Requisiti tecnici della strumentazione fonometrica richiesta dal DM

Requisiti tecnici della strumentazione fonometrica richiesta dal DM 16/Marzo/981:
"Tecniche di rilevamento e di misurazione dell’inquinamento acustico."
Bruno Abrami. Agosto 1998.
1.0.- Premessa. La presente nota tecnica si propone, in primo luogo, di isolare dal
contesto del DM 16/03/98 unicamente le indicazioni riguardanti le caratteristiche
tecniche della strumentazione fonometrica e le modalità di misura previste dal decreto
stesso. Tali modalità, che verranno illustrate contestualmente, sono importanti al fine di
garantire una corretta esecuzione delle misure e, molto più importante una loro corretta
interpretazione. Il complesso delle modalità di esecuzione ed interpretazione delle
misure, fanno in qualche modo parte delle caratteristiche tecniche generali del sistema
di misura in quanto indicano le caratteristiche dei software di supporto. In un secondo
momento, verranno illustrati gli strumenti della Spectra srl in grado di rispondere a
queste richieste. Nella prima parte si cercherà, per quanto possibile, di seguire
l’articolato del decreto.
2.0.- Contenuti del DM 16/03/98 riguardanti la strumentazione.
2.1.- Art. 2. Strumentazione di misura.
Com.1. Il sistema di misura deve essere scelto in modo da soddisfare le specifiche di cui alla classe 1 delle norme EN
60651/19942 e EN 60804/19943........
Com.2 I filtri e i microfoni utilizzati per le misure devono essere conformi, rispettivamente, alle
norme EN 61260/19954 e EN 61094-1/19945, EN 61094-2/19936,EN 61094-3/19957, EN 610944/19958. I calibratori devono essere conformi alle norme CEI 29-49
Com.3 La strumentazione e/o la catena di misura, prima e dopo ogni ciclo di misura, deve essere
controllata con un calibratore di classe 1 secondo la norma IEC 942/198810........
2.2.- Allegato A. Definizioni.
Com.6 Livelli dei valori efficaci di pressione sonora ponderata "A": LAF, LAS, LAI. Esprimono i valori efficaci in media
logaritmica mobile della pressione sonora ponderata "A" LPA, secondo le costanti di tempo "Slow", "Fast, "Impulse".
Com.7 Livelli dei valori massimi di pressione sonora LASmax, LAFmax, LAImax. Esprimono i valori
massimi della pressione sonora ponderata in curva "A" e costanti di tempo "Slow", "Fast",
"Impulse".
Com.8 Livello equivalente continuo della pressione sonora ponderata "A": valore del livello di
pressione sonora ponderata "A" di un suono costante che, nel corso di un periodo specificato T, ha
la medesima pressione quadratica media di un suono considerato, il cui livello varia in funzione del
tempo........
Com.10 Livello sonoro di un singolo evento LAE(SEL)........
2.3.- Allegato B. Norme tecniche per l’esecuzione delle misure.
Com.4 Il microfono da campo libero11(free field) deve essere orientato verso la sorgente di rumore; nel caso in cui la
sorgente non sia localizzabile o siano presenti più sorgenti deve essere usato un microfono per incidenza
casuale12(random incidence). Il microfono deve essere montato su apposito sostegno13 e collegato al fonometro con
cavo di lunghezza tale da consentire agli operatori di porsi alla distanza non inferiore a 3 m dal microfono stesso.
Com.7 Le misurazioni devono essere eseguite in assenza di precipitazioni atmosferiche, di nebbia
e/o neve; la velocità del vento deve essere non superiore a 5 m/s15. Il microfono deve comunque
essere munito di cuffia antivento. La catena di misura deve essere compatibile con le condizioni
meteorologiche del periodo in cui si effettuano le misurazioni e comunque in accordo con le norme
CEI 29-1016 ed EN 60804/1994.
Com.8. Rilevamento strumentale dell’impulsività; dell’evento: Ai fini del riconoscimento
dell’impulsività; di un evento, devono essere eseguiti i rilevamenti dei livelli LAImax e LASmax per un
tempo di misura adeguato.
Detti rilevamenti possono essere contemporanei al verificarsi dell'evento oppure essere svolti
successivamente sulla registrazione magnetica dell'evento.
Com.9. Riconoscimento dell'evento sonoro impulsivo: il rumore è; considerato avente componenti
impulsive quando sono verificate le condizioni seguenti:
-l'evento è ripetitivo;
-la differenza tra LAImax e LASmax è superiore a 6 dB;
-la durata dell'evento a -10 dB dal valore LAFmax è inferiore a 1 s.
L'evento sonoro ,impulsivo si considera ripetitivo quando si verifica almeno 10 volte nell'arco di
un'ora nel periodo diurno ed almeno 2 volte nell'arco di un'ora nel periodo notturno.
La ripetitività deve essere dimostrata mediante registrazione grafica17 del livello LAF effettuata
durante il tempo di misura Tm........
Com.10. Riconoscimento di componenti tonali di rumore.
