Analisi dell`emissione sonora di una macchina frigorifera (da RCI

Analisi dell’emissione sonora
di una macchina frigorifera
Andrea Cerniglia
[email protected]
(Estratto da RCI, anno XXVII N. 2, febbraio 2000, Tecniche Nuove)
Un particolare approccio alla valutazione dell’emissione sonora di un refrigeratore d’acqua,
volto ad identificare le diverse sorgenti sonore in esso presenti ed il loro contributo alla emissione
sonora complessiva.
Le classiche misure fonometriche mirate alla caratterizzazione di un prodotto o di
un impianto, non ne consentono generalmente una analisi approfondita dell’aspetto
acustico, così come il progettista potrebbe desiderare ai fini di un eventuale
miglioramento dello stesso o di un possibile intervento di bonifica. Di seguito viene
descritta una particolare tipologia di analisi, che permette di ottenere una mappatura
acustica di ogni superficie di interesse intorno alla macchina in esame. Grazie alle
mappe ottenute, di agevole interpretazione, è quindi possibile comprendere, per ogni
singola banda di frequenza, il modo in cui il rumore si distribuisce sulle diverse
superfici considerate, e quindi associare ad ogni mappa le diverse sorgenti presenti
nella macchina studiata. La tecnica adottata si basa su rilievi di rumore effettuati,
per ogni superficie presa in considerazione, in una serie di punti opportunamente
posizionati. Più precisamente, per ogni superficie, è necessario rilevare una matrice
di punti convenientemente distanziati tra loro e giacenti su un piano anch’esso posto
ad opportuna distanza dalla macchina. Il dimensionamento della maglia di misura e
della distanza di quest’ultima dall’oggetto in esame, deve essere operato tenendo
conto di una serie di parametri legati alla specifica situazione considerata. La misura
viene effettuata acquisendo per ogni punto, a seconda della risoluzione desiderata, lo
spettro in frequenza in banda di ottava oppure di 1/3 di ottava (nel caso specifico
l’acquisizione è stata eseguita in banda di 1/3 di ottava). Per particolari applicazioni,
ad esempio laddove si rendesse necessario discriminare frequenze molto vicine tra
loro, è possibile impiegare anche l’analisi FFT, capace quindi di ottenere risoluzioni
dell’ordine di qualche Hertz o addirittura di frazioni di Hertz anche a frequenze
elevate (vedi box analisi in frequenza). Una volta archiviati gli spettri relativi alla
matrice di rilievi considerata, un programma di interpolazione consente
successivamente di rappresentare, in modo grafico, la distribuzione acustica nelle
diverse superfici di misura. L’esempio qui riportato è relativo ad un refrigeratore
d’acqua monoblocco raffreddato ad aria (90 KW di capacità frigorifera), sul quale
sono state eseguite misure di intensità sonora su un piano relativo ad una delle due
superfici laterali maggiori. La figura 1 mostra la macchina oggetto di studio.
Figura 1: Macchina sulla quale sono state eseguite le misure. Refrigeratore d’acqua monoblocco
raffreddato ad aria, 90 KW di capacità frigorifera, 2 compressori ermetici alternativi e 3
ventilatori elicoidali. (RC Condizionatori).
A monte del rilievo acustico è stata fatta una valutazione della tipologia di campo
sonoro presente, delle caratteristiche del fenomeno acustico da analizzare e della
sorgente di rumore in esame; a seguito di quanto riscontrato si è quindi proceduto a
definire l’impostazione della misura e l'impostazione della strumentazione di rilievo.
Il sistema di misura utilizzato per ottenere le mappe qui riportate è composto da una
sonda intensimetrica collegata ad un analizzatore di spettro a due canali capace di
calcolare la funzione ‘Intensità Sonora’ (sono necessari due canali di ingresso in
quanto la sonda intensimetrica è composta da due trasduttori acustici).
L’analizzatore di rumore è stato quindi interfacciato con un personal computer in
grado di eseguire la successiva elaborazione e rappresentazione dei dati. Un
calibratore intensimetrico è stato inoltre impiegato per calibrare il sistema sondaanalizzatore e per valutarne le prestazioni.
Figura 2: Setup utilizzato per la realizzazione delle mappature: Sonda e analizzatore di spettro
(Larson & Davis), Computer portatile, Software di interpolazione (Golden Software).
E’ importante ricordare come il software di interpolazione non sia comunque in
grado di eseguire alcuna previsione circa il reale livello presente nelle posizioni
intermedie tra due punti misurati: esso infatti si limita ad eseguire una mera
interpolazione dei valori rilevati; quindi, affinché il programma operi correttamente,
è necessario che la maglia della matrice sia - come precedentemente detto opportunamente dimensionata. Il potere risolutivo della mappa acustica è legato a
diversi parametri tra cui, oltre ovviamente la dimensione della maglia, anche la
distanza del piano di misura dalla sorgente di rumore; come però già indicato, sia la
dimensione della maglia, sia la distanza del piano di misura dalla macchina, devono
essere attentamente valutati in ragione, oltre che della risoluzione, anche di altri
specifici parametri. La figura 3 mostra alcune diverse possibili rappresentazioni
offerte dal programma di interpolazione utilizzato, relative allo stesso fenomeno
acustico.
