Isolamento acustico di facciata di ambienti d'angolo: esempi di calcolo
1. INTRODUZIONE
Durante la fase di progettazione si incontra spesso il problema di dover valutare l’isolamento acustico delle facciate in corrispondenza degli angoli degli edifici. La progettazione delle prestazioni di isolamento acustico di facciata di un edificio viene eseguita secondo la norma ISO 12354-3 [1]. Questa norma descrive un modello di calcolo per stimare le caratteristiche di isolamento acustico a partire dalle prestazioni dei singoli elementi.
Il calcolo previsionale dell’isolamento acustico di facciata di ambienti d’angolo non è sufficientemente dettagliato nella norma ISO 12354-3, per questo motivo è stato sviluppato un metodo di calcolo, riportato nella recente norma UNI 11175-1, per alcuni casi particolati, riferito al posizionamento di una sorgente sonora nelle condizioni di misurazione in opera secondo quanto previsto dalla norma ISO 16283-3 [2].
2. DETERMINAZIONE DELL’ISOLAMENTO ACUSTICO DI FACCIATA
2.1. Valutazione sperimentale dell’isolamento acustico di facciata secondo ISO 16283-3
Le misurazioni dell’isolamento acustico di facciata vengono eseguite secondo la norma ISO 16283-3. A seconda dello scopo della misurazione, è possibile utilizzare diversi tipi di sorgente con caratteristiche spettrali molto diverse come ad esempio il traffico stradale, ferroviario, aereo o un altoparlante che emette rumore rosa.
L’utilizzo del metodo dell’altoparlante è necessario quando si devono valutare facciate con elevate prestazioni acustiche, quando la sorgente reale (traffico, ferrovia e aeromobili) non ha energia sufficiente per una corretta valutazione o quando è richiesta una maggiore ripetibilità dei risultati.
La misura in opera con altoparlante, secondo la norma ISO 16283-3, viene eseguita posizionando la sorgente di rumore all’esterno, con direzione verso il centro della facciata. L’angolo tra la normale alla facciata e l’onda sonora che la colpisce deve essere di 45° ± 5° mentre la distanza minima, D, tra la facciata e la cassa acustica deve essere di almeno 5 m (Fig. n. 1). La direttività della sorgente deve essere uniforme.
Fig. n. 1: geometria del metodo con altoparlante: 1 normale alla facciata, 2 piano verticale, 3 piano orizzontale, 4 altoparlante
L’isolamento acustico di facciata con altoparlante, Dls,2m,nT, è calcolato mediante la seguente formula come differenza tra il livello di pressione sonora esterna misurato a 2 m davanti al centro della facciata (L1,2m) e la media spaziale del livello di pressione sonora nell’ambiente ricevente (L2), corretto da un fattore che tiene conto del tempo di riverberazione (T):
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(1) |
dove:
| L1,2m | è il livello di pressione sonora esterna misurato a 2 m davanti al centro della facciata [dB]; |
| L2 | è la media spaziale del livello di pressione sonora nell’ambiente ricevente [dB]; |
| T | è il tempo di riverberazione (s); |
| T0=0,5 s | è il tempo di riverbero di riferimento. |
L’indice di valutazione dell’isolamento acustico di facciata, Dls,2m,nT,w, viene infine calcolato secondo la norma ISO 717-1 [3].
Quando si utilizzano posizioni diverse della sorgente sonora, ad esempio quando si valuta l’isolamento acustico di un ambiente d’angolo, il risultato combinato deve essere calcolato secondo la seguente formula:
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(2) |
dove:
| n | è il numero di posizioni della sorgente; |
| Di | è la differenza di livello per ciascuna combinazione sorgente-ricevitore. |
Nel caso di facciate con due o più lati esposti al rumore, la norma ISO 16283-3 non specifica in quali posizioni deve essere collocato l’altoparlante. Tuttavia, in questo caso, sono necessarie diverse misure sulla facciata.
La Fig. n. 2 mostra, ad esempio, quattro possibili combinazioni di posizionamento della sorgente per una stanza d’angolo posta al piano terra di un edificio.
Considerando l’esempio di Fig. n. 2, si possono valutare le seguenti quattro combinazioni di una sorgente posizionata a terra ad una distanza di 5 m dalla facciata: (a) 1a - 2a; (b) 1a - 2b; (c) 1b - 2a; (d) 1b - 2b.