Al fine di individuare la presenza di Componenti Tonali(CT) nel rumore, si effettua un'analisi
spettrale per bande normalizzate di 1/3 di ottava18. Si considerano esclusivamente le CT aventi
carattere stazionario nel tempo ed in frequenza. Se si utilizzano filtri sequenziali19 si determina il
minimo di ciascuna banda con costante di tempo Fast.
Se si utilizzano filtri paralleli20 il livello dello spettro stazionario è evidenziato dal livello minimo
in ciascuna banda. Per evidenziare CT che si trovano alla frequenza di incrocio21 di due filtri ad
1/3 di ottava, possono essere usati filtri con maggiore potere selettivo22 o frequenze di incrocio
alternative23.
La analisi deve essere svolta nell'intervallo di frequenza compreso tra 20Hz e 20 kHz. Si è in
presenza di una CT se il livello minimo di una banda supera i livelli minimi delle bande adiacenti
per almeno 5dB. Si applica il fattore di correzione KT come definito al punto 15 dell'allegato A.
soltanto se la CT tocca una isofonica uguale o superiore a quella più elevata raggiunta dalle altre
componenti dello spettro. La normativa tecnica di riferimento è la ISO 226:1987.
3.0.0.- Il fonometro integratore. Oltre a corrispondere ai requisiti della classe 1 delle
norme citate, deve possedere alcune caratteristiche non espressamente indicate dalle
norme delle quali le più importanti sono le seguenti:
1. Il preamplificatore microfonico deve essere separabile dal corpo dello strumento al
fine di consentire l’uso del cavo di prolunga microfonico.
2. Le costanti di tempo Solw, Fast, Impulse, devono essere parallele. La dimostrazione
della durata in LAF(t) e della differenza LAImax - LASmax va fatta sul singolo evento.
Non disponendo di costanti di tempo parallele, sarà necessario registrare l’evento su
supporto magnetico, e ripassare poi per tre volte la registrazione, ogni volta con una
diversa costante di tempo.
3. L’uscita in corrente alternata (AC) deve poter essere lineare anche se la parte
misuratrice dello strumento è impostata sulla curva "A". Tale caratteristica consente la
registrazione magnetica del segnale durante la misura di LAeq,T. La registrazione potrà
poi venire utilizzata sia per una successiva analisi in frequenza in 1/3 di ottava o con
filtri a maggiore selettività, sia per la dimostrazione della impulsività degli eventi
rumorosi.
4. L’uscita in corrente continua (DC). E’ essenziale unicamente nel caso si voglia
utilizzare una registrazione grafica su supporto cartaceo, al fine di eliminare l’errore di
accuratezza dovuto al basso fattore di cresta dei registratori grafici di livello.
5. L’uscita numerica seriale RS 232, al fine di poter trasferire i risultati della misura su
di un PC al fine della loro gestione grafica e, se necessaria, della loro postelaborazione.
6. La possibilità; di essere alimentati a rete. Tale caratteristica diventa importante
quando si voglia verificare un limite di area in quanto il valore di LAeq,Tr, va misurato
per un tempo pari al periodo di riferimento; questo perlomeno, quando la natura
temporale del clima sonoro non consente la proiezione di misure brevi (Tm).
3-1.0.- Microfono e cavo di prolunga. Una delle novità significative dell'attenzione che
la Commissione Acustica del Ministero dell'Ambiente ha dedicato alla qualità della
misura è costituita sicuramente dall'insieme delle regole sul posizionamento del
microfono di misura. Questo deve essere posizionato alla distanza minima di tre metri
dal fonometro, e si deve fare attenzione alla presenza di onde stazionarie. Viene quindi
introdotta l'obbligatorietà dell'uso di cavo di prolunga microfonico, del treppiede, del
supporto microfonico.
Figura N°1.- Nelle due foto vediamo a sx un particolare del montaggio del microfono sul treppiede con il supporto
microfonico, a dx il fonometro appoggiato su di un piano di lavoro con il suo cavo microfonico ed il calibratore. Il
metro a sx vuole ricordare il fatto che i non tutti i treppiedi arrivano alla altezza normalizzata di 1.5 metri, occorre
quindi specificare questo fatto in sede di acquisto dell'oggetto.
L’impianto complessivo del sistema di misura viene quindi a cambiare radicalmente;
non più fonometri appoggiati sulle pancie di "tecnici" i quali evidentemente, per motivi
imperscrutabili, si ritenevano acusticamente trasparenti; ma impianti di misura del tipo
di quelli a seguito illustrati.
Figura N°2.- Nella foto a sx è visibile l'impianto di un fonometro LD 824 durante ina misura a finestre chiuse, nella
foto a dx un fonometro LD 2800 durante una misura a finestre aperte.
L'esigenza di adattare l'impianto di misura alle più svariate disposizioni degli ambienti
e dell'arredo, consiglia l'acquisto di un cavo di prolunga della lunghezza di almeno 10
metri; in questa maniera si riuscirà quasi sempre a trovare una disposizione degli
strumenti comoda e sicura. A volte può riuscire comodo avere un altro "pezzo di cavo"
da 5 metri a disposizione. Nelle foto a seguire vediamo un altro esempio, fra i possibili,
di disposizione dell'impianto di misura.
