Insonorizzazione - Soundproofing
L'insonorizzazione è qualsiasi mezzo per ridurre la pressione sonora rispetto a una determinata sorgente sonora e recettore. Esistono diversi approcci di base per ridurre il suono: aumentare la distanza tra sorgente e ricevitore, utilizzare barriere antirumore per riflettere o assorbire l'energia delle onde sonore , utilizzare strutture di smorzamento come i setti acustici o utilizzare generatori di suoni antirumore attivi .
Ci sono 5 elementi nella riduzione del suono ( assorbimento , smorzamento , disaccoppiamento, distanza e aggiunta di massa). L'aspetto fonoassorbente nell'insonorizzazione non va confuso con i pannelli fonoassorbenti utilizzati nei trattamenti acustici. L'assorbimento in questo senso si riferisce solo alla riduzione di una frequenza di risonanza in una cavità installando un isolamento tra pareti, soffitti o pavimenti. I pannelli acustici possono svolgere un ruolo nel trattamento solo dopo che pareti, soffitti e pavimenti sono stati insonorizzati, riducendo i riflessi che rendono più forte il suono complessivo nella stanza sorgente.
Quando si progettano trattamenti acustici, potrebbe essere necessario considerare due distinti problemi di insonorizzazione: migliorare il suono all'interno di una stanza (vedi riverbero ) e ridurre la dispersione sonora verso/da stanze adiacenti o all'esterno (vedi classe di trasmissione del suono e indice di riduzione del suono ). Il silenziamento acustico e il controllo del rumore possono essere utilizzati per limitare i rumori indesiderati. L'isolamento acustico può sopprimere le onde sonore indirette indesiderate come i riflessi che causano echi e le risonanze che causano il riverbero . L'insonorizzazione può ridurre la trasmissione di onde sonore dirette indesiderate dalla sorgente a un ascoltatore involontario attraverso l'uso della distanza e l'intervento di oggetti nel percorso sonoro.
Assorbimento
Il materiale fonoassorbente controlla i livelli di pressione sonora riverberante all'interno di una cavità, un recinto o una stanza. I materiali ad assorbimento sintetico sono porosi, in riferimento alla schiuma a celle aperte (schiuma acustica, schiuma fonoassorbente). I materiali di assorbimento fibroso come cellulosa, lana minerale, fibra di vetro, lana di pecora, sono più comunemente usati per attutire le frequenze di risonanza all'interno di una cavità (isolamento di pareti, pavimenti o soffitti), servendo un duplice scopo per le loro proprietà di isolamento termico. Per creare pannelli acustici vengono utilizzati materiali assorbenti sia fibrosi che porosi, che assorbono il riflesso del suono in una stanza, migliorando l'intelligibilità del parlato.
Assorbitori porosi
Gli assorbitori porosi, tipicamente schiume di gomma a celle aperte o spugne di melammina , assorbono il rumore per attrito all'interno della struttura cellulare. Le schiume porose a celle aperte sono assorbitori di rumore altamente efficaci su un'ampia gamma di frequenze medio-alte. Le prestazioni possono essere meno impressionanti alle frequenze più basse.
L'esatto profilo di assorbimento di una schiuma porosa a celle aperte sarà determinato da una serie di fattori, inclusi i seguenti:
- Dimensione della cella
- tortuosità
- Porosità
- Spessore materiale
- Densità del materiale
Assorbitori risonanti
I pannelli risonanti, i risonatori di Helmholtz e altri assorbitori risonanti funzionano smorzando un'onda sonora mentre la riflettono. A differenza degli assorbitori porosi, gli assorbitori risonanti sono più efficaci alle frequenze medio-basse e l'assorbimento degli assorbitori risonanti è sempre abbinato a una gamma di frequenze ristretta.
smorzamento
Smorzare significa ridurre la risonanza nella stanza , per assorbimento o reindirizzamento (riflessione o diffusione). L'assorbimento ridurrà il livello sonoro complessivo, mentre il reindirizzamento rende il suono indesiderato innocuo o addirittura vantaggioso riducendo la coerenza . Lo smorzamento può ridurre la risonanza acustica nell'aria o la risonanza meccanica nella struttura della stanza stessa o nelle cose nella stanza.
