ELEMENTI DI ACUSTICA 01

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1 I.U.A.V. Scienze dell architettura a.a. 2012/2013 Fisica Tecnica e Controllo Ambientale Prof. Piercarlo Romagnoni ELEMENTI DI ACUSTICA 01

2 INTRODUZIONE FENOMENI ONDULATORI MOTO ARMONICO PROPAGAZIONE DELLE ONDE

3 INTRODUZIONE

4 INTRODUZIONE PROGETTARE UN EDIFICIO E UN COMPITO DIVERSO RISPETTO A SCOLPIRE UNA STATUA, DIPINGERE UN QUADRO, CESELLARE UN MOBILE, COMPORRE UN GIOIELLO, L ARCHITETTO NON PUO LIMITARSI A RICERCARE LA BELLEZZA DI CIO CHE PROGETTA PERCHE NEGLI SPAZI CHE REALIZZA DEVONO SVOLGERSI DELLE ATTIVITA UMANE

5 INTRODUZIONE OGNI ATTIVITA, PER ESSERE SVOLTA, NECESSITA DI LIVELLI MINIMI DI COMFORT CHE DEVONO ESSERE GARANTITI DALL EDIFICIO: TEMPERATURA INTERNA DEGLI AMBIENTI PUREZZA UMIDITA DELL ARIA ILLUMINAZIONE NATURALE DEGLI AMBIENTI RISPETTO DI PARAMETRI SPECIFICI PER L ATTIVITA (ES. ACUSTICA INTERNA DI UN TEATRO)

6 INTRODUZIONE NON POSSIAMO DELEGARE / SCARICARE SULL IMPIANTISTA / IL PROGETTISTA TERMOTECNICO, E DUNQUE SULL APPARATO IMPIANTISTICO, IL COMPITO DI GARANTIRE IL COMFORT INTERNO: ANCHE LA FORMA, L ORIENTAMENTO, LA SCELTA DELLA POSIZIONE E DELLA DIMENSIONE DEI SERRAMENTI, SONO FONDAMENTALI PER IL COMFORT, PER CUI SE L ARCHITETTO NON LI CURA SVOLGE MALE IL PROPRIO LAVORO

7 INTRODUZIONE IN OGNI CASO UN EDIFICIO MAL PROGETTATO E CHE DELEGHI AL SOLO APPARATO IMPIANTISTICO L OTTENIMENTO DI CONDIZIONI DI COMFORT E UN EDIFICIO CHE: NEL MIGLIORE DEI CASI AVRA COSTI DI GESTIONE MOLTO ELEVATI (E DESTINATI AD AUMENTARE CON IL COSTO DELL ENERGIA) PIU FACILMENTE SARA UN EDIFICIO TROPPO COSTOSO DA MANTENERE E DESTINATO A SOSTANZIALI MODIFICHE QUANDO NON ALL ABBANDONO E ALLA DEMOLIZIONE

8 INTRODUZIONE AD ESEMPIO: UNA GRANDE VETRATA A SUD: INVERNO, APPORTI SOLARI GRATUITI IMPORTANTI ESTATE, SE NON ADEGUATAMENTE SCHERMATA, SURRISCALDAMENTO DEGLI AMBIENTI INTERNI DIFFICILMENTE CONTRASTABILE CON IL SOLO IMPIANTO DI CONDIZIONAMENTO. UNA GRANDE VETRATA A NORD: NESSUN VANTAGGIO IN REGIME INVERNALE, NESSUN IRRAGGIAMENTO, IMPORTANTI DISPERSIONI.