Nella figura N°3.- Vediamo un impianto di misura basato sul fonometro LD 2900 (bicanale). A sx vediamo il 2900
durante le operazioni di calibrazione acustica; il microfono, dopo la calibrazione, viene posizionato sul treppiede
visibile a sx. In questo caso si misuravano contemporaneamente i livelli sonori e le vibrazioni indotte dal passaggio di
tram e mezzi pesanti gommati. L'accelerometro (trasduttore di vibrazioni) visibile nella figura centrale, và posizionato
nella area più sensibile della abitazione, sentiti i recettori. Se l'accelerometro è del tipo ICP ( elettronica interna), può
utilizzare gli stessi cavi di prolunga utilizzati per i microfoni.
Se ci sono toni puri, nella ricerca del ventre di pressione, bisogna ricordare che quando
si tenta il posizionamento del microfono, diverso dalla posizione normalizzata, il tecnico
altera sostanzialmente la distribuzione di ventri e nodi e quindi per verificare la bontà
del posizionamento deve allontanarsi dal microfono.
3.2.1.- Le costanti di tempo parallele. Le costanti di tempo Fast e Slow, determinano il
tempo di integrazione, in media mobile, per la misura del valore efficace: 125 ms la
costante di tempo Fast e 1.000 ms la costante di tempo Slow. La costante di tempo
Impulse ha un valore convenzionale, e non è legata univocamente al valore efficace;
corrisponde ad un tempo di integrazione di 35 ms e a un tempo di decadimento di 3.0
dB/secondo. La costante di tempo Fast consente di ricostruire il decorso storico della
sonorità sperimentata, la costante di tempo Slow consente di smorzare, entro certi
limiti,. le oscillazioni di un valore da leggere; la costante di tempo Impulse offre un
modo normalizzato per misurare suoni a carattere impulsivo, quando il valore
normalizzato della sonorità sia il fine della misura. Negli strumenti di misura moderni,
le tre costanti di tempo si possono misurare contemporaneamente (costanti di tempo
parallele), offrendo così notevoli risparmi di tempoe di fatica ai tecnici. Negli strumenti
di vecchia generazione, con le costanti di tempo non parallele, volendo studiare a fondo
un determinato problema di misura, occorreva registrare su nastro magnetico il suono
da investigare, e ripetere poi la procedura di riproduzione e misura per tre o più volte.
Larson Davis 2800. Il primo fonometro con le costanti di tempo parallele e in real time.
3.2.2.- Le costanti di tempo Fast e Slow. Per comprendere bene il significato delle due
costanti di tempo, vediamo la registrazione grafica di un evento sonoro noto: il tic-tac di
una pendola e il suo diapason che batte le sei (misura eseguita con LD 2800,
elaborazione con software Noise Work della Spectra srl).
E’ evidente come con la risposta in Fast il tic-tac sia ben evidenziato, mentre nella
risposta in Slow sia appena accennato. Il livello sonoro e la durata dell’avvio del
meccanismo di percussione è visibile in Fast ai secondi 16.7, mentre nella risposta in
Slow è distorta l’informazione di durata e il livello è significativamente più basso. La
dinamica di 30 dB(A)F, che corrisponde ad una sonorità otto volte maggiore a quella
del ticchettio, in Slow risulta contratta. Ogni qual volta si voglia vedere o far vedere il
decorso storico degli eventi sonori è obbligatorio utilizzare la costante di tempo Fast.
Questo è il messaggio che, sostanzialmente trasmette, la Commissione Acustica del
Ministero dell'Ambiente.
3.2.3.- La costante di tempo Impulse. La costante di tempo Impulse ha un origine
alquanto travagliata24, per questo motivo non è stata accettata da tutti i paesi che
aderiscono alla IEC. Tuttavia presenta la caratteristica utile, di avere un tempo di salita
più rapido delle costanti Fast e Slow, tale caratteristica ritorna utile nella dimostrazione
della impulsività del rumore. Si può dire, orientativamente, che un rumore è tanto più
impulsivo quanto più rapido il suo tempo di salita, e tanto più breve la sua durata.
Mentre per un rumore stazionario continuo o transiente con un tempo di salita molto
lento, non si leggeranno differenze di valore fra le tre costanti di tempo, per un rumore
impulsivo il valore in Impulse sarà tanto maggiore rispetto ai valori in Fast e Slow
quanto più breve il tempo di salita al valore massimo dell’evento.
3.2.4.- La dimostrazione del carattere impulsivo ripetitivo di eventi sonori secondo il
DM 16/03/98. Un evento sonoro è considerato avere carattere impulsivo quando la sua
durata a meno 10 dB da LAFmax è minore di 1.0 secondi, e quando la differenza
LAImax meno LASmax sia uguale o maggiore di 6.0 dB. E’ impulsivo ripetitivo quando
si dimostri una cadenza degli eventi uguale o maggiore di 10 eventi / ora in periodo
diurno e 2 eventi / ora in periodo notturno; la ripetitività va dimostrata come storia di
LAF(t). La definizione basata sul confronto dei valori LAF,I,S, si riferisce ad un singolo
evento e questo rende implicito, nelle intenzioni della Commissione Acustica del
Ministero dell'Ambiente, che le misure con le tre costanti di tempo vanno fatte sullo
stesso evento e non su tre eventi distinti.