Disaccoppiamento
Creare separazione tra una sorgente sonora e qualsiasi forma di massa adiacente, ostacolando il percorso diretto per il trasferimento del suono.
Il disaccoppiamento di una parete comporta l'uso di clip isolanti resilienti o cuscinetti per l'insonorizzazione. Le clip devono essere sfalsate quando installate (ogni altro perno) per creare meno percorsi per il trasferimento del suono. Il canale di isolamento resiliente si inserisce facilmente nelle clip resilienti, creando uno spazio di 1 5/8 "tra il perno e il muro a secco. Le viti a filettatura fine vengono utilizzate per avvitare il muro a secco nel canale resiliente. Le viti devono essere della lunghezza corretta per non perforare un perno, questo comprometterà l'efficienza della parete disaccoppiata.
Distanza
La densità di energia delle onde sonore diminuisce man mano che si allontanano in modo che l'aumento della distanza tra il ricevitore e la sorgente si traduca in un'intensità del suono progressivamente inferiore al ricevitore. In un normale ambiente tridimensionale, con sorgente puntiforme e recettore puntiforme, l'intensità delle onde sonore sarà attenuata secondo l' inverso del quadrato della distanza dalla sorgente.
Messa
L'aggiunta di materiale denso al trattamento aiuta a impedire alle onde sonore di fuoriuscire da una parete, soffitto o pavimento della sorgente. I materiali includono vinile caricato in massa, cartongesso, cartongesso insonorizzato, compensato, pannelli di fibra , cemento o gomma. Diverse larghezze e densità nel materiale fonoassorbente riduce il suono all'interno di una gamma di frequenza variabile. L'uso di più strati di materiale è essenziale per il successo di qualsiasi trattamento.
Riflessione
Quando le onde sonore colpiscono un mezzo, la riflessione di quel suono dipende dalla dissomiglianza delle superfici con cui viene a contatto. Il suono che colpisce una superficie di cemento risulterà in una riflessione molto diversa rispetto a se il suono dovesse colpire un mezzo più morbido come la fibra di vetro. In un ambiente esterno come l'ingegneria autostradale, spesso vengono utilizzati argini o pannelli per riflettere il suono verso l'alto nel cielo.
Diffusione
Se una riflessione speculare da una superficie piatta e dura fornisce un'eco problematica, è possibile applicare un diffusore acustico alla superficie. Diffonderà il suono in tutte le direzioni. Questo è efficace per eliminare sacche di rumore in una stanza.
Cancellazione del rumore
I generatori di cancellazione del rumore per il controllo attivo del rumore sono un'innovazione relativamente moderna. Un microfono viene utilizzato per captare il suono che viene poi analizzato da un computer; quindi, le onde sonore con polarità opposta (fase di 180° a tutte le frequenze) vengono emesse attraverso un altoparlante, causando interferenze distruttive e annullando gran parte del rumore.
Residenziale
I programmi sonori residenziali mirano a ridurre o eliminare gli effetti del rumore esterno. L'obiettivo principale del programma sonoro residenziale nelle strutture esistenti sono le finestre e le porte. Le porte in legno massello sono una migliore barriera acustica rispetto alle porte cave. Le tende possono essere utilizzate per smorzare il suono, sia attraverso l'uso di materiali pesanti che attraverso l'uso di camere d'aria note come nido d'ape . I design a nido d'ape singolo, doppio e triplo raggiungono gradi relativamente maggiori di smorzamento acustico. Il principale limite di insonorizzazione delle tende è la mancanza di un sigillo sul bordo della tenda, sebbene ciò possa essere alleviato con l'uso di caratteristiche di tenuta, come chiusura a strappo, adesivo, magneti o altri materiali. Lo spessore del vetro avrà un ruolo nella diagnosi della perdita di suono. Le finestre a doppio vetro ottengono un'insonorizzazione leggermente maggiore rispetto alle finestre a vetro singolo se ben sigillate nell'apertura del telaio della finestra e della parete.
