Isolamento acustico non tessuto: come il tessuto agugliato riduce il rumore nelle automobili, negli edifici e negli elettrodomestici

Il rumore è una delle misure più dirette della qualità dei prodotti nei mercati automobilistico, degli elettrodomestici e degli interni edili. I clienti associano un abitacolo silenzioso a un'auto premium. Una lavatrice che vibra e risuona attraverso il pavimento sembra più economica di una che funziona silenziosamente. Una stanza con uno scarso isolamento acustico dai corridoi e dagli spazi adiacenti riduce la qualità percepita dell'edificio indipendentemente dalla sua finitura visiva. La gestione del rumore e delle vibrazioni, ovvero la riduzione dell'energia che raggiunge le orecchie dell'ascoltatore, dipende da materiali in grado di assorbire o bloccare l'energia sonora e il tessuto non tessuto agugliato è uno dei materiali più versatili e ampiamente utilizzati.

Comprendere come funzionano acusticamente i materiali non tessuti, cosa ne determina le prestazioni e come specificare il materiale giusto per uno specifico problema di rumore previene l’errore comune di trattare il tessuto non tessuto acustico come una specifica del peso della merce per area piuttosto che come una soluzione di materiale ingegnerizzato.

Come il suono viene assorbito dai materiali fibrosi

Il suono è un'onda di pressione: compressioni e rarefazioni alternate che si propagano attraverso l'aria. Quando un'onda sonora incontra un materiale fibroso poroso come un tessuto non tessuto agugliato, l'onda fa vibrare l'aria all'interno della struttura dei pori del materiale. L'attrito tra l'aria in movimento e le superfici delle fibre converte l'energia acustica in calore, una piccola quantità di energia termica che si dissipa nel materiale. Più l'aria deve lavorare per muoversi attraverso il materiale (più fibre, pori più piccoli, percorsi più tortuosi), più energia acustica viene convertita e meno viene trasmessa o riflessa.

Questo meccanismo – perdite viscose e termiche dovute all’oscillazione dell’aria nei pori – è chiamato assorbimento. Si misura come coefficiente di assorbimento acustico (α), che varia da 0 (nessun assorbimento, riflessione perfetta) a 1,0 (assorbimento completo). L'assorbimento dipende dalla frequenza: la maggior parte dei materiali fibrosi assorbe il suono ad alta frequenza in modo più efficace rispetto al suono a bassa frequenza, perché le lunghezze d'onda corte del suono ad alta frequenza interagiscono in modo più efficiente con la struttura della fibra. I materiali spessi e densi assorbono le basse frequenze meglio di quelli sottili, motivo per cui il tessuto non tessuto acustico per l'attenuazione dei bassi a bassa frequenza nei sistemi di pavimento automobilistico è sostanzialmente più pesante del materiale di rivestimento sottile sopra un cruscotto.

L'assorbimento è diverso dalla perdita di trasmissione (blocco). Un materiale altamente assorbente riduce l'energia sonora all'interno dello spazio in cui è installato; un materiale ad alta perdita di trasmissione (uno strato barriera denso) impedisce al suono di passare da un lato all'altro. I sistemi acustici efficaci nei veicoli e negli edifici utilizzano entrambi i meccanismi in combinazione: uno strato barriera per impedire la trasmissione e uno strato assorbente per gestire l'energia all'interno dello spazio chiuso.

Applicazioni acustiche automobilistiche

Gli interni automobilistici rappresentano l'applicazione acustica più impegnativa e basata sulle specifiche per il tessuto non tessuto agugliato. Le case automobilistiche definiscono obiettivi acustici dettagliati per i livelli di rumore dell'abitacolo a varie velocità e condizioni del motore, e le prestazioni acustiche di ciascun componente (sistema di pavimento, isolamento del cruscotto, pannelli delle porte, rivestimento del bagagliaio, rivestimento del tetto, coperture dei passaruota) sono progettate per soddisfare questi obiettivi collettivamente. Il tessuto non tessuto agugliato appare praticamente in tutte queste posizioni, sia come strato fonoassorbente primario sia come componente in un composito multistrato.

Sistemi a pavimento

Il sistema del pavimento è in genere il componente acustico più grande del veicolo in termini di area. È costituito da una barriera di massa vinilica o bituminosa pesante accoppiata a uno spesso strato disaccoppiante in tessuto non tessuto agugliato, sotto una moquette tufted o una superficie di moquette modellata. Lo strato barriera fornisce la perdita di trasmissione contro il rumore del propulsore e della strada proveniente dal basso; lo strato disaccoppiatore (non tessuto agugliato, tipicamente 400-1.200 g/m² a seconda del segmento del veicolo) assorbe l'energia sonora residua che passa attraverso la barriera e fornisce la base morbida e flessibile che impedisce al tappeto di accoppiarsi direttamente alla struttura del pavimento e di irradiare nuovamente le vibrazioni trasmesse dalla struttura come rumore aereo.