Questo fatto, pone naturalmente il problema del metodo di indagine, o più che altro, di
scelta della strumentazione. Si trovano attualmente sul mercato sia misuratori di livello
sonoro con costanti di tempo sequenziali (si può fare una misura alla volta), sia
misuratori di livello sonoro con costanti di tempo parallele (con un'unica misura si
ottengono tre o più valori). Con un misuratore di livello sonoro a costanti di tempo
sequenziali occorrerà registrare l’evento su registratore magnetico, riprodurlo poi in
sede di analisi per tre volte ripassando dal misuratore di livello sonoro, e registrando il
risultato su registratore grafico a carta. Se si dispone di un misuratore di livello sonoro
dotato di costanti di tempo parallele con la possibilità della registrazione grafica
numerica, allora con una unica acquisizione si ottengono tutti i dati necessari in sede di
analisi.
3.2.5. Le proposte della Spectra srl. La Spectra srl, può proporre tre soluzioni
strumentali dotate di costanti di tempo parallele ed un unico software concepito per
gestire in maniera semi - automatica le funzioni di analisi richieste dal decreto:
1. il misuratore di livello sonoro – analizzatore di spettro in tempo reale a 1/3 di ottava
ed FFT (gennaio 99)– analizzatore statistico Larson & Davis modello 824;
2. il misuratore di livello sonoro – analizzatore di spettro in tempo reale a 1/3 di ottava
ed FFT monocanale Larson &Davis modello 2800;
3. il misuratore di livello sonoro – analizzatore di spettro in tempo reale a 1/3 di ottava
ed FFT bicanale Larson &Davis modello 2900;
4. il software Noise & Vibration Work operante in Window 95.
Tutti e tre gli strumenti consentono sia la misura con le costanti di tempo parallele, sia
la registrazione grafica numerica contemporanea alla acquisizione. Con una unica
acquisizione della durata massima di un ora ( bisogna verificare se 10 o 2 eventi/ora) si
portano poi a casa tutti i dati necessari per svolgere l’analisi. Vediamo nella figura
seguente un esempio della dimostrazione della ripetitività (elaborazione: Noise &
Vibration Work per Windows)
e nella figura successiva la dimostrazione della impulsività (elaborazione: Noise &
Vibration Work per Windows). A comando si può associare ad ogni evento che presenti i
requisiti di impulsività, il cartellino "Impulso". Risulta peraltro evidente dalla struttura
stessa della presentazione grafica del risultato che la differenza LAImax-LASmax è >
6.0 dB; che la durata a meno 10 dB da LAFmax è < 1.0 secondi.
Le registrazioni grafiche presentate nelle due figure precedenti sono state acquisite con
un periodo di campionamento di 100 millisecondi o dieci campioni / secondo. Quando i
valori da dimostrare siano prossimi alle soglie, si può sempre posizionando il cursore o
spostando la griglia dell’asse delle X, verificare al decimo di decibel, e al decimo di
secondo sia i livelli che le durate.
3.3.0.- I sistemi di filtri. I sistemi di filtri previsti dal Dm 16/03/98 sono sostanzialmente
due: a banda percentuale costante del 23% normalizzati (IEC 1260) e a banda costante.
Non considererò, in questa sede, i filtri a banda percentuale costante con il 12% o 24%
di larghezza di banda, né i filtri a banda costante del tipo a eterodina in quanto
costituiscono, allo stato attuale della tecnologia, dei sistemi di filtri autonomi, non
inseriti in un fonometro a EN 60651. Per quanto riguarda i filtri a 1/3 di ottava con
frequenze di incrocio spostabili (all.B,Com.10), allo stato della conoscenza di chi scrive,
questi semplicemente non esistono.
3.3.1.- I filtri a banda percentuale costante del 23% (1/3 di ottava). Sono i comuni filtri
in dotazione a tutti i fonometri, con la sola variazione che i filtri a IEC 1260 presentano
una maggiore pendenza fuori banda passante. Hanno frequenze centrali fisse
(normalizzate ISO 266 – 1975) e la loro larghezza di banda è una funzione percentuale
della frequenza centrale. Ad esempio il filtro a 1/3 di ottava avente frequenza centrale
125.0 Hz, ha una larghezza di banda pari a 28.75 Hz (il 23% di 125.0); quello con
frequenza centrale 1250.0 Hz ha una larghezza di banda di 287.5 Hz; quello con
frequenza centrale 12500.0 Hz ha una larghezza di banda di 2875 Hz; e così via. I filtri
ad 1/3 di ottava rappresentano una semplificazione normalizzata del concetto di banda
critica25, hanno la funzione di misurare, nel campo dell’udibile, i valori efficaci della
pressione sonora cui è è proporzionale la sonorità sperimentata. Detto in soldoni uno
spettro in 1/3 di ottava rappresenta i livelli della pressione sonora in modo che da questi
si possa calcolare quasi direttamente il valore della sonorità in Phon o Sone (ISO 532).