Una significativa riduzione del rumore può essere ottenuta anche installando una seconda finestra interna. In questo caso, la finestra esterna rimane in posizione mentre viene installata una finestra scorrevole o sospesa all'interno delle stesse aperture della parete.
Negli Stati Uniti la FAA offre sistemi di riduzione del rumore per le case che rientrano in una curva di rumore in cui il livello medio di decibel è di 65 decibel. Fa parte del loro programma di isolamento acustico residenziale. Il programma fornisce porte d'ingresso in legno massello più finestre e porte blindate.
Soffitti
- Sigillare spazi vuoti e crepe attorno a cavi elettrici, tubi dell'acqua e condutture utilizzando mastice acustico o schiuma spray ridurrà significativamente il rumore indesiderato come passaggio preliminare per l'insonorizzazione del soffitto.
- L' isolamento in lana minerale è più comunemente usato nell'isolamento acustico per la sua densità e il basso costo rispetto ad altri materiali fonoassorbenti. L' isolamento in schiuma spray deve essere utilizzato solo per riempire spazi vuoti e crepe o come strato di 1-2 pollici prima di installare la lana minerale. La schiuma spray polimerizzata e altra schiuma a cellule chiuse possono essere un conduttore del suono. La schiuma spray non è abbastanza porosa da assorbire il suono, non è nemmeno abbastanza densa da fermare il suono.
- Un metodo efficace per ridurre il rumore da impatto è il canale di isolamento resiliente . I canali disaccoppiano il muro a secco dai travetti, riducendo il trasferimento delle vibrazioni. Le viti ancorano i canali nel travetto del soffitto, scaglionando ogni altro travetto. I canali poggiano a 1/2 "dal travetto, utilizzando clip di isolamento resilienti o un tampone di smorzamento in gomma. Dopo l'installazione, le vibrazioni da impatto hanno modi minimi di trasferirsi attraverso i canali alla nuova installazione del muro a secco.
- Quando si rifinisce il soffitto, è necessario utilizzare mastice acustico lungo il perimetro della parete e intorno a tutti gli infissi e i registri dei condotti per sigillare ulteriormente il trattamento. Evitare luci ad incasso o qualsiasi apparecchio che richieda grandi fori nel soffitto. Un piccolo foro può compromettere l'efficacia dell'intero trattamento.
Muri
- Prese, interruttori della luce e scatole elettriche sono i punti deboli di qualsiasi trattamento di insonorizzazione. Le scatole elettriche devono essere avvolte in argilla o mastice e supportate con MLV . Dopo aver installato le piastre degli interruttori, i coperchi delle prese e le luci, è necessario applicare un calafataggio acustico attorno al perimetro delle piastre o degli infissi.
- La messa è l'unico modo per fermare il suono. La massa si riferisce a cartongesso, compensato o cemento. MLV (Mass Loaded Vinyl) viene utilizzato per smorzare o indebolire le onde sonore tra strati di massa. L'uso di un composto di smorzamento viscoelastico o MLV converte le onde sonore in calore, indebolendo le onde prima di raggiungere lo strato di massa successivo.
- Le pareti sono riempite con isolamento in lana minerale. A seconda del livello di trattamento desiderato, potrebbero essere necessari 2 strati di isolamento. L'uso di clip isolanti resilienti aiuta nel processo di disaccoppiamento per i trattamenti di isolamento acustico sia delle pareti che dei soffitti. Dopo l'installazione delle clip, il Resilient Isolation Channel si inserisce facilmente nelle clip.
- L'installazione di cartongesso insonorizzato è consigliata per il suo valore STC più elevato. Il muro a secco insonorizzato in combinazione con un composto viscoelastico può ottenere una riduzione del rumore di STC 60+. È importante utilizzare più strati di massa, in diverse larghezze e densità, per ottimizzare un dato trattamento di isolamento acustico.
