Centro Tematico Nazionale Agenti Fisici - ISPRA

ANPA
SISTEMA NAZIONALE CONOSCITIVO E DEI CONTROLLI IN CAMPO
AMBIENTALE
Centro Tematico Nazionale Agenti Fisici
Rassegna della situazione esistente in materia di intercalibrazioni ed interconfronti
per il tema del rumore
AGF-T-RAP-99-06
OBIETTIVO INTERMEDIO: OB06 TASK: TSK19
TEMI: T22
STATO: (1) Definitivo
VERSIONE: 2
REDATTO DA: (2)
G. Licitra
DATA:
31/12/99
RIVISTO DA: (3)
A. Poggi
DATA:
31/12/99
APPROVATO PER IL
RILASCIO DA: (4)
P. Mozzo
DATA DI RILASCIO: 31/12/99
(1) bozza, definitivo. Il passaggio di stato del documento da “bozza” a “definitivo” è determinato dalla approvazione
da parte del CTN Leader.
(2) Autore/autori del documento.
(3) Responsabile della task.
(4) CTN Leader.
Rassegna della situazione esistente in materia di intercalibrazioni ed interconfronti per il tema del rumore –
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INDICE
1.
CONFRONTO TRA TECNICHE DIFFERENTI PER LA MISURA DELLA POTENZA SONORA. .......................3
2.
CONFRONTO TRA TECNICHE DIFFERENTI PER LA MISURA DEL TEMPO DI RIVERBERO.......................5
3.
INTERCONFRONTO DI MODELLI PREVISIONALI .......................................................................................................6
4.
TECNICHE DI INTERCALIBRAZIONE TRA CENTRI SIT.............................................................................................7
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1. CONFRONTO TRA TECNICHE DIFFERENTI PER LA MISURA DELLA POTENZA
SONORA
I metodi di calcolo della potenza sonora emessa da un oggetto sono principalmente i seguenti, e su
di essi sarà incentrato quindi il confronto:
•
misure basate sulla determinazione della pressione sonora, descritte dalle norme emesse
dall’International Standard Organisation (dalla ISO 3741 alla ISO 3747) [1];
•
misure basate sulla determinazione dell’intensità sonora, come riportate dalle norme emesse
dall’International Standard Organisation (ISO 9614/1 e ISO 9614/2) [2];
•
misure basate sul confronto con una sorgente standard di potenza sonora.
A parte l’ultimo metodo sul quale non si ha documentazione esauriente, sono reperibili in letteratura
diversi resoconti di prove pratiche effettuate con entrambi i metodi ISO, su sorgenti sonore di vario
tipo. I risultati sono da considerarsi generalmente buoni e in ogni caso entro i margini d’errore
permessi dalle raccomandazioni ISO; tuttavia esistono situazioni, descritte in seguito, in cui
l’accuratezza di tali metodi è piuttosto limitata.
Nel caso di sorgenti di rumore costanti, quali ad esempio cappe aspiranti o gruppi elettrogeni a
combustione interna, i risultati ottenuti dai due sistemi hanno mostrato un alto grado di
sovrapponibilità, soprattutto alle frequenze centrali, mentre qualche piccolo disaccordo lo si può
notare sia alle basse frequenze che, soprattutto, a quelle alte.
Tale disaccordo non ha una giustificazione teorica certa, ed in letteratura si registrano sia casi di
sovrastima sia casi di sottostima. A conferma di tale fatto riportiamo il risultato di un esperimento
condotto dal Dipartimento di Meccanica dell’Università di Ancona [3], in cui si è misurato il
rumore emesso da tre cappe aspiranti, sia col metodo dell’intensimetria sia col metodo della
pressione sonora in camera riverberante:
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Differenza tra metodo
intensimetrico e pressione
sonora
Cappa
dB
dB(A)
1
3.5
0.4
2
0.4
0.0
3
2.4
-1.4
Differenza tra la potenza sonora misurata con il metodo intensimetrico e con la
pressione sonora in camera riverberante per tre differenti cappe di aspirazione.
Come risulta evidente dalla tabella, le differenze tra i risultati dei due metodi sono minori se
valutate secondo la curva di ponderazione di tipo A. Questo a conferma del fatto che i due metodi
mostrano un accordo migliore per le frequenze medie che non per quelle basse ed alte.
Un ulteriore esempio di confronto è disponibile dai risultati di un esperimento condotto dal
Dipartimento di Energetica del Politecnico di Torino [4] in cui si è misurato il rumore prodotto da
un autocompattatore di rifiuti urbani:
Frequenza del
centro banda.
