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Principi generali di analisi acustica
AREA I - ARTE TECNICO-SCIENTIFICA (ATS)
Cap. ATS-J01 - Acustica - Pag. ATS-J01.11
Gli argomenti trattati sono stati inseriti da Ing. Arch. Michele Cuzzoni nel 2009 - © Copyright 2007- 2024 - e sono desunti dalla documentazione indicata in Bibliografia a fondo pagina
Sorgenti sonore e Strumenti di misura
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.
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:
- calcolo della Potenza di suono compresi tutti i termini di correzione per pressione barometrica e temperatura (K0), rumore di fondo (K1), correzione ambientale (K2), e superficie di inviluppo (Ls).
- Calcolo del livello di suono: pesatura di frequenza LINEAR, A, B, C, pesatura di tempo FAST, SLOW, IMPULSE, Leq, peak. I risultati potrebbero essere livello su tempo oppure ultimo livello.
- Analisi di ottava usando filtri nel dominio del tempo: ottava di risoluzione, terza di ottava e 1/6, 1/12 e 1/24 di ottava. Pesatura di frequenza del risultato può essere LINEAR, A, B, C.
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 |
IEC 804 |
metri di livelli di suono con media integrata |
Livello di suono |
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. |
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 |
STRUMENTI DI MISURA: FONOMETRI E ACCESSORI
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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,