Piani
Lasciare uno spazio tra il travetto e il compensato del sottofondo è il modo più efficiente per installare pavimenti insonorizzati. Il nastro per travetti in neoprene o i distanziatori in gomma a forma di U aiutano a disaccoppiare il sottofondo dal travetto. Un ulteriore strato di compensato può essere installato con un composto viscoelastico. Il vinile caricato a massa, in combinazione con la gomma a celle aperte o un sottofondo in schiuma a celle chiuse, ridurrà ulteriormente la trasmissione del suono. Dopo aver applicato queste tecniche, è possibile installare pavimenti in legno o moquette. Tappeti e mobili aggiuntivi contribuiranno a ridurre i riflessi indesiderati all'interno della stanza.
Stanza nella stanza
Una stanza nella stanza (RWAR) è un metodo per isolare il suono e impedirne la trasmissione al mondo esterno dove potrebbe essere indesiderabile.
La maggior parte del trasferimento di vibrazioni /suono da una stanza all'esterno avviene tramite mezzi meccanici. La vibrazione passa direttamente attraverso il mattone, la lavorazione del legno e altri elementi strutturali solidi . Quando incontra un elemento come una parete, un soffitto, un pavimento o una finestra, che funge da cassa di risonanza , la vibrazione viene amplificata e ascoltata nel secondo spazio. Una trasmissione meccanica è molto più veloce, più efficiente e forse più facilmente amplificata di una trasmissione aerea della stessa forza iniziale.
L'uso di schiuma acustica e altri mezzi assorbenti è meno efficace contro questa vibrazione trasmessa. Si consiglia all'utente di interrompere il collegamento tra la stanza che contiene la fonte di rumore e il mondo esterno. Questo è chiamato disaccoppiamento acustico. Il disaccoppiamento ideale implica l'eliminazione del trasferimento delle vibrazioni sia nei materiali solidi che nell'aria, quindi il flusso d'aria nella stanza è spesso controllato. Ciò ha implicazioni per la sicurezza: all'interno dello spazio disaccoppiato, deve essere garantita un'adeguata ventilazione e non è possibile utilizzare stufe a gas.
Commerciale
Ristoranti, scuole, uffici e strutture sanitarie utilizzano l'acustica architettonica per ridurre il rumore per i propri clienti. Negli Stati Uniti , l' OSHA ha requisiti che regolano la durata dell'esposizione dei lavoratori a determinati livelli di rumore.
Le attività commerciali a volte utilizzano la tecnologia di insonorizzazione, soprattutto quando si tratta di un design di uffici aperti. Ci sono molte ragioni per cui un'azienda potrebbe implementare l'insonorizzazione del proprio ufficio. Uno dei maggiori ostacoli alla produttività dei lavoratori sono i rumori fastidiosi che provengono dalle persone che parlano, ad esempio al telefono, o con i colleghi e il capo. L'insonorizzazione acustica è importante per evitare che le persone perdano la concentrazione e il focus dal loro progetto di lavoro. È anche importante mantenere le conversazioni riservate al sicuro per gli ascoltatori previsti.
Quando si cerca di trovare luoghi per installare l'isolamento acustico, i pannelli acustici dovrebbero essere installati nelle aree degli uffici dove sono collegati molti corridoi di traffico, percorsi di circolazione e aree di lavoro aperte. Le installazioni di pannelli acustici di successo si basano su tre strategie e tecniche per assorbire il suono, bloccare la trasmissione del suono da un luogo all'altro e coprire e mascherare il suono, posizionato per evitare altri servizi o bloccare la luce.
Per gli educatori e gli studenti, il miglioramento della qualità del suono di un ambiente migliorerà successivamente l'apprendimento degli studenti, la concentrazione e le intercomunicazioni insegnante-studente. Nel 2014, uno studio di ricerca condotto da Applied Science ha rivelato che l'86% degli studenti ha percepito i propri istruttori in modo più comprensibile, mentre il 66% degli studenti ha riferito di aver riscontrato livelli di concentrazione più elevati dopo che i materiali fonoassorbenti sono stati incorporati in classe.
