Localizzazione sorgenti di rumore in campo vicino: teoria e ... - CIRIAF

Associazione Italiana di Acustica37° Convegno NazionaleSiracusa, 26-28 maggio 2010Localizzazione di sorgenti di rumore in campo vicino: teoria e misure.Dott. Massimo Nannizzi (1), Ing. Francesco D’Alessandro (2)1) Instrumentation Devices srl, Como.2) Università di Perugia - Dipartimento di Ingegneria Industriale, Perugia1. IntroduzioneUna tecnica per la localizzazione delle sorgenti acustiche che sembrava consolidata e senzagrossi margini di sviluppo si è rivalutata con l'introduzione sul mercato, attorno alla metà degli anni’90, della nuova sonda della Microflown. La possibilità di misurare la componente velocità delcampo acustico in modo diretto, e non tramite calcoli su due microfoni affacciati, ha praticamenteescluso tutte le problematiche legate al riverbero e quindi ai fattori di campo; con queste sonde è,inoltre, possibile lavorare molto vicino all'oggetto per aumentare notevolmente (fino a pochimillimetri) la risoluzione della localizzazione geometrica della sorgente. Nuove prospettive si sonoaffacciate per l'intensimetria nei settori industriali, soprattutto automotive, per la possibilità dioperare in un ambiente molto reattivo come l'abitacolo delle auto, e nel settore della edilizia, con lemisure in opera.2. Intensimetria con sonde Microflown: principio di funzionamentoLa tecnica proposta consiste nella misura intensimetrica in campo vicino e molto vicino, con unamisura diretta della componente velocità. Il principio su cui si basa il sistema proposto è quello che(vedi fig.1), nel momento in cui un elemento emette, vibra generando un elevato campo di velocitànelle sue vicinanze, anche in condizioni di componente di pressione molto bassa.Fig.1 Campo acustico per superficie vibrante e non.Il suddetto campo di velocità è suddivisibile in 3 parti (vedi fig.2):

37° Convegno Nazionale AIA1) una prima zona denominato campo molto vicino, caratterizzato dal fatto che, su distanze cosìbrevi essa non riesce a defluire lateralmente e quindi tutto lo spessore si muove praticamentesolidale alla parte vibrante [1].2) Una seconda zona, denominata campo vicino, in cui l’aria inizia a defluire lateralmente e lavelocità diminuisce (lentamente) all’aumentare della distanza dalla sorgente.3) Una terza zona, denominata campo lontano, in cui la velocità inizia a decrescere moltovelocemente ed in cui il suono è già molto diffuso per una localizzazione precisa.Quando, invece, un elemento non emette ma riflette solamente le onde sonore incidenti, inprossimità della sua superficie si ha un campo di pressione elevata ed un campo di velocità moltobassa.Fig.2 Esempio di campi di velocità per una sorgente sferica (R=1mm) vibrante a 343 Hz [2].In fig.3 è mostrata la mappa del campo acustico (sia per la velocità che per la pressione) che siha di fronte ad un pistone in vibrazione. Come si può vedere, nel campo molto vicino la velocitàdelle particelle è pressoché costante, sia per variazioni di distanza che di frequenza, mentre lapressione dipende dalla frequenza.Fig.3 Esempio di campi di velocità e pressione sonora per un pistone vibrante [2].La sonda Microflown permette di misurare entrambe le componenti del campo acustico in mododiretto ed in tempo reale, sull'intero campo di frequenza udibile (da 20 Hz a 20 kHz) in una singolamisura.Il riverbero, che nelle applicazioni con la tradizionale sonda PP, influenza in maniera dominantela parte di velocità, dedotta dal gradiente della pressione acustica, adesso non influisce più allamisura, se non in minima parte nella misura della sola componente pressione.L’utilizzo della sonda Microflown, inserita in una appropriata catena di misura, consente lalocalizzazione delle sorgenti di rumore con una risoluzione geometrica fino a pochi millimetri, siaper fenomeni stazionari che non (quest’ultimo argomento non viene affrontato in questo articolo).3. Esempi di applicazioniIn collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Perugia, è stataeffettuata una prova comparativa su una porta-finestra scorrevole montata tra due camere