La rigidità dello strato disaccoppiatore è fondamentale: deve essere sufficientemente flessibile da disaccoppiare la massa del tappeto dal pavimento, ma abbastanza denso da assorbire il suono in modo efficace. La rigidità dinamica del non tessuto agugliato (misurata in MN/m³) determina la frequenza di risonanza del sistema massa-molla del tappeto, che dovrebbe essere ben al di sotto della gamma di frequenza di interesse per il comfort dei passeggeri (100–3.000 Hz). Un loft più alto (materiale più spesso e meno compresso) a parità di peso produce una rigidità dinamica inferiore: ecco perché i gradi di disaccoppiatore acustico sono progettati specificamente per la ritenzione del loft sotto i carichi di compressione dell'applicazione sul pavimento piuttosto che semplicemente specificati in base al peso.

Isolamento del cruscotto

Il firewall tra il vano motore e la cabina passeggeri è il punto di ingresso principale per il rumore del motore. Gli isolanti multistrato del cruscotto, ovvero barriere di massa pesante combinate con assorbitori in tessuto non tessuto agugliati, sono applicati al lato motore del firewall per bloccare e assorbire il rumore del motore e dell'aspirazione. Il tessuto non tessuto agugliato nei sistemi Dash è generalmente di 200-600 g/m², spesso con un trattamento superficiale o un materiale di rivestimento per facilitare l'installazione e soddisfare i requisiti di infiammabilità. Il tessuto non tessuto deve conformarsi alla complessa geometria delle moderne strutture firewall e mantenere le proprie prestazioni acustiche dopo i cicli termici nell'intervallo di temperature operative del vano motore.

Pannelli delle porte e rivestimenti del bagagliaio

I materiali di supporto dei pannelli delle portiere e i rivestimenti del bagagliaio utilizzano tessuto non tessuto agugliato principalmente per le sue proprietà di assorbimento acustico e finitura superficiale: il tessuto non tessuto fornisce un supporto coerente e visivamente uniforme ai pannelli delle porte in plastica stampata e crea la superficie morbida e smorzante visibile negli interni del bagagliaio. Queste applicazioni utilizzano generalmente qualità più leggere (100–300 g/m²) rispetto ai sistemi da pavimento, selezionate per l'uniformità della superficie e la modellabilità oltre che per le prestazioni acustiche.

Costruzioni di applicazioni acustiche

Nella costruzione di edifici, il tessuto non tessuto agugliato svolge funzioni acustiche nei sistemi di pareti e soffitti, nei sottofondi dei pavimenti e nel rivestimento dei condotti HVAC. I requisiti acustici nelle applicazioni edili sono regolati da standard diversi rispetto a quelli automobilistici (ISO 354 per la misurazione dell'assorbimento in camera riverberante; ISO 10140 per la misurazione della trasmissione del suono in laboratorio), ma la fisica dell'assorbimento basato sulle fibre è identica.

Il sottostrato acustico sotto i rivestimenti duri del pavimento – laminato, legno composito, pietra – utilizza un tessuto non tessuto agugliato comprimibile per assorbire l’energia d’impatto del calpestio che altrimenti si trasmetterebbe attraverso la struttura del pavimento come rumore trasmesso dalla struttura nella stanza sottostante. L'isolamento acustico da impatto (misurato come riduzione del livello sonoro da impatto, ΔLw in dB) migliora con lo spessore e la comprimibilità del sottostrato. I sottostrati in tessuto non tessuto agugliati con spessore compresso di 3-8 mm forniscono un significativo miglioramento del rumore da impatto senza creare l'instabilità sotto i piedi che i sottostrati in schiuma possono sviluppare nel tempo.

Il supporto dei pannelli a parete e i rivestimenti acustici dei pannelli del controsoffitto utilizzano tessuto non tessuto agugliato per fornire finiture superficiali ad alto assorbimento in uffici, auditorium, studi di registrazione e qualsiasi spazio interno in cui è richiesto il controllo del riverbero. L'aspetto del tessuto può essere personalizzato (densità superficiale, colore, trama) per soddisfare le esigenze architettoniche mantenendo la sua funzione di assorbimento acustico.

Specifiche chiave per il tessuto non tessuto agugliato acustico

Perché il denaro in fibra è importante per le prestazioni acustiche

Il denaro della fibra (la densità lineare di ciascuna fibra, in grammi per 9.000 metri) ha un impatto diretto sull'assorbimento acustico che non viene rilevato solo dalle specifiche di peso o spessore. Le fibre più fini (denari inferiori) creano più superfici di fibra per unità di volume di materiale: più area superficiale per l'attrito aria-fibra, il che significa più energia acustica dissipata per unità di lunghezza del percorso attraverso il materiale. Un tessuto non tessuto agugliato da 300 g/m² realizzato con fibre da 1,5 denari avrà coefficienti di assorbimento misurabilmente più elevati, in particolare alle frequenze medie e alte, rispetto a un materiale da 300 g/m² costituito da fibre da 6 denari allo stesso spessore.