3.3.2.- I filtri a banda costante. La tendenza attuale delle case costruttrici è quella di
completare al dotazione dei fonometri con analizzatori veloci di Fourier (Fast Fourier
Transform) comunemente indicati come filtri FFT. Questi sono dei filtri a banda
costante che operano con un asse delle frequenze lineare. Normalmente offrono la
possibilità di dividere la banda di frequenze indagata in 400, 800, 1600 e così via
intervalli di frequenza (indicati comunemente come righe). Un filtro che operi sulla
banda passante 0 Hz – 20 kHz con 800 righe di risoluzione offre su tutta la banda una
risoluzione in frequenza di 25 Hz. Normalmente anche la banda passante è
controllabile, operando con una banda passante 0 Hz – 2 kHz si avranno a disposizione
dei filtri a banda costante con una risoluzione di 2.5 Hz. I dati forniti da uno spettro in
FFT non sono utilizzabili per calcolare la sonorità (Sone) altro che nel caso in cui ci
sia una sola componente tonale, o nel caso, poco probabile, che ci siano più componenti
tonali e ognuna delle quali, però, occupi una sola banda critica. Disponendo di un
fonometro con filtri normalizzati in 1/3 di ottava, senza filtri FFT, una soluzione
economica può essere, disponendo di un PC con scheda audio,l'utilizzo di analizzatori
virtuali in FFT quali lo “Spectra Pro” della Spectra srl. La scelta migliore, sarà in ogni
caso, l'acquisto di un fonometro dotato di analizzatore FFT incorporato.
3.3.3.- Confronto fra uno spettro a 1/3 di ottava e lo stesso spettro in FFT. Nella figura
4, possiamo vedere uno spettro a 1/3 di ottava, ed uno spettro in FFT. La sorgente di
energia sonora è la stessa. Dove domina una componente tonale (250 Hz) il livello
sonoro è lo stesso. Dove, all’interno di una banda di 1/3 di ottava, ci sono più righe FFT
( e più componenti), il filtro a 1/3 di ottava legge la loro somma (proporzionale alla
sonorità) e dimostra quindi livelli maggiori di quelli dimostrati in FFT. Dove la
larghezza dei filtri FFT è maggiore della larghezza dei filtri ad 1/3 di ottava (al di sotto
dei 100 Hz), si leggono valori maggiori in FFT.
Figura N°4.- Esempio di sovrapposizione dei risultati ottenuti in FFT (larghezza di banda BW = 25 Hz) e in terzi di
ottava da una analisi in frequenza eseguita sulla stessa sorgente. Elaborazione con software Noise & Vibration Work
della Spectra srl.
3.3.4.- Utilizzo della analisi FFT nel Dm 16/03/98. Passeremo ora alla analisi del
motivo per cui la Commissione Acustica del Ministero dell'Ambiente ha ritenuto di
dover prescrivere una analisi in frequenza a maggiore selettività. Capita con una certa
frequenza26 di trovarsi ad analizzare componenti tonali (CT) con frequenza prossima
alla frequenza di incrocio di due filtri adiacenti. In questi casi ci si trova di fronte a due
terzi di ottava i quali esibiscono decibel più, decibel meno, lo stesso livello, o comunque
non consentono di dimostrare la differenza dei 5.0 dB canonici fra due bande adiacenti.
In questi casi anche di fronte a CT distintamente udibili non era consentito applicare la
maggiorazione di 3.0 dB al valore di LAeq,Tm o Tr, venendo così meno ad un principio
che per questo tipo di misure è fondamentale. Il motivo di questo artefatto27, che ha due
aspetti, va ricercato nel fatto che quando la frequenza della CT coincide con la
frequenza di incrocio di due filtri adiacenti, questi leggono lo stesso livello di pressione
sonora diminuito però di 3.0 dB cosa che comporta anche un errore di accuratezza.
L’artefatto è duplice:
a)non si dimostra la componente tonale che pure è presente;
b)il valore del livello letto è inferiore di 3.0 dB rispetto al suo valore reale
La frequenza della CT può non essere coincidente ma prossima alla frequenza di
incrocio (f.i.)di due filtri, e in questi casi questi non dimostreranno un livello identico,
ma in ogni caso non si riuscirè a trovare quella differenza di 5.0 dB fra due bande
adiacenti necessaria per dimostrare la presenza di una CT. La semeiotica28 di una CT a
cavallo della f.i. di due filtri a 1/3 di ottava adiacenti, è quella indicata nella figura 5 a
seguire.
Figura N°5.- Vediamo a sx la semeiotica dei filtri normalizzati a 1/3 di ottava per CT di frequenza inferiore alla f.i. (a);
coincidente con f.i. (b); maggiore di f.i. (c); coincidente con la frequenza centrale del filtro a 1/3 di ottava dei 1250 Hz.