37° Convegno Nazionale AIAriverberanti eseguendo misure intensimetriche con una sonda PU e misure tradizionali di poterefonoisolante ai sensi della UNI EN ISO 140-3. I rilievi hanno riguardato una sola anta della portafinestra.Il sistema di misura utilizzato in questa applicazione si compone di una sonda monoassiale PUregular Microflown, sistema di acquisizione DIC6B DATaRec4 della Heim Systems a 6 canali esoftware SiIntense di Soundtec. Il rumore, di tipo bianco, è stato generato tramite una sorgentedodecaedrica posta nella camera riverberante adiacente.Rispetto alle misure intensimetriche effettuate con le comuni sonde PP, quelle eseguite con lasonda PU presentano i seguenti vantaggi, oltre l’ovvia assenza degli errori derivanti dalla stimadella velocità a partire dal gradiente di pressione: possibilità di raggiungere livelli di definizione dell’ordine di pochi mm con tempi dimisura ridotti; l’ambiente nel quale si eseguono le misure non va trattato in maniera particolare essendoil sistema influenzato in maniera minima dalle riflessioni sonore provenienti dallesuperfici circostanti;con una sola misura si può coprire l’intero campo di frequenze tra 20 e 10.000 Hz mentrecon le sonde PP è necessario utilizzare differenti distanziatori microfonici.In figura 4 è riportato a sinistra l’andamento del potere fonoisolante misurato per l’intera portafinestrain accordo con la UNI EN ISO 140-3 e a destra l’andamento dei livelli di pressione edintensità sonora misurati con la sonda PU in prossimità del campione nella camera ricevente:nonostante la sostanziale differenza delle modalità di prova si riscontrano evidenti analogie. Inparticolare per la banda in terzi d’ottava con frequenza centrale pari a 160 Hz, per la quale si ha unadiminuzione delle prestazioni isolanti, è immediatamente visibile, dalle mappe riportate in Fig. 5,che il contributo è dovuto quasi esclusivamente alla parte centrale del telaio. In generale, comeatteso, le zone più deboli risultano essere gli angoli e la parte inferiore con il binario, mentre lechiusure laterale e superiore e, soprattutto, il vetro, si comportano in maniera ottimale (l’indice R wcalcolato a partire dai dati misurati è pari a 38 dB).Potere Fonoisolante Rcurva di riferimento secondo ISO 717-1 TRASLATA605550R (dB)curva di riferimento secondo ISO 717-1454035302520151050Frequenza (Hz)10012516020025031540050063080010001250160020002500315040005000Fig.4 Andamento del potere fonoisolante R ai sensi della UNI EN ISO 140-3 (a destra) e spettrimedi di pressione e intensità misurati con la sonda p-u (a sinistra)Fig.5 Mappe del livello di intensità sonora per il campione testato (da sinistra verso destra:livello globale, 160 Hz, 250 Hz, 630 Hz).

37° Convegno Nazionale AIAIn Fig.6 sono riportati i risultati, ottenuti in differenti applicazioni e condizioni, di altre misureeffettuate con il sopracitato sistema.Fig.6 Esempio di risultati ottenuti con sonda Microflown.4. ConclusioniL’utilizzo della nuova sonda intensimetrica Microflown consente di ottenere l’individuazione disorgenti di rumore con elevate risoluzioni geometriche, non viene influenzata dalla tipologia dicampo in cui lavora ed è molto direzionale.Grazie alle sue capacità uniche è anche possibile effettuare misure di potenza acustica su singolicomponenti di impianti, direttamente in sito.In base ai risultati ottenuti nelle applicazioni industriali consolidate e ad alcune misurepreliminari, effettuate su particolari di edifici, un possibile campo di applicazione può essere trovatonello studio, in opera, del flanking noise: tutto il rumore che passa per vie non dirette, può essereisolato nelle singole vie di passaggio, tramite l’utilizzo della sonda Microflown.5. RingraziamentiSi ringraziano le aziende CNH, Microflown, Università di Perugia (Dipartimento di Meccanica),Università di Budapest (laboratorio di vibro-acustica), Piaggio, Rochling ed Electrolux per lagentile concessione dei risultati riportati.6. Referenze[1] H-E. de Bree, V.B. Svetovoy, R. Raangs, R. Visser, “THE VERY NEAR FIELD THEORY,SIMULATIONS AND MEASUREMENTS OF SOUND PRESSURE AND PARTICLEVELOCITY IN THE VERY NEAR FIELD”, ICSV11 2004.[2] H-E. de Bree, “E-book”, capitolo n.7 “Acoustic Impedance Measurements”.[3] H-E. de Bree et al, Sensors and Actuators: A, Physical, volume SNA054/1-3, pp 552-557, 1996 ,“The -flown, A NOVEL DEVICE MEASURING ACOUSTICAL FLOWS”, MESA ResearchInstitute, University of Twente.