Progettazione Acustica impianto EVAC – misurazione dello STI

Corretta progettazione acustica di un Impianto EVAC con la misurazione del parametro STI ”La comunicazione è la capacità di trasmettere un messaggio in modo tale che chi lo riceve si comporti nel modo che desideriamo”. Questo è l’obiettivo di una corretta progettazione di un Impianto EVAC. Abbiamo affrontato questa problematica con successo in un corso per aggiornamento per Tecnico competente in acustica (clicca qui se sei interessato alla prossima edizione del corso).

Tra la comunicazione di tutti i giorni e quella durante un’emergenza ci sono importanti differenze: Quando dobbiamo comunicare in fase di emergenza dobbiamo aver presente che la comunicazione in questo caso ha caratteristiche diverse dalla normale comunicazione.

Caratteristiche fondamentali di un messaggio di allarme

  • Specificità. Un buon messaggio di allarme è sufficientemente specifico sull’area interessata, su cosa le persone dovrebbero fare, sul tipo di rischio, su quanto tempo le persone devono attuare le azioni protettive e sulla fonte del messaggio. Non sempre è possibile raggiungere il livello desiderato su tutti questi punti, dato che esistono sempre aree di incertezza o elementi ignoti. In questi casi, piuttosto che essere poco chiari è preferibile dichiarare quali punti non possano essere indicati con precisione.
  • Tempestività. Se le risposte ufficiali non sono disponibili, informazioni sbagliate possono riempire rapidamente il vuoto. A quel punto le cose si complicano, non basta disseminare le informazioni corrette, ma è necessario contrastare le informazioni errate che sono circolate.
  • Coerenza. Un messaggio deve essere coerente, anche nei riguardi degli altri messaggi. Nella maggior parte dei casi le incoerenze tra i messaggi che si succedono sono dovute alla maggiore informazione che si ha sul rischio, che può apparire in aumento o in diminuzione. In questi casi la coerenza si raggiunge semplicemente facendo riferimento a quello che è stato detto prima ed a come la situazione sia mutata ed ai motivi che hanno portato a tale mutamento.
  • Certezza. Il messaggio deve essere certo, anche quando le condizioni sono incerte. Questa affermazione può sembrare paradossale, ma se si è nel dubbio sulla possibilità che un evento si verifichi, è meglio affermare che non c’è modo di essere certi se l’evento si verificherà, ma che si è deciso di agire come se questo si verificherà con certezza.
  • Chiarezza. Le parole del messaggio devono essere semplici e comprensibili da parte di tutti.
  • Accuratezza. L’accuratezza è fondamentale affinché nelle persone non si ingeneri il sospetto che qualcosa sia stato taciuto. Questo pericolo, che conduce a ritenere non credibile la fonte delle informazioni, si supera arricchendo il comunicato con tutte le informazioni necessarie. Accuratezza implica anche assenza di errori banali, la cui presenza può indurre a ritenere possibili errori su questioni importanti.

Perché permette di informare le persone in un’eventuale situazione di pericolo e di trasmettere messaggi di allarme e di azione mirata.

Perché un impianto di evacuazione vocale?

I sistemi ottico acustici tradizionali (indicazioni luminose, segnali lampeggianti, sirene, ecc.) non sempre sono di immediata comprensione e non danno informazioni su come comportarsi

Una ricerca approfondita ha dimostrato che il tempo necessario per la consapevolezza della situazione di emergenza delle persone viene ridotto da 11 minuti a 30 secondi quando si utilizza un sistema di allarme vocale!

Un sistema di allarme vocale per scopi d’emergenza (Sound System for Emergency Purposes, s.s.e.p.) avvisa gli occupanti di un pericolo che può richiedere la loro evacuazione dall’edificio in condizioni di sicurezza e in modo ordinato.

L’impianto EVAC dove è Richiesto…

  • Centri commerciali e negozi con superficie maggiore di 400 mq. (DM 27/7/2010) (Attività 69 DPR 151/11)
  • Edifici scolastici di Classe 3, 4, 5 (> 501 persone – DM 26/8/92) (Attività 67 DPR 151/11)
  • Edifici di pregio o contenenti opere d’arte, Musei ed Edifici Storici (DM 20/5/92) (Attività 72 DPR 151/11)
  • Luoghi di pubblico spettacolo (DM 19/8/96) (Attività 65)
  • Impianti sportivi al chiuso con più di 1000 spettatori (DM 18/3/96 agg. D.M. 06/06/05) (Attività 65)
  • Metropolitane (DM 11/1/88 – DM 21/10/2015) (Attività 78 DPR 151/11 equiparata ad attività 87 del DM 16/02/82 ovvero Attività 69 DPR 151/11)
  • Strutture sanitarie pubbliche e private (DM 18/9/02) (Attività 68)
  • Uffici di nuova realizzazione (o oggetto di ristrutturazione o nuovo insediamento) con più di 100 presenze (DM 22/6/2006) (71)

UNI ISO 7240-19 – progettazione del sistema

Il punto fondamentale per una corretta progettazione dell’impianto EVAC è che il messaggio si chiaramente distinguibile. Affinché ciò si verifichi è necessario che vi sia una ottima intellegibilità del parlato nel luogo oggetto della eventuale evacuazione.