Metodo
intensimetrico
Metodo della
pressione sonora
Metodo delle
sorgente campione
Hz
dB(A)
dB(A)
dB(A)
125
84.7
83.4
93.4
250
90.9
89.9
94.5
500
95.5
93.4
94.2
1000
100.5
99.2
95.6
2000
96.6
95.9
91.4
4000
86.7
90.1
87.4
Livello di potenza sonora di un autocompattatore di rifiuti, misurato con i tre
metodi differenti.
Questo lavoro è l’unico reperito nel quale si è impiegato il metodo della sorgente campione per un
confronto tra le tecniche adottate nella misura della potenza sonora. I risultati in tale occasione
hanno mostrato i limiti di questa metodologia nei confronti delle altre due.
Il metodo dell’intensimetria è stato impiegato per la determinazione della potenza sonora prodotta
da un gruppo elettrogeno azionato da un motore a scoppio [5] e i risultati ottenuti hanno mostrato
un lieve aumento dei livelli di potenza nelle prove in campo riverberante. Questo fatto, inatteso
sulla base del teorema di Gauss, non ha comunque determinato il superamento delle tolleranze
previste dalla normativa per questo tipo di misura.
Il confronto e l’utilizzo dei vari metodi di misura, appare più difficile con sorgenti che abbiano
emissione rumorosa non costante nel tempo, oppure con componenti impulsive. In questi casi
l’unico accorgimento che viene citato è quello di aumentare i tempi delle misure e di valutare
statisticamente i risultati ottenuti.
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In conclusione, dai lavori presentati su questo argomento si evince che entrambi i metodi sono da
considerare validi per la determinazione della potenza sonora emessa da una sorgente. Naturalmente
la scelta del metodo da impiegare si deve confrontare con l’applicabilità del sistema nel caso
specifico e la sua praticabilità. A titolo riassuntivo, basta ricordare che:
•
i metodi basati sulla pressione sonora, per poter dare risultati attendibili, devono essere
realizzati in condizioni controllate (camere anecoiche, semi-anecoiche o riverberanti). Ciò
può comportare problemi logistici ed economici considerevoli. Dal punto di vista pratico il
metodo non comporta particolari problemi e la strumentazione, facilmente reperibile, è
affidabile e di semplice utilizzo;
•
i metodi basati sull’intensimetria non hanno le limitazioni del metodo precedente per quanto
attiene l’ambiente di misura e quindi ben si prestano per misure di grandi apparecchiature.
Tuttavia richiedono una strumentazione particolare e maggiori conoscenze per il suo impiego
ed una procedura complessa e meticolosa al fine di garantire errori sperimentali accettabili.
In particolare per il metodo intensimetrico è necessario prestare molta attenzione ai possibili errori
di misura indotti dalla presenza sorgenti esterne e superfici riflettenti [6].
2. CONFRONTO TRA TECNICHE DIFFERENTI PER LA MISURA DEL TEMPO DI
RIVERBERO
La misura del tempo di riverbero, comunemente indicata come T60, viene realizzata mediante le
seguenti tecniche:
•
del colpo di pistola;
•
di interruzione di un rumore rosa;
Queste tecniche sono state ampiamente sperimentate, con risultati soddisfacenti e compatibili tra di
loro. Le differenze tra un metodo e l’altro si possono identificare ne lle differenti possibilità di
attuazione e nella disponibilità delle attrezzature necessarie.
Il metodo del colpo di pistola è sconsigliato (ma non vietato) dalla norma ISO 3382 per quanto
riguarda la valutazione accurata del tempo di riverbero [7], ma è quello più semplice e pratico anche
se risulta di più difficile attuazione alle basse frequenze. Se infatti il rumore prodotto da una pistola
può raggiungere valori di circa 144 dB per le frequenza medio-alte, per valori sotto i 250 Hz si
fatica a raggiungere livelli sonori adeguatati per l’esecuzione del metodo. Per ovviare a tale
inconveniente e raggiungere picchi sufficientemente elevati alle basse frequenze, si possono usare
armi più pesanti (come piccoli cannoni) con conseguenti difficoltà logistiche [8].
Il metodo dell’interruzione del rumore rosa è più efficiente per quanto riguarda le varie frequenze,
ma per ottenere un risultato attendibile si richiede la ripetizione della prova e la determinazione
statistica del valore T60. Ciò è dovuto alla tecnic a di produzione del rumore rosa impiegato nei
generatori che determina l’emissione di un segnale statisticamente distribuito nelle varie frequenze
in modo corretto, e che, al momento dell’interruzione, può contenere uno sbilanciamento delle varie
component i tonali. Il maggior problema di questo metodo lo si incontra nella valutazione del tempo
di riverbero di ambienti molto grandi, come ad esempio chiese o teatri. Infatti, secondo la norma
ISO 3382, per realizzare una misura attendibile si devono poter raggiungere, in tutto l’ambiente,
livelli di potenza sonora molto al di sopra del rumore di fondo, cosa non sempre di facile attuazione
con la normale strumentazione.