Fig. n. 2: esempio di una stanza d'angolo con due pareti con diverse combinazioni di posizioni degli altoparlanti: (a) 1a – 2a; (b) 1a – 2b; (c) 1b – 2a; (d) 1b – 2b.
La combinazione 1a-2a è quella che porta generalmente ad un valore di isolamento di facciata minore e quindi in favore di sicurezza, in quanto i due lati risultano direttamente esposti al rumore.
La combinazione 1b-2b invece è quella che porta ad un risultato dell’isolamento generalmente maggiore, in quanto il lato della facciata opposto alla sorgente risulta schermato dall’edificio. Risulta perciò necessario quantificare le suddette differenze e, se possibile, fornire il valore più rappresentativo dell’isolamento acustico di facciata; inoltre per una corretta interpretazione delle prestazioni di isolamento acustico della facciata, il rapporto di prova deve indicare quale posizione della sorgente viene scelta durante le misurazioni.
2.2. Progettazione dell’isolamento acustico della facciata secondo la norma ISO 12354-3
L’isolamento acustico di facciata dipende dal potere fonoisolante apparente della facciata stessa vista dall’interno del locale, dall’influenza della forma esterna della facciata e dalle dimensioni del locale. L’isolamento acustico di facciata viene calcolato analiticamente secondo la formula:
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(3) |
dove:
| R′ | è il livello di pressione sonora esterna misurato a 2 m davanti al centro della facciata [dB]; |
| DLfs | è la media spaziale del livello di pressione sonora nell’ambiente ricevente [dB]; |
| Csab=0,16 | è il tempo di riverberazione (s); |
| V | è il tempo di riverbero di riferimento. |
| S | è il tempo di riverbero di riferimento. |
Il potere fonoisolante apparente R′ viene calcolato come:
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(4) |
dove:
| te,i | è il coefficiente di trasmissione dell’elemento di facciata i dovuto alla trasmissione diretta del suono incidente su questo elemento, relativo alla potenza sonora incidente sulla facciata totale; |
| tf | è il coefficiente di trasmissione di una facciata o elemento f dovuto alla trasmissione laterale, relativa alla potenza sonora incidente sulla facciata totale; |
| n | è il numero di elementi di facciata per la trasmissione diretta; |
| m |
è il numero di elementi di facciata laterali. |
Per piccoli elementi tecnici (es. prese d’aria, cassonetti) il coefficiente di trasmissione viene calcolato come:
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(5) |
dove:
| Dn,e,i |
è la differenza di livello di pressione sonora normalizzata per il piccolo elemento i-esimo. |
Per altri elementi (es. muri, tetto, finestre) il coefficiente di trasmissione può essere calcolato secondo la formula:
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(6) |
dove:
| n | è il numero di posizioni della sorgente; |
| Di | è la differenza di livello per ciascuna combinazione sorgente-ricevitore. |
La norma precisa che, se la facciata non è piana, la superficie totale deve essere ottenuta come somma delle superfici di tutti gli elementi che compongono la facciata visti dall’interno, a condizione che il suono incida in modo omogeneo su tutte le sue porzioni.
Se questo requisito non può essere soddisfatto, ogni parte della facciata soggetta ad un campo sonoro incidente omogeneo deve essere considerata separatamente nei calcoli. Se le diverse parti della facciata totale sono soggette a diversi livelli di pressione sonora, come nel caso di un ambiente d’angolo, è possibile considerare queste parti separatamente.
Se si effettuano calcoli separati per i due lati della facciata e la media logaritmica (2) viene calcolata senza considerare il contributo del rumore proveniente da altre parti della facciata, si può commettere un errore di valutazione. Nel caso di misure in opera, è invece corretto utilizzare la media logaritmica data da (2) perché tali misure tengono già conto della quantità di rumore proveniente dalla porzione di facciata che non è direttamente colpita dall’onda sonora.
Allo scopo di calcolare l’isolamento acustico di facciata, nella norma UNI 11175-1 è stata introdotta l’attenuazione dovuta alla diffrazione dell’angolo dell’edificio o alla diversa distanza sorgente-facciata, DFL, dove F indica la facciata considerata e L la posizione ipotizzata per l’altoparlante. Si riportano di seguito alcuni casi particolari e delle formulazioni utili per il calcolo previsionale.