9 INTRODUZIONE VALORI LIMITE TRASMITTANZA PARETI OPACHE PER LEGGE U 0,34 W/(m 2 K) D.Lgs. 311/2006 PER INCENTIVO 55% U 0,27 W/(m 2 K) D.M. 26/01/2010 VALORI LIMITE TRASMITTANZA SERRAMENTI PER LEGGE U 2,20 W/(m 2 K) D.Lgs. 311/2006 PER INCENTIVO 55% U 1,80 W/(m 2 K) D.M. 26/01/2010 U U plegge 0, 34 1, f 55 %, U U p 55 % f 55 % 0, 27 1, , 7

10 DIFETTI ACUSTICI DELL EDIFICIO, PATOLOGIE DA RUMORE UNA CATTIVA PROGETTAZIONE ACUSTICA DELL EDIFICIO: PUO ESSERE CAUSA DI DENUNCE PER NON AVER RISPETTATO LE PRESCRIZIONI LEGISLATIVE, AD ESEMPIO IL D.M. 5/12/1997 SUI REQUISITI ACUSTICI PASSIVI DELL EDIFICIO PUO ESSERE CAUSA DI PATOLOGIE IN CHI ABITA L EDIFICIO: IPERTENSIONE ARTERIOSA INSONNIA DEPRESSIONE TURBE DELL ATTENZIONE

11 I FENOMENI ONDULATORI

12 ONDE E OSCILLAZIONI IL SUONO Il suono è una perturbazione di carattere oscillatorio che si propaga in un mezzo elastico, caratterizzato da una frequenza udibile dall orecchio umano. FENOMENO ONDULATORIO O OSCILLATORIO: Si verifica ogni qualvolta una grandezza fisica varia la sua entità nel tempo e nello spazio attorno ad un valore medio.

13 ONDE E OSCILLAZIONI IL MOTO DEL MARE ampiezza

14 ONDE E OSCILLAZIONI IL MOTO DEL PISTONE A 2A ω θ 2A Un pistone si muove all interno di un condotto rettilineo aperto ad una estremità e contenente un mezzo gassoso. A causa del movimento del pistone (sorgente) in prossimità dello stesso si alterneranno delle fasi di compressione e rarefazione. A causa dell elasticità del mezzo questi stati di compressione e rarefazione saranno trasmessi alle zone limitrofe e si propagheranno dal pistone verso l altro capo del condotto. La ruota fa un giro completo nel tempo T, che si definisce PERIODO.

15 Onde trasversali Onde longitudinali

16 FUNZIONI GONIOMETRICHE DI BASE P' P τ O α P

17 MOTO ARMONICO P' P τ Il punto P si muove ad una velocità angolare costante ω che corrisponde alla lunghezza della circonferenza in radianti (2π) divisa per il tempo impiegato a percorrere un giro, che abbiamo definito periodo: O α P Per percorrere il tratto di circonferenza corrispondente all angolo α alla velocità ω il punto P impiegherà un tempo τ: P' O v v'' α v' P P τ Lo spostamento del punto P da O alla nuova posizione, che è in relazione allo spostamento del pistone, è in relazione diretta con lo spostamento di P lungo la circonferenza: OP =s ; OP=r

18 MOTO ARMONICO La velocità di spostamento di P dal punto O al punto attuale dipende dalla velocità tangenziale del punto P: P' P τ α P O La componente di velocità tangenziale che interessa lo spostamento di P è solo v, v è ortogonale al moto di P e dunque ininfluente. I triangoli tratteggiati sono triangoli simili per cui: v v' P' v'' P τ α P O

19 LE GRANDEZZE CHE CARATTERIZZANO LE ONDE A 2A ω 2A ampiezza θ

20 LE GRANDEZZE CHE CARATTERIZZANO LE ONDE AMPIEZZA, A E l entità della variazione intorno a un valore medio della grandezza che oscilla LUNGHEZZA D ONDA,, [m] E la distanza che intercorre tra due punti in cui in un certo istante si hanno fasi omologhe dell onda. PERIODO, T, [s] E il tempo che intercorre tra il passaggio in un determinato punto dello spazio di due fasi omologhe dell onda. Nell esempio del pistone è il tempo necessario alla ruota a compiere una rotazione. FREQUENZA, f, [Hz] E il numero di oscillazioni complete che l onda compie nell'unità di tempo. Unità di misura sono i cicli per secondo ovvero gli hertz [Hz]. E l inverso del PERIODO f=1/t VELOCITA DI PROPAGAZIONE, c, [m/s] E la velocità con cui la perturbazione si propaga nello spazio. Dipende dal mezzo. FREQUENZA ANGOLARE o PULSAZIONE o VELOCITA ANGOLARE,, [rad/s] Per un oscillazione di tipo sinusoidale o cosinusoidale corrisponde all angolo in radianti descritto in un unità di tempo dal corrispondente oscillatore armonico (la ruota in esempio).