Per una corretta intellegibilità secondo la norma UNI 7240-19 si possono seguire due metodi:

METODI DI MISURAZIONE o METOTODO PRESCRITTIVO

Con il metodo di misurazione l’intelligibilità del parlato nel 90% delle a.d.a. (area acusticamente omogenea) e in ogni altra area di dimensioni maggiori di 10 m2 all’interno dell’a.d.a., deve essere misurata in conformità a uno dei metodi descritti nell’appendice A e non deve essere minore dei valori indicati nel prospetto2.

Con il Metodo prescrittivo all’interno dell’a.d.a. (aree acusticamente omogenee), l’impianto deve soddisfare i requisiti seguenti:

  1. il tempo di riverberazione medio attraverso bande di ottava da 500 Hz, 1 kHz e 2 kHz non è maggiore di 1,3 s;
  2. il livello di rumore ambientale di riferimento è minore di 65 dBA;
  3. il livello di pressione sonora dei messaggi vocali è maggiore di 75 dBA Leq, misurato su un periodo non minore di 10 s;
  4. la distanza fra gli interassi degli altoparlanti non è maggiore di:
    1. 6 m per gli altoparlanti unidirezionali,
    1. 12 m per gli altoparlanti bidirezionali;
  5. la distanza priva di ostacoli fra un altoparlante e ogni ascoltatore non è maggiore di:
    1. 6 m per gli altoparlanti unidirezionali,
    1. 7,5 m per gli altoparlanti bidirezionali.

Quando si calcola la distanza dagli altoparlanti, gli ascoltatori seduti devono essere considerati a un’altezza di 1,2 m al di sopra del pavimento e gli ascoltatori in piedi a un’altezza di 1,6 m al di sopra del pavimento.

I metodi di misurazione sono:

Mentre i limiti sono:

Misura dello STI

L’indice di trasmissione del parlato STIr è ottenuto mediante calcoli da misurazioni della funzione di trasferimento di modulazione (MTF). Diversi sistemi di misurazione computerizzati offrono questa funzione.

In un video visibile cliccando qui è illustrato come si può effettuare una misura dello STI con un Fonometro Bedrock.

L’indice STI (Speech Trasmission Index), fu sviluppato nel 1973 da Houtgast, Steeneken e Plomp ed ha lo scopo di quantificare, in modo oggettivo, l’intelligibilità del parlato in una specifica posizione di un ambiente, quando il “parlato” viene prodotto attraverso un segnale normalizzato in un’altra specifica posizione dell’ambiente stesso. Questo parametro “riassume” una quantità fisica detta MTF (modulation transfer function), dipendente sia dalla frequenza acustica considerata, sia dalla frequenza di modulazione.

Il segnale utilizzato in questo tipo di misurazione è un segnale particolare, che cerca di riprodurre le caratteristiche di ampiezza e modulazione tipiche della voce umana:

viene scelto un segnale di frequenza f1 (portante), che assume ampiezza variabile nel tempo, secondo una legge imposta da un segnale di frequenza più bassa f2 (modulante).

Esempio di misurazione delle STI con il Fonometro BEDROCK

Vediamo ora come lo si può creare.

In un metodo di misurazione dello STI, la portante è considerata come rumore rosa (filtrato in banda di ottava che preferisco). Per ricreare la voce umana considero quindi una variazione di ampiezza, effetto dato tramite la moltiplicazione per la funzione modulante, generalmente una sinusoidale, di pochi hertz, che fa variare il valore risultante della portante tra 0 ed 1. Questo passaggio vuole ricreare il movimento effettuato normalmente dalla nostra bocca (bocca chiusa= 0 Hz, bocca aperta= valore massimo di 10 Hz) durante l’atto di parlare. Il segnale risultante sarà quindi contraddistinto dalla frequenza della portante (f) e dalla frequenza di modulazione (F).

Nel metodo STI classico la portante è rappresentata da un segnale stazionario gaussiano suddiviso in sette bande di ottava di ampiezza pari a ½ banda di ottava nella gamma 125 Hz – 8 kHz, mentre ciascuna banda viene modulata in ampiezza con una frequenza variabile da 0,63 a 12,5 Hz, con un passo di 1/3 di ottava (in tutto 14 frequenze di modulazione).