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Il problema del raggiungimento di livelli di potenza sonora necessari alla misura, nelle due tecniche
descritte precedentemente, rappresenta il primo criterio nella scelta del sistema da impiegare per la
misura del tempo di riverbero. Alcuni degli inconvenienti connessi con tali tecniche possono essere
superati mediante l’impiego del metodo di Schroeder. Questo consente una migliore interpretazione
dei dati ottenuti con le tecniche tradizionali, eliminando dalla curva di decadimento misurata le
fluttuazioni che tendono a rendere difficoltosa la determinazione del T60.
Fra gli esperimenti condotti sul confronto delle tre tecniche, particolarmente significativo è quello
condotto dal Dipartimento di Ingegneria Energetica dell’Università di Genova [9], di cui riportiamo
parte dei risultati ottenuti:
Hz
125
250
500
1000
2000
4000
8000
Schroeder
sec.
5.0
4.2
3.8
3.7
3.4
2.6
1.6
Colpo di pistola
sec.
5.1
4.7
3.5
3.6
3.2
2.2
1.1
Rumore rosa
sec.
5.2
4.5
3.5
3.5
3.3
2.0
1.0
Tempo di riverbero misurato in una sala da spettacolo di 15.000 metri cubi.
Come si evince dai dati riportati nella tabella, i risultati ottenuti con i tre metodi sono comparabili.
È interessante notare che risultati validi sono stati ottenuti sia impiegando apparecchiature
analogiche, sia utilizzando sistemi recenti in tecnologia digitale [10]; naturalmente queste ultime
consentono una maggiore precisione ed hanno rimosso molti dei limiti delle precedenti
apparecchiature, oltre che consentire una elaborazione off- line dei dati raccolti per la
determinazione di ulteriori parametri acusticamente rilevanti.
3. INTERCONFRONTO DI MODELLI PREVISIONALI
Si è proceduto alla raccolta di informazioni sul tema dell’interconfronto tra modelli di previsionali
di calcolo; al momento sono disponibili alcuni lavori che coprono un periodo di circa 10 anni.
Il primo lavoro che è stato reperito [11] risale al 1989 ed è specificatamente dedicato al confronto
tra alcuni metodi numerici che erano stati sviluppati per la previsione del rumore da traffico. Il
confronto fu compiuto prendendo come riferimento i dati ottenuti sperimentalmente in una
condizione reale e verificando l’accuratezza dei modelli esaminati. Al momento del confronto non
tutti i modelli avevano una loro edizione informatica e talvolta si basavano sull’impiego di abachi o
formule empiriche; questo tende a limitare l’applicabilità dei modelli ai casi più facilmente
descrivibili. Le conclusioni principali alle quali il lavoro giunse furono le seguenti:
•
l’influenza della distribuzione del traffico nelle corsie appare irrilevante ai fini della
previsione, mentre significativa è sia la definizione del tipo di traffico che l’angolo di vista
della sorgente;
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•
a breve distanza dalla sorgente i modelli tendono a sovrastimare il rumore; si è ipotizzato che
i modelli possano ignorare un effetto di schermatura compiuta dalle corsie più vicine nei
confronti di quelle più lontane dall’osservatore;
•
a grande distanza i modelli diventano imprecisi al variare dell’altezza del ricevitore; in tali
condizioni assumono importanza sia effetti meteorologici che di assorbimento del terreno,
raramente tenuti in considerazione dai modelli presi in esame dall’indagine.
Successivamente, nel corso del congresso AIA del 1995, lo stesso autore ha presentato uno studio
simile a quello compiuto nel 1989 [12], realizzando un robin- test che ha coinvolto 23 partecipanti
da tutta Europa. Il test ha interessato 11 software, commerciali e non, realizzati per la previsione del
rumore da traffico stradale. Ai partecipanti è stato chiesto di prevedere il rumore osservato in varie
posizioni per due scenari con diverso grado di difficoltà, e riguardanti situazioni ipotetiche non
indagate sperimentalmente. Le conclusioni di tale lavoro furono che:
•
le maggiori differenze osservate sono imputabili alla definizione del rumore emesso dalle
sorgenti, mentre i modelli di propagazione impiegati portano a valutazioni simili;
•
le previsioni ottenute con lo stesso prodotto, impiegato indipendentemente da operatori
diversi, danno risultati in buon accordo;
L’autore inoltre, sulla base dello studio fatto, auspicò che per i modelli previsionali si giunga ad una
regolamentazione, possibilmente europea, delle simulazioni di rumore emesso dalle varie sorgenti.
