AREA I - ARTE TECNICO SCIENTIFICA (ATS)
Capitolo ATS.J01: "Principi Generali di Analisi Acustica" - Pagina 11

Gli argomenti di questa pagina sono stati inseriti da Ing. Michele Cuzzoni nel 2009, aggiornati il 21/04/2016, e sono desunti dalla Bibliografia riportata a fondo pagina.

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Sorgenti sonore e Strumenti di misura

  

 

INDICE:

 

LOCALIZZAZIONE DI SORGENTI SONORE

 

L'attività del Gruppo di Misure del Politecnico di Milano finalizzata allo studio di metodi per la localizzazione di sorgenti sonore è nata alla fine degli anni '90 sotto la spinta delle ricerche volte alla riduzione dell'impatto vibro-acustico dei treni ad alta velocità (progetto europeo HipertTrack). A fianco di tradizionali misure per determinare i livelli globali di emissione (effettuate secondo la normativa prN 3095), si aveva la necessità di separare il contributo del rumore emesso dal contatto ruota-rotaia dalle altre fonti di disturbo (rumore aerodinamico, rumore motori e ausiliari, rumore pantografi...).

 

Tra le varie tecniche di identificazione presenti nella letteratura tecnica, dato il particolare caso di applicazione (pass-by), si è optato per la metodologia del beamforming. Le prime prove sperimentali sul campo sono state realizzate nell'inverno del 2001 su un tratto speciale della linea Foggia-Bari, in località Incoronata, utilizzando per le misure un array lineare composto da 24 microfoni, e successivamente è stata condotta una seconda campagna sperimentale nel 2004, con un array a 28 microfoni.

 

L’interesse del Gruppo in questo campo si è ampliato ed è pertanto iniziata un’attività di ricerca finalizzata allo studio di diverse metodologie presenti in letteratura, in particolare beamfoming e olografia acustica (Nearfield Acoustical Holography). All’interno di questa attività sono state condotte numerose simulazioni, parecchi test di validazione degli algoritmi sviluppati, oltre alla realizzazione di campagne sperimentali di misura volte alla risoluzione di problemi specifici.

 

Tali metodologie possono essere impiegate in svariati campi: si va dal rumore eccessivo nei luoghi di lavoro dovuto a qualche macchinario, al rumore all’interno dell’abitacolo di veicoli, al rumore causato dal transito di convogli ferroviari, autoveicoli, alle campane, etc.

La localizzazione delle sorgenti sonore (identificandone posizione, frequenza e potenza) è infatti il primo passo verso la riduzione del rumore.

Attualmente l'attività di ricerca è da un lato rivolta alla caratterizzazione metrologica di queste tecniche di misura ed allo studio dell'incertezza intrinseca dei risultati ottenuti, dall'altro al miglioramento ed all'innovazione delle tecniche e degli algoritmi noti in letteratura.

Data l'importanza e la necessità da un lato di avere array microfonici costituiti da un elevato numero di trasduttori, dall'altro di abbattere i costi relativi alla strumentazione, nell'ultimo anno sono iniziati studi relativi alla possibilità di utilizzo di microfoni low-cost (MEMS) per realizzare array di misura economici, in collaborazione con ST Microelectronics.

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ESEMPIO DI PROGRAMMA e STANDARD ACUSTICI

Per poter effettuare prove corrette di Analisi tonale, oggi sono necessari software dedicati ad elevate prestazioni di risposta. Tra i vari tipi di programma di calcolo per prove acustiche si consideri il seguente esempio: Software "FlexPro".

Nei calcoli di potenza di suono, con l'opzione Acustica il programma integra i calcoli dei singoli livelli di suono e di potenza di suono in un processo e presenta i risultati in tabelle e diagrammi mentre si parametrizza l'analisi.

Per ottenere livelli di suono corretti, è necessaria una calibrazione. Si può specificare un valore di calibrazione fisso oppure lasciare che FlexPro calcoli il valore di calibrazione da un segnale di calibrazione registrato con il calibratore collegato al microfono. E' possibile ottenere una calibrazione automatica collegando un calibratore al microfono prima della misura per qualche secondo, e poi continuare con la misura.