A dx vediamo la risposta elettrica dei filtri normalizzati e la posizione della CT rispettivamente per i casi a, b, c, d.
Se ora andiamo a vedere quello che accade nella realtà della misura ed analisi sul
campo, nei casi in cui la CT coincide con la f.i. di due filtri ad 1/3 di ottava, utilizzando
sia la tecnica di analisi in frequenza in 1/3 di ottava che quella in FFT, troveremo
aspetti che assomiglieranno molto al caso illustrato nella figura 6.
Figura N°6.- Semeiotica di due spettri eseguiti in 1/3 di ottava ed in FFT per lo stesso rumore complesso29 che
contiene, oltre a dell'energia a banda larga, una CT dominante a 353 Hz. Elaborazione: Noise & Vibration Work per
Window della Spectra srl.
Una delle domande più frequenti che ci si sente rivolgere, sull’uso della tecnica FFT in
rapporto al DM 16/03/98 è la seguente: "Se un tono puro è dimostrato dalla differenza
di 5.0 o più dB misurata dal livello di un 1/3 di ottava dominante rispetto ai due terzi di
ottava adiacenti, che criterio adottare nella analisi in FFT?" Questa domanda riposa
naturalmente sulla inesperienza all’uso di questo tipo di analisi. Come si può vedere
nella figura 6, un tono puro risulta graficamente come una riga nelle analisi FFT: è
inconfondibile! Inoltre, va ricordato che nella applicazione prescritta dal DM 16/03/98
non bisogna andare a vedere tutto lo spettro FFT, ma concentrare l’attenzione
unicamente nel campo di frequenze comprese fra le due frequenze centrali dei due terzi
di ottava interessati. Passando dalla analisi in terzi di ottava a quella in FFT sarà
normale trovare in FFT più componenti tonali, anche nei casi in cui lo spettro a 1/3 di
ottava si presenta senza picchi, ma non bisogna dimenticare che si è ricorsi a questo
metodo di indagine per rispondere ad un sola domanda: "Quei due terzi di ottava che
emergono dallo spettro, e che dimostrano più o meno lo stesso livello, contengono una
banda larga di rumore o un tono puro?".
3.3.5.- I requisiti delle componenti tonali secondo il DM 16/03/98. Si considera
presente una componente tonale quando nei livelli minimi dello spettro delle frequenze,
misurati in ogni banda di 1/3 di ottava con costante di tempo Fast, si osserva che il
livello di una delle bande supera di 5.0 o più decibel le due bande adiacenti. Se questo
se requisito si verifica per due bande accostate le quali, fra loro, dimostrano una
differenza minore di 5.0 dB, ma dimostrano 5.0 o più dB di dislivello rispetto alle due
bande adiacenti, si passa alla analisi in FFT. Se la componente tonale comunque
dimostrata tocca una isofonica (ISO 226) uguale o superiore a quelle toccate dalle altre
componenti dello spettro, si considera presente una componente tonale distintamente
udibile.
L’insieme di questa procedura mostra come la preoccupazione della Commissione
Acustica del Ministero dell'Ambiente sia stata quella di togliere quella soggettività che
era invece il fondamento della analoga procedura del DPCM 1 Marzo 1991……se vi sia
presenza di componenti tonali distintamente udibili si proceda alla analisi per terzi di
ottava……..; inoltre nella pratica della applicazione di quel decreto, capitava con una
certa frequenza che venissero penalizzate per la presenza di componenti tonali emissioni
rumorose che contenevano componenti tonali il cui livello di pressione sonora e
frequenza, le collocava al di sotto delle soglia di percezione. Questo fatto, prima che
essere una palese manifestazione di incapacità e di incompetenza da parte di chi
eseguiva quelle valutazioni, era una palese ingiustizia, apparentemente avallata da una
Legge dello Stato.
La scelta del livello minimo in Fast come indicatore del livello di pressione sonora in
banda (LBFmin), ha voluto eliminare la possibilità che venissero attribuite alla
emissione della sorgente specifica componenti tonali occasionali dovute a transiti di
autoveicoli e simili. Questo accadeva frequentemente quando si utilizzava il livello
equivalente come metodo per definire l’ampiezza della pressione sonora. La scelta di
LBFmin limita l’applicabilità del metodo a quelle sorgenti che abbiano un carattere
temporale stazionario – continuo, ma esclude vi possano essere attribuzioni arbitrarie di
componente tonale.
Un'altra sorgente di errate valutazioni stava certamente nell’ignorare il fenomeno delle
onde stazionarie che accompagna sempre la presenza di toni puri. Consiste in una
disomogeneità della distribuzione del campo sonoro che abbiamo trattato
esaurientemente in altra pubblicazione30; di fatto ci si trova in condizioni che spostando
il microfono di pochi centimetri si constatano variazioni di livello di pressione sonora di
3 – 10 dB. Ora, con il decreto 16/03/98, occorre cercare il massimo della pressione
sonora più prossimo alla posizione normalizzata; si deve cercare il massimo, non solo
per riuscire a dimostrare il dislivello fra le bande adiacenti, ma anche per un corretto
confronto fra la sonorità della componente tonale e la sonorità delle restanti
componenti dello spettro.