3. CALCOLO DELL’ISOLAMENTO DI FACCIATA DI AMBIENTI D’ANGOLO
3.1. Caso di un ambiente d’angolo con due pareti
L’isolamento acustico di facciata di un ambiente d’angolo con due pareti può essere calcolato mediante le seguenti formule [4]:
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(7) |
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(8) |
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(9) |
dove:
| D2m,nT,w1 | è l’indice di valutazione dell’isolamento dell’intera facciata con l’altoparlante in posizione 1; |
| D2m,nT,w2 | è l’indice di valutazione dell’isolamento dell’intera facciata con l’altoparlante in posizione 2; |
| D2m,nT,w11 | è l’indice di valutazione dell’isolamento di facciata del solo lato 1 con l’altoparlante in posizione 1; |
| D2m,nT,w22 | è l’indice di valutazione dell’isolamento di facciata del solo lato 2 con l’altoparlante in posizione 2; |
| ΔD21 | è l’attenuazione dovuta allo spigolo dell’edificio o alla diversa distanza sorgente-facciata per il lato 2 con l’altoparlante in posizione 1; |
| ΔD12 | è l’attenuazione dovuta allo spigolo dell’edificio o alla diversa distanza sorgente-facciata per il lato 1 con l’altoparlante in posizione 2; |
| D2m,nT,w22 | è l’indice di valutazione dell’isolamento di facciata complessivo. |
Per l’attenuazione, ΔDFL, possono essere utilizzati i valori riportati nella Tabella 1.
Tabella 1 - Attenuazioni dovute alla diffrazione dell’edificio o alla diversa distanza sorgente-facciata per i piani: terra, primo, secondo e terzo
| Piano |
DD12b = DD21b Posizione 1b o 2b |
DD12a = DD21a Posizione 1a o 2a |
| Terra | 15 | 0 |
| Primo | 12 | 2 |
| Secondo | 12 | Non prevista |
| Terzo | 11 | Non prevista |
Le attenuazioni sono state ricavate tramite simulazione software, considerando una distanza altoparlante-facciata pari a 5 m per il piano terra e il piano primo. Per i piani superiori l’altoparlante deve essere posto ad una distanza dalla facciata pari all’altezza del centro della facciata dal piano del terreno. In tal caso la sorgente risulta posizionata frontalmente alla facciata e le posizioni 1a e 2a non sono previste.
Le attenuazioni variano anche in funzione delle dimensioni dell’ambiente; i valori riportati sono da considerarsi come minimi e si riferiscono ad un edificio in prossimità di altri edifici, posti ad una distanza di 10 m. Per altre casistiche si consiglia di consultare il riferimento bibliografico [4].
3.2. Caso di un ambiente con una parete e il tetto
Nel caso di un ambiente con una parete e il tetto a vista, se si considera di posizionare l’altoparlante solamente sul piano del terreno, può essere utilizzata la seguente formula:
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(10) |
dove:
| n | è l’indice di valutazione dell’isolamento di facciata del solo lato 3 (tetto) senza attenuazione; |
| ΔD31 | è l’attenuazione dovuta allo spigolo dell’edificio o alla diversa distanza sorgente-facciata per il lato 3 (tetto) con l’altoparlante in posizione 1. |
Per inclinazioni del tetto minori o uguali al 40% si possono utilizzare le attenuazioni riportate nella Tabella 2.
Tabella 2 - Attenuazioni relative al tetto dovute alla diffrazione dell’edificio per i piani: terra, primo, secondo e terzo
| Piano |
ΔD31 |
| Terra | 10 |
| Primo | 16 |
| Secondo | 16 |
| Terzo | 15 |
Nel caso sia più rappresentativo considerare una seconda posizione dell’altoparlante direzionata verso il tetto, ad esempio per considerare un rumore proveniente da tutte le direzioni verso la facciata (rumore da traffico e rumore dovuto ad aeromobili, ecc.), risulta molto complicato generalizzare una formulazione a causa delle molteplici variabili in gioco.
In questo caso potranno essere utilizzate le formule (1), (2) e (3) con attenuazioni nulle, in favore di sicurezza.