Per le applicazioni critiche dal punto di vista acustico nei sistemi di pavimento e negli isolanti dei cruscotti automobilistici, specificare il denaro della fibra insieme al peso e allo spessore produce prestazioni acustiche più prevedibili rispetto alla specifica del solo peso. Nei documenti delle specifiche, "poliestere, 1,5 denari, 400 g/m², spessore installato 15 mm" è una specifica acustica più completa rispetto a "non tessuto in poliestere da 400 g/m²"; quest'ultimo potrebbe essere prodotto da una gamma di dimensioni di denari con prestazioni molto diverse.

Domande frequenti

Il tessuto non tessuto più pesante è sempre migliore per l'assorbimento acustico?

Il materiale più pesante generalmente assorbe più energia sonora alle basse frequenze e può mantenere un assorbimento più elevato su una gamma di frequenze più ampia, ma la relazione non è lineare e il peso ottimale dipende dai requisiti di frequenza dell'applicazione specifica, dallo spessore di installazione disponibile e dal budget di peso del sistema. Nei sistemi di pavimento automobilistico in cui la riduzione del rumore dell’abitacolo proveniente dalla strada e dal gruppo propulsore richiede un buon assorbimento al di sotto di 500 Hz, sono giustificati materiali disaccoppianti pesanti (800–1.200 g/m²). Nelle applicazioni di rivestimento di pannelli a parete in cui il requisito principale è l'assorbimento delle riflessioni nell'intervallo di intelligibilità del parlato di 500–4.000 Hz, i materiali più leggeri (150–300 g/m²) funzionano adeguatamente e sono più facili da fabbricare in pannelli sagomati. La specifica dovrebbe essere guidata dai dati di misurazione acustica per il materiale specifico alle frequenze pertinenti, non dal presupposto generale che più pesante sia sempre meglio.

Il tessuto non tessuto agugliato può essere utilizzato sia per l’assorbimento che come strato barriera?

Il tessuto non tessuto agugliato è principalmente un materiale assorbente: la sua struttura aperta e porosa è ciò che lo rende acusticamente efficace e quella stessa porosità significa che trasmette anziché bloccare il suono. Gli strati barriera ad alta perdita di trasmissione richiedono materiali densi e impermeabili (vinile, composti bituminosi, compositi non tessuti caricati con riempitivi a particelle fini). I sistemi acustici automobilistici efficaci li utilizzano entrambi in combinazione: una barriera impermeabile pesante fissata alla struttura del pavimento fornisce perdita di trasmissione e uno strato disaccoppiatore non tessuto agugliato sopra di essa fornisce assorbimento e disaccoppiamento strutturale. Nessuno dei due materiali da solo fornisce entrambe le funzioni in modo efficace. Se un acquirente è alla ricerca di un singolo materiale che assorba e blocchi, la categoria di prodotto appropriata è un composito (laminato assorbente barriera) piuttosto che un semplice non tessuto agugliato.

In che modo l'umidità influisce sulle prestazioni acustiche di tessuto non tessuto agugliato nel settore automobilistico applicazioni?

L'umidità nel sistema del pavimento è un problema di durabilità a lungo termine che influisce sulle prestazioni acustiche in due modi. L'acqua che riempie gli spazi dei pori del non tessuto ne aumenta la massa ma ne riduce la porosità: un non tessuto saturo ha una resistenza al flusso d'aria inferiore e quindi un assorbimento acustico inferiore rispetto allo stesso materiale asciutto. Ancora più significativo, la ritenzione prolungata dell’umidità nel sistema di pavimentazione favorisce l’odore e, nei materiali contenenti fibre naturali, il degrado biologico. Per le applicazioni di pavimenti automobilistici in climi umidi o veicoli senza un adeguato drenaggio in corrispondenza dei giunti dei pannelli della carrozzeria, è preferibile il tessuto non tessuto in poliestere (che resiste meglio alla degradazione legata all'umidità rispetto alle miscele di fibre naturali) e i dettagli dell'installazione dovrebbero includere disposizioni di drenaggio per evitare acqua stagnante nel sistema di pavimento. Il tessuto non tessuto acustico in poliestere correttamente installato e non saturo in modo permanente ritornerà a prestazioni acustiche prossime a quelle di progetto una volta asciugato, ma ripetuti cicli bagnato-asciutto per molti anni possono causare compressione a lungo termine e perdita di loft che degrada gradualmente la funzione acustica del materiale.

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