3.3.6. Le proposte della Spectra srl. La Spectra srl, può proporre tre soluzioni
strumentali dotate di filtri in 1/3 di ottava e filtri FFT ed un unico software concepito
per gestire in maniera semi - automatica le funzioni di analisi richieste dal decreto:
5. il misuratore di livello sonoro – analizzatore di spettro in tempo reale a 1/3 di ottava
ed FFT (gennaio 99)– analizzatore statistico Larson & Davis modello 824;
6. il misuratore di livello sonoro – analizzatore di spettro in tempo reale a 1/3 di ottava
ed FFT monocanale Larson &Davis modello 2800;
7. il misuratore di livello sonoro – analizzatore di spettro in tempo reale a 1/3 di ottava
ed FFT bicanale Larson &Davis modello 2900;
8. il software Noise & Vibration Work operante in Window 95.
I tre strumenti sono in grado di dimostrare LBFmin in 1/3 di ottava e in FFT, il modello
824 disporrà della opzione FFT dal gennaio 1999. Il software Noise & Vibration Work
per Window consente l’identificazione automatica dei toni puri e della isofonica
dominante.
Nella figura a seguire vediamo il caso di una componente tonale dominate (250 Hz) con
l’isofonica di competenza. La CT a 50 Hz tocca appena la soglia di percezione.
Elaborazione: Noise & Vibration Work per Windows della Spectra srl.
Nella figura a seguire vediamo il caso di una componente tonale non dominate (100 Hz).
L’isofonica dominante è controllata da altre componenti dello spettro (400 Hz).
Elaborazione: Noise & Vibration Work per Windows della Spectra srl.
Nella figura a seguire vediamo il caso di assenza di componente tonale. L’isofonica
dominante è controllata da componenti a banda larga. Elaborazione: Noise & Vibration
Work per Windows della Spectra srl.
Nella figura seguente, vediamo il caso di una CT con frequenza molto vicina alla
frequenza di incrocio di due filtri a 1/3 di ottava. E’ evidente come dai dati dello spettro
a 1/3 di ottava non sarebbe possibile attribuire la CT alla sorgente specifica, mentre la
presenza della CT risulta chiaramente dalla spettro FFT. Analizzatore Larson Davis
modello 2800. Elaborazione: Noise & Vibration Work per Window della Spectra srl
Riferimenti e note
1
Pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana N. 76 del 01/04/98
2.0.-Contenuti del DM 16/03/98 riguardanti la strumentazione
2
EN60651/1994. Recepimento europeo della IEC651, Sound level meters.
3
EN60804/1994. Recepimento europeo della IEC804, Integrating - averaging sound
level meters.
4
EN61260/1995. Recepimento europeo della IEC1260, Electroacoustics - Octave - band
and fractional - octave - band filters.
5EN61094-1/1994. Recepimento europeo della IEC1094-1, Measurement microphones - Part 1: Specification for laboratory
standard microphones.
6
EN61094-2/1993. Recepimento europeo della IEC1094-2, Measurement microphones - Part 2: Primary method for pressure
calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique.
7
EN61094-3/1995. Recepimento europeo della IEC1094-3, Measurement microphones - Part 3: Primary method for free - field
calibration of laboratory standard microphones by the reciprocity technique.
8
EN61094-4/1995. Recepimento europeo della IEC1094-4, Measurement microphones - Part 4: Specification for working standard
microphones.
9
CEI 29-14.-Calibratori acustici. Recepimento italiano della IEC942/1988.-Electroacoustics - Sound calibrators.
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IEC942/1988.-Electroacoustics - Sound calibrators.
Microfono che offre una risposta lineare ai campi sonori unidirezionali, purchè orientato opportunamente. Non può, con quale
che sia orientamento, offrire una risposta lineare a campi sonori multidirezionali.
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Microfono che offre una risposta lineare ai campi sonori multidirezionali, la risposta è indipendente dall'orientamento. Può
offrire una risposta lineare a campi unidirezionali purchè orientato opportunamente.
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Treppiede e supporto microfonico
5 m/s di velocità del ventoè un limite teorico, da non considerare. 5 m/s corrispondono a 18 km/h. Bisogna tener conto del fatto
che con la normale palla antivento e microfono da mezzo pollice, per una velocità del vento di 20 km/h misuriamo un rumore indotto
dal vento pari a 38-40 dB(A)!!! Addio rumori residui!
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CEI 29-10.- Fonometri integratori e mediatori. Recepimento italiano della IEC 804.
La registrazione grafica può eseguirsi sia su supporto cartaceo sia su supporto numerico (PC), la seconda soluzione ha il
vantaggio di consentire la visualizzazione sullo stesso grafico di LAI,F,S e la possibilità di postelaborare la misura.
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Filtri a banda percentuale costante, aventi una larghezza di banda del 23%.