Le analisi di ottava basate su FFT portano a risultati incorretti, specialmente a basse frequenze. L'opzione Acustica di FlexPro è indispensabile perchè permette di calcolare analisi di ottave con filtri nel dominio del tempo.
Si realizzano anche:

L'opzione Acustica è stata sviluppata in accordo con i seguenti standard:

Standard

Descrizione

Usati con
 

IEC 651
 

Metri di livello di suono
 

Livello di suono
Calcolo,
Frequenza
Pesature
A, B e C
 

IEC 804
 

metri di livelli di suono con media integrata

Livello di suono
Calcolo
 

DIN EN ISO 3744, DIN EN ISO 3745, DIN EN ISO 3746
 

Determinazione dei livelli di potenza di suono delle sorgenti di rumore usando la pressione del suono. Il metodo ingegneristico è essenzialmente un campo libero su un piano riflettente.
Metodo di precisione
gradi 1 (3745),
2 (3744), 3 (3746)
 

Calcolo della potenza del suono
 

DIN 45 635
 

Misura del rumore nell'aria emesso da macchine

Calcolo della potenza del suono
 

DIN 45 651
 

Filtri di ottava per misure elettro-acustiche
 

Analisi di ottava
 

DIN 45 652
 

Filtri di ottava per misure elettro-acustiche

Analsisi di ottava
 

 

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STRUMENTI DI MISURA: FONOMETRI E ACCESSORI

Gli strumenti di misura tipici per le analisi acustiche sono i "fonometri" e vari accessori di precisione. Di seguito alcuni esempi di apparecchiature oggi in commercio:

Fonometro SC310

Il fonometro CESVA SC310 - BCS001 è un fonometro integratore con analizzatore di spettro in bande di ottava e terze di ottava, con molteplici potenzialità e di facile utilizzo. Lo strumento è l'ideale per misure di rumore ambientale, conforme a DPCM 01/03/91, Legge Quadro 447, Decreto 16/03/98, e per misure di rumore in ambiente di lavoro, conforme a D.Lgs. 195/06. Esso può essere utilizzato per la misurazione del tempo di riverberazione (opzionale), conforme a ISO 3382, ISO 354 e ISO 140 e per misurazioni relative all'acustica degli edifici, in particolare può essere integrato all'interno della soluzione completa GIP, per questa applicazione.

 

   

GIP: Sistema integrato per la valutazione dell'isolamento acustico

GIP (Global Insulation Package) è la soluzione completa per la misurazione e valutazione dell'isolamento acustico per via aerea tra ambienti, dell'isolamento acustico per via aerea delle facciate e dell'isolamento al rumore di calpestio secondo le norme ISO 140, ISO 717 e DPCM 5/12/97.

 

   
Microfoni professionali a bassissimo rumore per acustica, audiometria, fonometria, analisi ambientale. Capsule da ¼”, ½”1”; microfoni: electret”, secondari e certificati in Classe 1. Preamplificatori con polarizzazione ad alta tensione. Compatibilità con condizionatori ICP, DeltaTron o simili. Supporti per Array Microfonici.
   
Sistemi modulari di acquisizione e registrazione multicanale per un'ampia varietà di sensori di misura (accelerometri Charge o ICP, microfoni per acustica...), segnali analogici e digitali (AES/EBU, CANbus, RPM...). Memorizzazione disponibile su: Digital-Tape, Hard-Disk o memoria Solid-State.
   

.Di tipo piezoelettrico, per la misura di vibrazioni nella sperimentazione meccanica. Versioni miniaturizzate, mono o tri-assiali, charge o ICP-compatibili. Alta sensibilità, basso rumore e risposta in frequenza da pochi decimi di Hz fino a 50kHz. Accelerometri capacitivi con elettronica incorporata e risposta dalla DC.

   

Soluzione USB per la misura di vibrazioni di bassa e media frequenza con accelerometri ICP-compatibili. I differenti pacchetti di analisi standard supportano la diagnosi ed il bilanciamento di macchinari rotanti, la misura di vibrazioni su edifici, impianti e sul corpo umano, il controllo di qualità, la sperimentazione e la ricerca...
   
