B.2 Con quale strumentazione devono essere effettuate le misure relative agli ultrasuoni in aria?

A differenza delle misurazioni dei livelli di pressione sonora nella gamma delle frequenze udibili, che vengono eseguite utilizzando strumentazione per la quale sono specificati i requisiti da norme internazionali [1], purtroppo allo stato attuale non esistono norme internazionali che definiscono in maniera chiara ed univoca i requisiti della strumentazione per le misurazioni dei livelli di pressione sonora in aria all’interno dell’intervallo ultrasonico, nonché indicazioni per la loro taratura periodica. Tuttavia, ci sono standard nazionali che forniscono alcune utili informazioni (ad es. [2]).

La strumentazione di misura deve poter rilevare gli US, quindi il primo requisito è di avere una banda passante con frequenza superiore maggiore di 20 kHz e preferibilmente fino a 100 kHz. Maggiore è la banda passante dello strumento, maggiore sarà la tipologia di sorgenti che è possibile misurare.

La strumentazione comprende tutti i componenti della catena di misura, considerando: il fonometro (o sistema di acquisizione), il microfono, il preamplificatore, il cavo ed i programmi di visualizzazione, analisi ed elaborazione.

La strumentazione deve avere una risposta di banda piatta per tutta la banda ultrasonica da 20 kHz alla frequenza massima, ad esempio 100 kHz.

Le specifiche di classe 1 [1], sebbene non coprano la gamma degli US, possono costituire un valido punto di partenza per la scelta della strumentazione adeguata. Analizzando i diversi criteri esistenti di valutazione degli US in aria, una soluzione consiste nell’eseguire misurazioni usando uno strumento (misuratore/analizzatore) di classe 1 dotato di un microfono adatto per la gamma di frequenza di interesse [3] e filtri a bande di 1/3 di ottava [4], a condizione che:

• la risposta in frequenza dello strumento copra l’intervallo di frequenze di interesse;
• la frequenza di campionamento dello strumento digitale sia almeno il doppio della massima frequenza che si vuole misurare;
• la frequenza centrale della banda di frequenza più alta fra quelle accessibili mediante la strumentazione utilizzata sia superiore alla frequenza da misurare;
• la gamma dinamica e la linearità dello strumento siano regolate in funzione della sensibilità del microfono e sufficienti per la misurazione dei livelli di pressione sonora reali.

È opportuno che i requisiti siano verificati, insieme a test di conformità di classe 1, da un laboratorio di taratura e le informazioni pertinenti dichiarate all’interno di un rapporto di prova.

Per la strumentazione (tutta la catena di misura) deve essere eseguita la verifica periodica, con periodo non maggiore di 2 anni, della conformità alle norme tecniche pertinenti [1, 5, 6] (taratura), in base alla omologazione dello strumento effettuata dal produttore rispetto alla specifica edizione della norma tecnica. Tale verifica deve comunque avvenire dopo un evento traumatico per gli strumenti o dopo una riparazione degli stessi.

In questo caso, la taratura LAT della parte udibile, quale indice di buon funzionamento anche della parte ultrasonica, va allegata alla relazione.

Per la misura degli US in aria, risulta di particolare importanza il microfono impiegato. Per ragioni legate a fenomeni di diffrazione intorno alla capsula microfonica, fino a 40 kHz, è possibile utilizzare microfoni con capsule da ½” la cui banda passante risulti piatta fino a tale frequenza.

Per misurare frequenze superiori, è necessario impiegare microfoni più piccoli, da 1/4” o 1/8” fermo restando che la loro banda passante rimanga piatta fino alle frequenze massime di indagine; in questo caso, data la attuale carenza di centri LAT per la taratura nella gamma ultrasonica è preferibile allegare alla relazione il rapporto tecnico sul comportamento dello strumento nella banda ultrasonica.

Non solo il microfono ma l’intera catena di misura dovrebbe garantire una risposta in frequenza ragionevolmente piatta nell’intervallo di frequenze di misura utile. Gli effetti sulla risposta in frequenza della griglia di protezione del microfono e della risonanza della membrana dovrebbero essere noti e lo strumento dovrebbe avere la possibilità di compensarli.

Se possibile, l’utilizzo della protezione antivento dovrebbe essere evitato, dato che gli effetti possono significativamente influire sul risultato della misurazione in termini di attenuazione dei livelli nelle diverse bande di frequenza ultrasoniche (fino a 5 dB per 40 kHz) [8]. Tuttavia, qualora si verificasse la necessità di impiegare tale protezione (misure in presenza di flussi di aria ecc.), il comportamento del microfono con tale accessorio dovrebbe essere noto.

Quando sono impiegati cavi di prolunga microfonica, va tenuto in conto che i cavi:

• possono influenzare il valore della tensione di uscita e la risposta in frequenza del sistema microfono-preamplificatore;
• possono insorgere interferenze da radiofrequenze elettromagnetiche sulle misure tramite il preamplificatore e altri componenti del sistema

Tali effetti sono trascurabili quando i cavi hanno lunghezza non superiore a 2 metri.

La ponderazione in frequenza da utilizzare durante le misure è la Z definita dallo standard CEI EN61672-1 [1]. La ponderazione Z identifica la curva di risposta piatta dello strumento, o se vogliamo l’assenza di qualunque ponderazione.

Riferimenti Biliografici:

[1] CEI EN 61672-1: 2014. Elettroacustica – Fonometri parte 1: Specifiche.

[2] VDI 3766: 2012. Ultrasound - Workplace - Measurement, assessment, judgement and reduction.

[3] CEI EN 61094: 1997. Microfoni di misura. Parte 4: Specifiche dei microfoni campione di lavoro.

[4] CEI EN 61260-1: 2017. Elettroacustica - Filtri a banda di ottava e frazione di banda d'ottava. Parte 1: Specifiche di prestazione.

[5] CEI EN IEC 60942: 2018. Elettroacustica - Calibratori acustici

[6] CEI EN 60651: 2002. Misuratori di livello sonoro: fonometri ^[1]

[8] Radosz J and Pleban D. Ultrasonic noise measurements in the work environment. The Journal of the Acoustical Society of America 144, 2532 (2018). https://doi.org/10.1121/1.5063812.