21 LE ONDE SONORE: PERTURBAZIONI DI PRESSIONE Il fenomeno sonoro corrisponde ad una variazione oscillatoria di pressione. Le diverse sorgenti sono dispositivi o fenomeni che sono in grado di indurre un movimento oscillatorio alle particelle del mezzo considerato. Pressione [Pa] Pascal Tempo La sorgente sonora (es. un diapason) trasmette il moto alle particelle d aria a suo diretto contatto. Il moto vibratorio di queste particelle intorno ad una posizione di equilibrio si trasmette ad altre adiacenti e la così la perturbazione si propaga nel mezzo a distanze sempre più grandi.

22 IL MOVIMENTO DELLE PARTICELLE D ARIA Le particelle oscillano intorno a posizioni di equilibrio L oscillazione si propaga nel mezzo F F

23 LA DANZA DELLE PARTICELLE Le particelle d aria (o di un altro materiale elastico) che consentono la propagazione di un onda sonora non si allontanano molto dalla loro posizione di equilibrio N.B.: la perturbazione sonora viaggia, si sposta, ma le particelle che la trasportano danzano senza allontanarsi troppo da casa. FENOMENO SONORO: Propagazione ENERGIA Propagazione MATERIA SI NO ONDE LONGITUDINALI Quando il suono si propaga in un gas come l aria, le particelle si muovono nella stessa direzione del suono.

24 LA PROPAGAZIONE DELL ONDA Osservando le molecole dell aria contenuta nel condotto si notano: Aree di compressione dove le molecole sono più addensate Sacche di rarefazione dove le molecole sono più diradate La pressione dell aria è leggermente superiore alla pressione atmosferica La pressione dell aria è leggermente inferiore alla pressione atmosferica Creste di compressione e sacche di rarefazione si muovono C = Compressione R = Rarefazione DIREZIONE DI PROPAGAZIONE DELL ONDA SONORA.

25 LA PROPAGAZIONE DELL ONDA Nella i-esima sezione si alterneranno nel tempo stati si compressione e rarefazione. Nel diagramma cartesiano tempo-pressione il fenomeno sonoro appare nella tipica forma sinusoidale dei fenomeni ondulatori. Un onda è composta di una compressione e di una rarefazione.

26 PRESSIONE ACUSTICA, Δp, [Pa] Si denomina pressione acustica la differenza tra la pressione in un punto nel mezzo attraversato dall onda acustica e la pressione nello stesso punto in assenza dell onda. E la pressione ad essere correlata al volume a cui percepiamo il suono. In conseguenza delle variazioni di pressione si hanno variazioni di densità per le quali si ha: Le perturbazioni di pressione e di densità hanno valori molto limitati rispetto ai valori medi delle due grandezze:

27 LUNGHEZZA D ONDA Ad ogni istante in ogni i-esima sezione del condotto vi è una pressione uniforme Lunghezza d onda l Distanza percorsa dalla perturbazione in un periodo Separazione spaziale di punti che allo stesso istante hanno le medesime condizioni di pressione

28 LUNGHEZZA D ONDA, PERIODO, FREQUENZA T (s) PERIODO: tempo necessario alla sorgente per generare un onda completa. Unità di misura: secondi. f (Hz)=1/T FREQUENZA: inverso del periodo, numero di onde complete generate dalla sorgente nell unità di tempo. Unità di misura: Hertz. ct c f