CoCo-80 è un sistema multicanale, di registrazione digitale e di analisi fonometrica classe 1, FFT, e 1/3 - 1/12 d'ottava real-time, a 4/8/16 canali. Portatile, compatto, a batteria ed a basso costo ideale per applicazioni di misura in un settore che spazia da quello automobilistico all’aeronautico, all’elettronico, a quello aerospaziale e militare.
   

Il software Noise & Vibration Works nella versione 2.3.1 offre immense possibilità di post-elaborazione e reportistica. La nuova versione include il supporto dei fonometri LD831 ed LxT, il calcolo diretto dell’esposizione al rumore conforme al D.Lgs n.81-2008, con la possibilità di simulare l'efficacia dei DPI sia come storia temporale sia come spettri in frequenza.

La versione 2.31 include anche il calcolo dell'esposizione alle vibrazioni mano-braccio e corpo intero secondo il D.Lgs n.81-2008.

   

Il software SoundPLAN è un potente pacchetto  che lavora in Windows 95/98/2000/NT/XP   per il calcolo e la previsione della propagazione nell’ambiente del rumore derivato da traffico veicolare, ferroviario, aeroportuale, da insediamenti industriali (sorgenti esterne ed interne), per il calcolo di barriere acustiche e delle concentrazioni degli elementi inquinanti dell’aria e rispetta quanto indicato dal D.Lgs 19 Agosto 2005 N°194.

 

 

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Bibliografia


 
Bib-TS-233 - [1] M. Bocciolone, D. Rocchi, M. Vanali, “Microphone array measurements for the identification of mobile noise sources” 5° Congresso nazionale di Misure Meccaniche e Termiche, settembre 2002, Abano Terme
Bib-TS-234 - [2] M. Vanali, “Studio analitico sperimentale dell’impatto vibro-acustico generato dal transito di convogli in ambito urbano” Tesi di Dottorato di Ricerca in Meccanica Applicata XV Ciclo, discussa il 27/02/2003
Bib-TS-235 - [3] M. Vanali, D. Rocchi, F. Ripamonti, “Vibration and acoustic insight on high speed trains running on a ballast superstructure” Railway Engineering 2003 30th April 1st May 2003 Commonwealth conference center London
Bib-TS-236 - [4] M. Bocciolone, A. Cigada, S. Manzoni, M. Vanali, E. Zappa ,“Controllo del rumore emesso da veicoli a rotaia per mezzo della riduzione delle vibrazioni dovute all’interazione ruota-armamento” IV Giornata di Studio sull'Acustica Ambientale, Firenze 2006
Bib-TS-237 - [5] R. Corradi, A. Facchinetti, S. Manzoni, M. Vanali, “Effects of track parameters and environmental conditions on tramcar induced squeal noise”, ISMA 2006, 18-20 settembre 2006, Lovagno, Belgio
Bib-TS-238 - [6] S. Manzoni, M. Vanali, C. Carbone, “Rubber isolating elements to prevent vibro-acoustic propagation”, ISMA 2006, 18-20 settembre 2006, Lovagno, Belgio
Bib-TS-239 - [7] A. Cigada, S. Manzoni, M. Vanali, “On the vibro-acoustic behaviour of high-speed train wheels”, ISMA 2006, 18-20 settembre 2006, Lovagno, Belgio
Bib-TS-240 - [8] P. Boffi, A. Cigada, M. Vanali, E. Zappa, “Dalle prove non distruttive alle “misure non distruttive””, Tutto Misure anno viii numero 03 2006
Bib-TS-241 - [9] M. Lurati, F. Ripamonti, D. Rocchi, M. Vanali, “Utilizzo di array microfonici per la localizzazione di sorgenti sonore: confronto tra diverse configurazioni dei microfoni e validazione sperimentale”, Rivista Italiana di Acustica, Volume 30 N. 3-4 Luglio-Dicembre 2006
Bib-TS-242 - [10] A. Cigada, F. Ripamonti and M. Vanali, “The delay & sum algorithm applied to microphone array measurements: Numerical analysys and experimental validation”, Mechanical Systems and Signal Processing, In Press, Accepted Manuscript, Available online 28 January 2007,
 

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