottimale) e riempire parzialmente la cavità con materiale assorbente o, più semplicemente, disporlo lungo il perimetro della cavità.

Trasmissione per conduzione

L'isolamento operato sulla parete di divisione di due ambienti contigui, disturbante e disturbato, non è sufficiente ad ottenere completamente la separazione acustica. I suoni emessi da una sorgente e trasmessi per via aerea nello ambiente A (fig. 7)

fig. 7

raggiungono l'ambiente B non solo attraverso la parete mediana, secondo il meccanismo precedentemente descritto, ma anche per «conduzione» attraverso cioè le strutture dell'edificio. Ad es. attraverso solai del soffitto o del pavimento (vedi sezione) che sono comuni ad entrambi gli appartamenti cui appartengono gli ambienti in esame, attraverso le murature longitudinali, due pareti opposte, la fondazione, e, per gli odierni edifici di abitazione, attraverso le ossature in cemento armato, le canalizzazioni degli impianti idrici e sanitari, le colonne continue dei tramezzi, i cavedi per aspirazione, le chiostrine, il vano dell'ascensore. I rimedi a questo tipo di trasmissione del suono non sono di facile soluzione a posteriori e, comunque, non affrontabili, in buona parte, se non in sede di costruzione dell'edificio e, quindi, poco utili per chi debba fare, delle correzioni acustiche su un ambiente predeterminato.

Trasmissione attraverso le aperture

É il modo di trasmissione più diretto: un piccolo orifizio praticato in una parete, anche ben isolata, anzi soprattutto in questa, si comporta per l'ambiente disturbato (B) della fig. 8

fig. 8

come una nuova sorgente di emissione posta in corrispondenza dell'apertura. É questo il caso frequentissimo, della trasmissione attraverso gli infissi (porte e finestre) la cui tenuta all'aria, e quindi all'energia sonora, non è mai perfetta. A questo inconveniente, cui l'esperienza e l'intuizione più elementare suggeriscono di porre rimedio tramite una perfetta tenuta realizzata con giunti elastici (vedi più avanti), si aggiunge il fatto che porte e finestre rappresentano, su una parete di attenuazione R, elementi di attenuazione diversa, generalmente inferiore a R; la teoria ci insegna che è inutile spingere oltre un certo limite il potere R della parete, perchè l'attenuazione globale (cioè della parete più la porta, ad es.) migliorerà di pochissimo (attenuazione di pareti non omogenee (2)). Le porte rappresentano, quindi, un punto debole per l'isolamento acustico: una porta semplice, senza giunti isolanti, presenta una attenuazione inferiore a 20 dB a 500 Hz; per la stessa frequenza, una porta semipesante e con sigillatura delle fessure ha una R < 30 dB. Per ottenere un isolamento maggiore è necessario ricorrere a una doppia porta con intercapedine d'aria, come indicato più avanti.

(1) Fenomeno che per le pareti normali avvengono tra 10 e 100Hz.
(2) Di questo argomento ci occuperemo a fondo in uno dei prossimi numeri.
in pratica

Per ridurre gli effetti della trasmissione dell'energia sonora agli ambienti litrofi, l'appassionato di Hi-Fi può seguire due strade:

1) sacrificare la potenza del suo amlificatore per un ascolto a livello moderato;
2) qualora ami ricreare (come è il più delle volte) il livello sonoro di un'intera orchestra tra quattro pareti, realizzare un isolamento acustico fra l'appartamento del vicino e il suo, prendendo dei provvedimenti nell'ambiente stesso dove avviene l'emissione sonora. Il trattamento acustico più immediato è quello rivolto alla parete di separazione tra i due ambienti «disturbante» e «disturbato». L'isolamento di una parete é espresso in dB; dire che una parete ha un'attenuazione di 30 dB significa che il livello sonoro che si viene a stabilire nell'ambiente vicino è inferiore di 30 dB a quello esistente nell'ambiente dove avviene la emissione. Pareti di normali abitazioni separanti due appartamenti, dovrebbero avere uno spessore totale di almeno 30 cm e doverbbero essere composte di mattoni pieni; in queste condizioni (vedi fig. 2) i valori dell'attenuazione sono già di per se considerevoli. Nella maggior parte dei casi, specie in appartamenti di recente costruzione, è necessario invece ricorrere a un rafforzamento del potere isolante aumentando la massa della parete stessa. Ad esempio se la parete esistente ha un peso di 240 Kg/m2 (muro di mattoni pieni da 20 cm) per una data frequenza l'isolamento sarà di 45 dB; raddoppiando la massa, costruendo cioè una seconda fodera di mattoni (vedi fig. 9), si ha, come visto, un aumento di circa 5 dB, cioè si passa a un'attenuazione totale di 50 dB: l'incremento e tutt'altro che sensibile se paragonato all'incremento di peso (480 Kg).

