Materiali Fonoassorbenti
Quantificare l'assorbimento: il coefficiente di assorbimento acustico
L'applicazione pratica dei materiali fonoassorbenti
Valutazione avanzata dell'assorbimento acustico presso il laboratorio XEFRA
L’assorbimento acustico è un fattore critico nel trattamento acustico degli ambienti, in particolare dei soffitti, per mitigare l’energia sonora riverberata. L’uso di materiali fonoassorbenti aiuta a controllare il tempo di riverbero e, a seconda della loro vicinanza alla sorgente sonora, può ridurre significativamente il livello complessivo di pressione sonora nella stanza.
L’assorbimento dell’energia sonora emessa è un metodo molto efficace per ridurre il rumore all’interno di spazi chiusi, come condotti o involucri isolati progettati per isolare le sorgenti sonore. I materiali assorbenti sono utilizzati anche nella costruzione di barriere acustiche per ridurre la riflessione del suono dalla loro superficie.
L’efficacia dei materiali fonoassorbenti è quantificata dal coefficiente di assorbimento acustico (α), che è il rapporto tra l’energia sonora assorbita e l’energia incidente. Il valore α indica la frazione di energia sonora che un materiale può assorbire e può variare tra zero, nel caso in cui tutta l’energia viene riflessa (riflessione totale), e uno, nel caso in cui tutta l’energia viene assorbita (assorbimento totale).
Ad esempio, un materiale con un coefficiente di assorbimento acustico di 0,65 assorbe il 65% dell’energia sonora. Questo coefficiente varia con la frequenza e l’angolo di incidenza delle onde sonore, rendendo necessari test approfonditi per una valutazione accurata.
In laboratorio, il coefficiente di assorbimento a incidenza normale, con il metodo dell’onda stazionaria in tubo, viene misurato su piccoli campioni e il coefficiente di assorbimento per incidenza casuale, in una camera riverberante, su campioni di grandi dimensioni.
Poiché in condizioni reali l’incidenza delle onde sonore avviene da diverse angolazioni, il coefficiente di assorbimento dell’incidenza casuale è più rappresentativo. Un metodo come la misurazione della camera riverberante è adatto per valutare strutture o elementi assorbenti. In particolare, valori sperimentali del coefficiente di assorbimento superiori a 1, talvolta misurati in una camera riverberante, indicano condizioni di prova non ideali, in quanto sono stati ottenuti in condizioni di campo sonoro non sufficientemente diffuso.
Assorbimento acustico nei materiali: meccanismi e selezione
Il processo fisico alla base dell’assorbimento acustico prevede la conversione di parte dell’energia sonora incidente in calore, un meccanismo che varia a seconda del tipo e della struttura dell’elemento assorbente. Si possono identificare tre meccanismi di assorbimento di base: porosità, risonanza di membrana e risonanza di cavità. La scelta di uno specifico materiale fonoassorbente è influenzata non solo dalle sue proprietà acustiche ma anche da fattori come la resistenza meccanica, l’aspetto, la possibilità di essere rivestito o verniciato, il costo, il metodo di installazione e la resistenza al fuoco.
Presso il Laboratorio XEFRA siamo specializzati nella determinazione dell’assorbimento acustico di materiali o strutture composite utilizzando metodi standardizzati: incidenza diffusa in camera riverberante e incidenza normale. Per il secondo, si tratta di misurare il tempo di riverbero in una camera riverberante con e senza il campione in prova, che la norma prescrive debba avere una superficie non inferiore a 10 m2.
La norma ISO 354:2003 specifica anche, in modo del tutto appropriato, come i diversi tipi di struttura in prova devono essere assemblati in laboratorio. I risultati delle due misurazioni del tempo di riverbero vengono quindi elaborati utilizzando la formula di Sebine per ottenere i valori del coefficiente di assorbimento acustico (α) in funzione della frequenza.
Queste misure, fondamentali per la determinazione del coefficiente di assorbimento acustico dei materiali, possono essere condotte utilizzando diversi strumenti e metodologie. La nostra procedura attuale impiega il metodo del decadimento del rumore in stato stazionario interrotto.
Sulla base della definizione del tempo di riverbero, la misurazione deve consentire la valutazione del decadimento del rumore stazionario interrotto da una condizione di stato stazionario. Il fenomeno è analogo all’alimentazione, per mezzo di un getto d’acqua a portata costante, di un recipiente con pareti filtranti. Infatti, l’acqua alimentata in maniera costante e continua passerà in parte all’esterno del recipiente, e in parte aumenterà il livello del liquido interno. Una volta raggiunte le condizioni di stato stazionario, l’acqua versata filtrerà interamente attraverso le pareti, mentre il livello rimarrà costante. Nei casi che saranno considerati per le misure in questa procedura, la densità di energia raggiungerà valori che differiranno dalla densità di energia allo stato stazionario per quantità insignificanti, dopo intervalli di tempo che saranno dell’ordine di pochi secondi al massimo.
Tuttavia, la definizione di Sebine non indica esplicitamente il momento esatto in cui il tempo di riverbero inizia ad essere misurato. La densità dell’energia sonora, infatti, non inizia a diminuire subito dopo lo spegnimento della sorgente, ma dopo un ritardo – il tempo necessario all’onda sonora diretta per raggiungere il punto di ascolto. Spesso non è possibile ricavare il tempo di riverbero dalla definizione di Sabine, poiché non è possibile registrare un decadimento di 60 dB se è presente troppo rumore di fondo; quindi, si utilizza un’estrapolazione della prima parte della curva di decadimento.
In teoria, se il decadimento della densità di energia fosse esattamente esponenziale, come previsto dall’acustica statistica, la curva di livello mostrerebbe una pendenza consistente. L’estrapolazione, quindi, non porterebbe ad alcun errore. Tuttavia, le condizioni del mondo reale mostrano spesso curve di decadimento che si discostano da questo ideale, perché sono tutt’altro che rettilinee, con pendenze doppie o curvature non trascurabili.
È qui che il risultato è influenzato dall’estensione in dB o ms della sezione iniziale della curva utilizzata per l’estrapolazione. A tal proposito, la norma di riferimento riconosce come tempo di riverberazione classico, direttamente correlato alla Sebina, il valore ottenuto estrapolando da -5 dB a – 25 dB al di sotto del livello di stato stazionario indicato come TR20.