Sempre dello stesso periodo è un lavoro presentato nel corso di euro-noise 1995 [13] che confrontò
tre modelli (IL-HR-13-01, ISO 9613 e VDI 2720) per quanto attiene la propagazione in presenza
del suolo, di barriere e di effetti meteorologici a distanza. Il lavoro dimostrò come la presenza del
suolo influisce sulla valutazione dell’attenuazione di una barriera per svariati dB, e come i tre
modelli fornissero risultati differenti fino a 3 dB nella valutazione degli effetti meteorologici a
distanza.
Di recentissima pubblicazione è un lavoro apparso su Applied Acoustics [14] che riguarda il
confronto di tre modelli (DIN 18005, RLS-90 e VDI 2714) con i dati sperimentali ricavati da un
caso reale complesso. Il lavoro concentra la propria attenzione sui diversi approcci impiegati per
tenere di conto delle attenuazioni introdotte dagli ostacoli, ed osserva come, in situazioni complesse
si possano osservare errori di valutazioni di alcuni dB.
4. TECNICHE DI INTERCALIBRAZIONE TRA CENTRI SIT
Allo stato attuale la riferibilità nel campo delle misure acustiche è assicurata da campioni primari,
realizzati per mezzo di un metodo di taratura detto “della reciprocità”, il quale impiega una
configurazione con tre o più microfoni emettitori e ricevitori.
I dubbi sull’effettiva incertezza di queste tecniche, dell’ordine di 0.1 dB nei casi peggiori, hanno
spinto vari laboratori primari europei, tra cui l’IEN, a realizzare un progetto di interconfronto che
avrà l’obiettivo di produrre l’equivalenza dei campioni primari impiegati.
La sempre maggiore richiesta di tarature di fonometri e calibratori riferibili a campioni di
riferimento, ha portato in tutta Europa alla creazione di molti nuovi centri di calibrazione (in Italia i
centri SIT), portando all’attualità i problemi di intercalibrazione, ed evidenziando il fatto che la
normativa (IEC 1094-1, IEC 1094-2, IEC 1094-3, IEC 1094-4), è in ritardo rispetto alla tecnica
esistente, infatti esistono dei gruppi di lavoro per il progetto della norma IEC 1094-5, relativa ad un
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metodo per la calibrazione in pressione di microfoni campione di lavoro per confronto con
microfoni campione di laboratorio [15].
Bibliografia
[1]
Norma ISO 3741-2-3-4-5-6-7.
[2]
Norma ISO 9614/1, 9614/2.
[3]
A.Massacesi, N.Paone, G.L. Rossi, E.P. Tomasini. Confronti tra misure di potenza acustica
mediante intensimetria e pressione sonora in camera riverberante - Atti del convegno AIA
1997.
[4]
F. Bronuzzi, G. Caglieris, A. Sacchi. Confronto fra il metodo intensimetrico ed il metodo
della sorgente campione per la misura della potenza sonora di una grande macchina
Atti del convegno AIA 1993.
[5]
R. Biancotto, M. Bogoni, M. Donzellini. Determinazione della potenza acustica di una
sorgente: comparazione tra il metodo intensimetrico (ISO 9614) e quello basato sulla misura
di pressione (ISO 3744) - Atti del convegno AIA 1992.
[6]
R. Biancotto, M. Bogoni, M. Donzellini, M. Rosa, R. Rubele, A. Tacconi.
Approccio
metodologico e sperimentale alla determinazione della potenza acustica di una sorgente:
confronto tra il progetto di una norma ISO 9614 (misure di intensità) e la norma ISO 3744
(misure di pressioni) - Fisica & Prevenzione, Igiene, Ambiente 1991/92.
[7]
Normativa ISO 3382.
[8]
Alton Everest. Manuale di acustica - Hoepli Milano.
[9]
R. Bartolini, G. Bisio. Osservazione sui metodi di misura del tempo di riverbero
convegno AIA 1992.
- Atti
[10] F.Avenati, M.Bianchi. Misura del T60 in camera riverberante: confronto tra vari metodi
Atti convegno AIA 1993.
-
[11] R. Pompoli. Atti del seminario “Metodi numerici di previsione del rumore da traffico” Atti
convegno AIA 1989
[12] R. Pompoli. Confronto tra programmi di previsione del rumore prodotto dal traffico stradale
- Atti convegno AIA 1995.
[13] P. van Rangelrooij, J. Witte, M.A. Ouwerkerk. Comparision of noise calculation models Atti convegno euro-noise 1995.
[14] E. Wetzel, J.Nicolas, Ph. Andre, J.J. Boreux. Modelling the propagation pathway of streettraffic noise: practical comparition of German guidelines and real-world measurements Applied Acoustics 57, 1999.
[15] C. Guglielmone. Metodi per la taratura dei microfoni campione da laboratorio e campione
di lavoro: Sviluppi della normativa e progetti per la disseminazione nei laboratori accreditati
europei - Atti del convegno AIA 1997.