 

fig. 6

Per pareti omogenee, cioè composte da un solo materiale, viene riportato l'andamento del potere attenuante in funzione del peso in Kg/m2 e per una frequenza di riferimento di 500 Hz:

PESI / ATTENUAZIONI
12,5 Kg/m2 / 27 dB
25 / 32
50 / 36
100 / 40
200 / 44
400 / 48
800 / 53
1.600 / 58

Per una parete di 100 Kg/m2 l'andamento del potere attenuante in funzione della frequenza a espresso da:

FREQUENZE / ATTENUAZIONI

125 Hz / 32 dB
250 / 36
500 / 40
1.000 / 44
2.000 / 48

Anche gli intonaci hanno la loro efficacia: uno spessore di 1,5 cm per parte fa guadagnare 1 dB al valore di attenuaone tipico della parete. Dall'esame di questi valori resta confermato che, per migliorare di 4 o 5 dB l'attenuarione acustica di una parete, è necessario raddopare il peso. Per valori dell'attenuazione superiori a 50 dB, l'aumento di costo e di peso diventa così proibitivo da consigliare il ricorso ad altre soluzioni. Si può realizzare, ad esempio, lo schema alla figura 10, cioè la creazione di una nuova parete di materiale leggero su intelaiatura di legno,, distaccata da quella esistente di qualche centimetro, con riempimento dell'intercapedine con lana minerale. Ad esempio scegliendo una paretina del peso di 20 Kg/m2 avremo una riduzione di 5 dB, qualora l'intercapedine sia larga 5 cm (vedi la VI):

formula

ottenendo così, con una spesa ed un peso inferiorì, gli stessi effetti che con il raddoppiamento del muro esistente. Si è realizzata una parete doppia vera e propria, una parete, cioè, composta di materiali differenti e associati in un unico elemento di separazione.

Come visto, una tale parete deve soddisfare alle seguenti esigenze: i materiali debbono essere di natura e peso differenti; un'intercapedine di spessore opportuno deve separare i due elementi; l'intercapedine stessa deve essere riempita di materiale assorbente per ridurre i fenomeni di risonanza che possono prodursi per una lunghezza d'onda doppia, rispetto alla dimensione dell'intercapedine; il riempimento non deve essere eccessivo, per evitare la trasmissione del suono per conduzione; i vincoli rigidi tra le due pareti devono essere ridotti al minimo per evitare gli effetti dell'accoppiamento meccanico, con, l'introduzione di materiale smorzante in tutte le giunzioni tra pannello, pavimento e soffitto.