Dunque si tratta di un segnale complesso costituito da un insieme di 98 combinazioni (14 frequenze di modulazione x 7 bande di frequenza), che devono essere riprodotte da un altoparlante delle dimensioni di una bocca umana, che funge da “speaker”. L’immagine in figura è tratto da un Fonometro Bedrock.

Uno dei principali limiti del metodo STI classico è il tempo necessario per eseguire una misura: infatti, se si ipotizza di misurare ogni possibile combinazione per almeno 10 secondi si ottiene un totale di tempo di misura di 980 secondi (oltre 16 minuti) per ciascuna postazione. Il metodo, inoltre, non permette di tenere conto di altre importanti caratteristiche, quali le non linearità del sistema di trasmissione. Il tempo di misura può essere notevolmente ridotto se si assume che il sistema di trasmissione sia lineare: in questo caso il segnale di eccitazione può contenere simultaneamente tutte le frequenze di modulazione e le diverse componenti possono essere separate in fase di analisi del segnale microfonico utilizzando filtri o l’analisi di Fourier; in alternativa è possibile ricavare l’indice STI a partire dalla risposta all’impulso dell’ambiente.

Il vantaggio del metodo indiretto è che con tre sole misurazioni, contro le 98 misurazioni necessarie per il metodo diretto, è possibile calcolare l’indice STI.

Esistono situazioni però dove il metodo indiretto non è applicabile, e come detto il metodo diretto dello STI è troppo complesso da utilizzare. Sono state sviluppate dunque delle semplificazioni del metodo diretto che utilizzano per il calcolo dello STI solo un sottoinsieme delle 98 combinazioni portante/modulante.

L’indice STIPA è ottenuto da una versione ridotta del metodo STI. Il metodo è normalizzato nella IEC 60268-16  ed è una evoluzione dello STI

Quando capita di dover valutare l’intelligibilità del parlato in ambienti riverberanti o rumorosi (stazioni, aeroporti, ambienti industriali, chiese…), oppure in ambienti nei quali il sistema di diffusione sonora è di scarsa qualità, lo STI ed il RASTI non sono più adatti. In tali casi è conveniente utilizzare una nuova variante del metodo, denominata “STIPA” (Speech Transmission Index Public Address). Si tratta di un metodo che si basa sull’utilizzo di tutte le sette bande di frequenza insite nella definizione dello STI (da 125 Hz a 8 kHz), ma vengono misurati solo 12 indici di modulazione (invece di 98), secondo lo schema di combinazioni indicato nella seguente figura.

Il metodo permette di eseguire una misura dell’indice STIPA nello stesso tempo necessario per il RASTI (circa 10 – 15 secondi), ed in tal modo è dunque possibile caratterizzare molti punti di un ambiente in tempi assolutamente ragionevoli.

Si ricorda che per una corretta misurazione, in riferimento anche alle norme, è necessario;

  • calibrare il microfono
  • registrare il rumore di fondo
  • calcolare l’intellegibilità del parlato usando un livello di pressione sonora di 60 dB (A) ad una distanza di almeno 1 m.

Inoltre, il suono deve essere emesso da una bocca artificiale, che può essere il mouth simulator o un altoparlante apposito (in figura è mostrato un prodotto Bedrock). Questo elemento è un altoparlante inserito all’interno di un manichino; particolare attenzione è stata data alla conformazione della bocca artificiale, che rappresenta un buon modello di direttività, variabile rispetto alle frequenza, e di spettro di emissione della voce umana sia maschile che femminile (esistono normative precise che indicano le curve di direttività a cui deve essere conforme)

Bocca artificiale (TalkBox) 
altoparlante Bedrock per la trasmissione del segnale modulato

Postazioni di misurazione

Misurare l’intelligibilità del parlato all’interno di ogni a.d.a. in diversi punti di misurazione scelti secondo i requisiti seguenti:

a) il numero di punti di misurazione per ogni a.d.a. deve essere uguale o maggiore del numero specificato nel prospetto A.1;

b) la distanza fra punti di misurazione adiacenti non deve essere maggiore di 12 m;

c) i punti di misurazione devono essere distribuiti uniformemente nell’a.d.a;

d) non più di un terzo dei punti deve essere posizionato sull’asse di un altoparlante;

e) se non diversamente specificato, l’altezza dei punti di misurazione deve essere a 1,2 m al di sopra del pavimento finito per le posizioni sedute e a 1,6 m al di sopra del pavimento finito per le posizioni in piedi.

Gli altri metodi di misurazione saranno oggetti di una ulteriore trattazione. Abbiamo parlato della misura dello Sti perché adesso la tecnologia permette con la giusta strumentazione, direttamente la misurazione di tale parametro.

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