Settore automobilistico
L'insonorizzazione automobilistica mira a ridurre o eliminare gli effetti del rumore esterno, principalmente il rumore del motore, dei gas di scarico e dei pneumatici su un'ampia gamma di frequenze. Quando si costruisce un veicolo che include l'insonorizzazione, viene montato un materiale di smorzamento dei pannelli che riduce le vibrazioni dei pannelli della carrozzeria del veicolo quando sono eccitati da una delle tante sorgenti sonore ad alta energia provocate quando il veicolo è in uso. Ci sono molti rumori complessi creati all'interno dei veicoli che cambiano con l'ambiente di guida e la velocità con cui il veicolo viaggia. È possibile ottenere significative riduzioni del rumore fino a 8 dB installando una combinazione di diversi tipi di materiali.
L'ambiente automobilistico limita lo spessore dei materiali che possono essere utilizzati, ma sono comuni combinazioni di ammortizzatori, barriere e assorbitori. I materiali comuni includono feltro, schiuma, poliestere e materiali misti in polipropilene . L'impermeabilizzazione può essere necessaria in base ai materiali utilizzati. La schiuma acustica può essere applicata in diverse aree di un veicolo durante la produzione per ridurre il rumore in cabina. Le schiume hanno anche vantaggi in termini di costi e prestazioni nell'installazione poiché il materiale espanso può espandersi e riempire le cavità dopo l'applicazione e anche prevenire perdite e l'ingresso di alcuni gas nel veicolo. L'insonorizzazione del veicolo può ridurre il rumore del vento , del motore , della strada e dei pneumatici . L'insonorizzazione del veicolo può ridurre il suono all'interno di un veicolo da cinque a 20 decibel.
I materiali di smorzamento superficiale sono molto efficaci nel ridurre il rumore strutturale. I materiali di smorzamento passivo sono stati utilizzati dall'inizio degli anni '60 nell'industria aerospaziale. Nel corso degli anni, i progressi nella produzione di materiali e lo sviluppo di strumenti analitici e sperimentali più efficienti per caratterizzare comportamenti dinamici complessi hanno consentito l'espansione dell'utilizzo di questi materiali nell'industria automobilistica. Al giorno d'oggi, più cuscinetti di smorzamento viscoelastico sono solitamente fissati al corpo per attenuare le modalità del pannello strutturale di ordine superiore che contribuiscono in modo significativo al livello di rumore complessivo all'interno della cabina. Tradizionalmente, vengono utilizzate tecniche sperimentali per ottimizzare le dimensioni e la posizione dei trattamenti di smorzamento. In particolare, le prove di tipo vibrometro laser sono spesso condotte sul corpo in strutture bianche che consentono l'acquisizione rapida di un gran numero di punti di misura con una buona risoluzione spaziale. Tuttavia, testare un veicolo completo è per lo più irrealizzabile, poiché richiede la valutazione di ogni sottosistema individualmente, limitando così l'usabilità di questa tecnologia in modo rapido ed efficiente. In alternativa, le vibrazioni strutturali possono anche essere misurate acusticamente utilizzando sensori di velocità delle particelle posizionati vicino a una struttura vibrante. Diversi studi hanno rivelato il potenziale dei sensori di velocità delle particelle per la caratterizzazione delle vibrazioni strutturali, che accelera notevolmente l'intero processo di test se combinato con le tecniche di scansione.
Barriere antirumore
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Dall'inizio degli anni '70, è diventata pratica comune negli Stati Uniti e in altri paesi industrializzati progettare barriere antirumore lungo le principali autostrade per proteggere i residenti adiacenti dall'intrusione del rumore stradale . La Federal Highway Administration (FHWA) in collaborazione con State Highway Administration (SHA) ha adottato il regolamento federale (23 CFR 772) che richiede a ciascuno stato di adottare la propria politica in materia di abbattimento del rumore del traffico autostradale. Sono state sviluppate tecniche ingegneristiche per prevedere una geometria efficace per la progettazione della barriera antirumore in una particolare situazione del mondo reale. Le barriere antirumore possono essere costruite in legno, muratura , terra o una loro combinazione. Uno dei primi progetti di barriere antirumore si trovava ad Arlington, in Virginia, adiacente all'Interstate 66 , a causa degli interessi espressi dalla Arlington Coalition on Transportation . Forse la prima costruzione di barriere antirumore scientificamente progettata e pubblicata è stata a Los Altos, in California, nel 1970.