La situazione ideale è, in sostanza, quella che realizza la massima indipendenza del pannello della parete retrostante. In figura 5 é indicata l'entita del miglioramento all'attenuazione in funzione della frequenza per una parete del tipo dell'esempio di cui sopra. I risultati ottenuti possono variare sensibilmente con le modalità di esecuzione e la qualità dei materiali impiegati. Spesso l'isolamento di una parete che separa i due ambienti, disturbante e disturbato, può essere però insufficiente, in quanto la trasmissione del suono può avvenire, in via indiretta, attraverso le altre strutture dell'edificio (atri muri. solai etc.) e può rendersi necessario l'intervento anche al soffitto, sul pavimento e, in generale, sulle altre pareti che, a prima vista, non sembrerebbero interessate direttamente alla trasmisisone del suono, in quanto non separanti l'ambiente disturbato da quello disturbante. Per il solaio di calpestio, la soluziante, un pavimento, cioè, posato sopra uno strato di materiale elastico e assorbente quale lana minerale e feltro. A questo trattamento può essere associata la posa in opera, sopra il pavimento stesso di tappeti, ulteriori feltri e moquettes, per ridurre anche gli effetti dei rumori trasmessi per percussione diretta. Un tipo semplice di pavimento galleggiante, steso sopra il livello esistente del pavimento, è quello costituito da una trama di correnti di legno entro le cui maglie vanno fissati dei materassini di lana minerale; sopra questa maglia possono essere inchiodati dei pannelli pesanti e ben sigillati. Se il tutto raggiunge uno spessore di 4 o 5 cm., l'attenuazione pub essere dell'ordine di 4 o 5 dB, che può essere aumentata di altri 3 dB, circa con l'interposizione di un diaframma di fogli di piombo dello spessore di pochi mm.

Per il solaio di copertura si può ricorrere ad un controsoffitto la cui funzione è simile a quella di una doppia parete, teso da sostegni con attacchi elastici, con una intercapedine di 10-15 cm. e qualora ogni giuntura sia ben curata, si può arrivare a un guadagno di 57 dB di attenuazione; se l'intercapedine è riempita di materiale assorbente si può arrivare a 10 dB, mentre per superare questo limite è necessario ricorrere a un soffitto molto pesante e separato (nei limiti del possibile) dal solaio vero e proprio. Il nostro vicino può essere disturbato, oltre che dalle vie di propagazione già viste, anche dalle «fughe» del suono attraverso il perimetro delle finestre (vedi fig. 11)

fig. 11

e dalle vibrazioni del telaio dei vetri. Una soluzione radicale a quella di ricorrere a chiusure con battenti doppi e tripli di legno non deformabile o infissi metallici con chiusura a tenuta pneumatica; più semplicemente si può ricorrere a guarnizioni del tipo indicato in figura 12.

fig. 12

Infissi ben curati possono dare un'attenuazione di 20 dB che rappresenta già un valore notevole. Se i vostri familiari non amano molto la musica e voi siete abituati a intense... sedute nel vostro saloncino preferito, è più che opportuno curare la tenuta della porta con guarnizioni e feltri lungo il perimetro di questa, lasciando in basso, contro il pavimento il minimo gioco possibile. Per casi estremi, si può ricorrere alla costruzione di una porta molto pesante ad una sola anta con intercapedine e interposta lana di vetro. Per porte ben isolate valgono i seguenti risultati:

1) Porta in legno di 42 mm. di spessore e peso di 20 Kg/m2.

Hz / dB

125 / 33
250 / 36
500 / 39
1000 / 32
4000 / 37

2)Porta in legno di 42 mm. di spessore e peso di 35 Kg/m2.

Hz / dB

125 / 31
250 / 35
500 / 39
1000 / 44
4000 / 52

Fortunatamente non sempre sono necessari i massicci interventi di cui sopra e spesso l'individuarione della via più debole per la trasmissione dell'energia sonora è sufficiente per realizzare un trattamento di sicura efficacia anche parziale. L'isolamento meccanico è il segreto che sta alla base di tutti i problemi di isolamento acustico, soprattutto per quanto riguarda la trasmissione delle basse frequenze. Degli accorgimenti elementari aiuteranno, poi, a risolvere molti problemi:

- evitare di sistemare gli altoparlanti contro una parete di separazione dall'appartamento contiguo;
- non istallare pannelli decorativi su tale parete, senza prendere gli adeguati provvedimenti di isolamento meccanico;
- sistemare sempre gli altoparlanti su filtri isolanti, per evitare che le vibrazioni trasmesse per conduzione alle strutture si propaghino con la massima facilità.


SUONO HIFI STEREO - Edoardo Catalano

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