3.3. Caso di un ambiente d’angolo con due pareti e il tetto
Nel caso di un ambiente con due pareti e il tetto a vista avente due inclinazioni diverse, se si considera di posizionare l’altoparlante sul piano del terreno, si possono utilizzare le seguenti formule:
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(11) |
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(12) |
dove:
| ΔD31 | è l’attenuazione dovuta allo spigolo dell’edificio o alla diversa distanza sorgente-facciata per il lato 3 (tetto) con l’altoparlante in posizione 1; |
| ΔD32 | è l’attenuazione dovuta allo spigolo dell’edificio o alla diversa distanza sorgente-facciata per il lato 3 (tetto) con l’altoparlante in posizione 2; |
| D2m,nT,w | viene calcolato con la formula (9). |
Per le attenuazioni delle pareti si possono considerare i valori della Tabella 1 mentre per le attenuazioni del tetto si possono considerare i valori della Tabella 3.
Tabella 3 - Attenuazioni relative al tetto dovute alla diffrazione dell’edificio per i piani terra, primo, secondo e terzo
| Piano |
DD13b, DD31b, DD23b, DD32b Posizione 1b o 2b |
DD13a, DD31a, DD23a, DD32a Posizione 1a o 2a |
| Terra | 15 | 0 |
| Primo | 12 | 2 |
| Secondo | 12 | Non prevista |
| Terzo | 11 | Non prevista |
4. ESEMPIO DI CALCOLO
Si riporta di seguito un esempio di calcolo relativo ad ambienti d’angolo di dimensioni: L1= 4,5 m, L2= 3,5 m e altezza 2,70 m, posti al piano terra.
Si considera, come indice di valutazione del potere fonoisolante della parete opaca, il valore Rwm=50 dB, mentre per il serramento il valore Rwf=37 dB. Entrambi i lati hanno una finestra di dimensioni 1.400 m x 1.300 m.
Si considerano inoltre un coefficiente di forma della facciata DLfs= 0 e una perdita di isolamento per trasmissioni laterali pari a 2 dB.
Applicando la formula (3) gli indici di valutazione dell’isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione del solo lato 1 e del solo lato 2 risultano rispettivamente:
D2m,nT,w11 = 42.7 dB
D2m,nT,w22 = 42.9 dB
Per quanto riguarda le attenuazioni dovute alla diffrazione si considerano i valori riportati nella Tabella 1.
Si riportano di seguito i calcoli dell’indice di valutazione dell’isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione, approssimati ad una cifra decimale, relativi all’ambiente d’angolo posto al piano terra per le combinazioni della sorgente sonora 1a - 2a e 1b - 2b.
Combinazione 1a - 2a:
Combinazione 1b - 2b:
Nella Tabella 4 si riportano i risultati ottenuti.
Tabella 4 - Risultati dell’indice di valutazione dell’isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione per le diverse combinazioni di posizione 1a-2a e 1b-2b
| Piano |
D2m,nT,w 1a-2a |
D2m,nT,w 1b-2b |
| Terra | 39,8 | 42,6 |
Si può notare come al piano terra la combinazione 1b - 2b fornisca un valore dell’indice di valutazione dell’isolamento acustico di facciata normalizzato rispetto al tempo di riverberazione, D2m,nT,w, maggiore di 2,8 dB rispetto alla combinazione 1a - 2a.
La combinazione 1a - 2a risulta pertanto in favore di sicurezza.
Bibliografia
[1] ISO 12354-3:2017 Building Acoustics. Estimation of Acoustic Performance of Buildings from the Performance of Elements-Part 3: Airborne Sound Insulation against Outdoor Sound.
[2] ISO 16283-3:2016 Acoustics. Field Measurement of Sound Insulation in Buildings and of Building Elements Façade Sound Insulation.
[3] ISO 717-1:2020 Acoustics. Rating of Sound Insulation in Buildings and of Building Elements. Part 1: Airborne Sound Insulation.
[4] Granzotto N., Piana E.A. Evaluation Method for Façade Acoustic Insulation for a Corner Room: Discussion on the Results Obtained as a Function of the Source Position. Applied Science 2020, 10(21), 7434. https://www.mdpi.com/2076-3417/10/21/7434.