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Filtri che consentono la lettura di un terzo di ottava alla volta. La banda da 20 Hz a 20 kHz è coperta da 30 filtri da un terzo di
ottava. Considerando un tempo di misura di almeno 10-30 secondi per banda, a seconda della frequenza delle interferenze del
residuo sull'ambientale, ne deriva un tempo di analisi oscillante tra i 5 e i 15 minuti.
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Filtri che consentono la lettura contemporanea di tutti 30 i terzi di ottava, riducendo il tempo di analisi a 60-120 secondi.
Vedi al paragrafo XY
Filtri che dividono la banda da 20 Hz a 20 kHz invece che in soli 30 gruppi di frequenze, in un numero maggiore di gruppi di
frequenze; ad esempio 400, 800 e così via. Possono essere - attualmente - del tipo a trasformata veloce di Fourier (FFT) o a banda
percentuale costante minore del 23% (1/3 di ottava); tipicamente del 12% o del 24%.
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Filtri ad un terzo di ottava che consentono di spostare la loro frequenza centrale ad una delle frequenze di incrocio. Alla
conoscenza di chi scrive non ne esistono sul mercato.
3.0.0.-Il fonometro integratore
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Nel 1965 la IEC volle definire una costante di tempo destinata alla misura di rumori impulsivi, e non fu facile trovare un accordo
fra il prof. Zwicker che suggeriva una costante di tempo di 100 - 150 ms, e il prof. Reichardt che suggeriva 15-20 ms. Il risultato fu
un compromesso di 35 ms, che divenne norma nel 1972. Diverse nazioni non hanno mai accettato lo standard impulsivo della IEC e
usano la costante Fast, che ha un valore molto vicino a quelli suggeriti da prof. Zwicker.
25
Banda critica: gruppo o banda di frequenze, all'interno delle quali la sonorità (Sones) è funzione unicamente della somma di
potenza o valore efficace delle componenti contenute nella banda. Il campo uditivo è diviso in 24 bande critiche (24 Bark). La prima
banda critica si ricostruisce sommando in potenza i primi 6 terzi di ottava da 25 a 80 Hz; la seconda sommando i 3 terzi da 100 a
160 Hz, la terza sommando i terzi dei 200 e 250 Hz.
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Nella mia casistica personale come Consulente Tecnico d'Ufficio per cause Civili, o supporto tecnico ad altri CTU o come
Counsulente Tecnico di Parte, o durante sessioni di addestramento sul campo con clienti; cinque casi su quarantacinque (circa lo
11%) nei quali c'erano presenti componentio tonali, dimostravano CT a cavallo della frequenza d'incrocio di due filtri ad 1/3 di
ottava.
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Artefatto: alterazione della informazione dovuta al metodo di indagine piuttosto che alla natura del fenomeno indagato.
Semeiotica: in medicina, l'arte di interpretare i sintomi; in questo caso la capacità di trarre dalla forma grafica della misura
informazioni sulla natura del segnale. In generale l'arte di interpretare i segni.
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Viene indicato come rumore complesso, un rumore in cui si trovi sia della energia sonora concentrata a singole frequenze
(componenti tonali) che energia sonora distribuita più o meno uniformemente su intervalli di frequenza più o meno estesi (rumori a
banda larga). Il caso particolare di energia sonora distribuita su di un intervallo di frequenze non più largo di un terzo di ottava
viene indicato come:banda stretta di rumore.
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Procedure per le misure del rumore secondo il DPCM 1 Marzo 1991 Di B.Abrami e C.Spalletti Ed. Phoneco Milano. Disponibile
presso libreria Hoepli di Milano.
4.0.-Specifiche per un sistema di misura per sorgenti fisse
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Misura contemporanea con le tre costanti di tempo, in altrenativa, cioè potendo misurare con una sola costante alla volta,
bisogna registrare l'evento supposto impulsivo su DAT (registratore magnetico digitale) e riproporre tre volte il segnale al
misuratore.
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Indicati anche come filtri a scansione
Comunemente indicati come filtri in "tempo reale".
Per utilizzare il registratore magnetico.
L'uscita AC non pesata consente di registrare il segnasle da analizzare (sia impulsivo che tonale)mentre si misura il livello
equivalente. Non disponendo di uscita AC non pesata bisogna prima misurare e poi registrare.
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Fondamentale - per il rispetto di EN60651 - se si utilizza la registrazione grafica su carta.
I commi 11 e 12 dell'allegato A, specificano che il livello di rumore ambientale (LA) e quello residuo (LR) sono costituiti dai livelli
equivalenti continui della pressione sonora ponderata "A" prodotti dalle sorgenti di rumore esistenti in un dato luogo. Grilli,
uccelletti e simili non possono essere considerati rumori ma bensì suoni e quindi il loro contributo al valore LAeq,T deve essere tolto
in sede di postelaborazione. Operazione tanto più facilitata dal fatto che queste emissioni sono localizzate nei terzi di ottava da 4 a 6
kHz e in alcuni casi a 16 kHz.