Figura 3: rappresentazione delle mappe di intensità sonora ottenute per mezzo del programma
Surfer (Golden Software). In alto a sinistra la mappa a curve di isolivelli , a destra la mappa
sfumata, in basso la rappresentazione tridimensionale.
Un ulteriore passo avanti nella rappresentazione dei risultati può essere compiuto
eseguendo la sovrapposizione della mappa (isolivelli o sfumata) alla fotografia
dell’oggetto in prova. La figura 4, mostra la mappa di distribuzione dell’intensità
sonora, eseguita a macchina con pannelli rimossi, relativa al terzo di ottava di 50
Hz. La scala cromatica, dal blu al rosso, mostra i livelli interpolati.
Figura 4: Mappa di intensità sonora relativa al terzo di ottava di 50 Hz, sovrapposta
all’immagine della macchina in esame (nelle sovrapposizioni è presente un errore dovuto alla
prospettiva). Al blu corrispondono i livelli più bassi, al rosso i livelli più elevati (leggere nota
inerente i valori risultanti dalla mappa). L’immagine superiore mostra le curve isolivelli, quella
inferiore la mappa sfumata. Il software utilizzato per le sovrapposizioni è Picture Publisher
(Micrografx).
Dall’immagine è possibile identificare, per il terzo di ottava considerato, le zone che
rivestono maggiore importanza dal punto di vista dell’emissione sonora. Nella
mappa è possibile notare il contributo acustico dei compressori alternativi e della
pompa. La figura 5 mostra invece la mappa di intensità relativa al terzo di ottava di
630 Hz, la quale evidenzia il rumore di laminazione generato da due valvole poste in
prossimità dei compressori. In questa immagine la scala dei colori è stata impostata
in modo da rappresentare soltanto il rumore che supera una determinata soglia;
questa scelta ha permesso di evidenziare meglio il rumore emesso dalle due valvole
citate. La scala cromatica utilizzata in figura 5 è diversa da quella utilizzata in figura
4: quindi ai vari colori corrispondono livelli diversi nelle due figure.
Figura 5: Mappa di intensità per il terzo d’ottava di 630 Hz (anche qui è presente l’errore dovuto
alla prospettiva) . Si evidenzia il rumore prodotto da due valvole deviatrici poste in prossimità dei
compressori. La scala dei colori è diversa rispetto a quella utilizzata per la figura 4 ed è stata
scelta in modo da rappresentare solo i livelli al di sopra di una soglia determinata (leggere nota
inerente i valori risultanti dalla mappa).
Seguendo la stessa tecnica è possibile, anche per altre bande di frequenza di
interesse, individuare le zone che contribuiscono maggiormente al livello sonoro
globale, ed associare a queste le diverse sorgenti di rumore presenti. Per mezzo delle
mappature è inoltre possibile comparare le misure eseguite a macchina aperta con
quelle eseguite a macchina chiusa, al fine di valutare l’efficacia acustica dei pannelli
di protezione e le eventuali vie di fuga del rumore. Lo studio dell’emissione sonora
trova impiego anche nell’ottimizzazione del posizionamento di una macchina,
mirato alla riduzione dell’inquinamento acustico da essa generato.
L’esecuzione e l’interpretazione della mappatura sonora non possono ovviamente
prescindere dalla conoscenza dell’acustica e dello specifico fenomeno in esame ma,
da quanto illustrato, è possibile concludere che la tecnica della mappatura - se
utilizzata in modo corretto - può essere considerata un valido aiuto alla
comprensione dell’aspetto acustico di una macchina o di una installazione: essa
quindi si pone come un utile strumento a disposizione del progettista, che
quotidianamente si deve confrontare con i problemi legati alla riduzione del rumore.
Nota sui livelli di intensità sonora risultanti dalle mappe
I valori di intensità sonora risultanti da tutte le mappe sopra presentate, e leggibili
attraverso le scale cromatiche a fianco di esse riportate, non devono in alcun modo
ritenersi rappresentativi della specifica macchina analizzata: tali valori infatti, oltre a
provenire da misure eseguite a macchina priva di pannelli di protezione, sono validi
esclusivamente per la superficie di misura considerata e sono, ovviamente,
dipendenti dalla distanza di questa dalla macchina in esame.
Ringraziamenti
Si ringrazia RC Group, nelle persone dell’ing. Roberto Caciolli e dell’ing. Luigi
Rosso per la disponibilità dimostrata.
Bibliografia
Cyril M. Harris, Manuale di controllo del rumore, Tecniche Nuove 1983
A. Cerniglia, I nuovi traguardi delle misure acustiche, RCI Agosto 1998
Larson & Davis, 2900 Instruction Manual
Golden Software, Surfer Instruction Manual
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