L'attenzione verso il rumore prodotto nelle aree portuali è aumentata negli ultimi anni grazie ai diversi progetti Interreg marittimo ed altri progetti europei.
In precedenza erano stati solo pubblicati studi sul rumore emesso dalle navi ormeggiate, evidenziando che i sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria sono le principali fonti di rumore per una nave in banchina e che durante le fasi di carico/scarico sono solitamente utilizzati macchinari rumorosi come gru o argani che producono un diverso tipo di emissione, rendendo il rumore totale prodotto molto complesso.

Tuttavia, le navi non sono fonti stazionarie. Infatti, a causa della geografia portuale e dei limiti di velocità, devono navigare all'interno dei porti per un periodo di tempo notevole per raggiungere l'attracco, a volte anche trenta minuti per tratta, ma in porti più grandi si può raggiungere anche l’ora. Un tale lasso di tempo rende il transito della nave non trascurabile dal punto di vista dell'esposizione al rumore dei cittadini che risiedono nelle aree circostanti, ma finora le ricerche pubblicate sulla caratterizzazione delle sorgenti navali in transito hanno preso in considerazione solo i transiti di piccole imbarcazioni e le navi da crociera. Pertanto, lo studio in questione ha mirato a coprire questa assenza di letteratura scientifica dettagliata sul rumore emesso dalle navi durante il loro passaggio nelle aree portuali a un regime di velocità ridotta.

Il presente documento ha prodotto il livello di potenza sonora e lo spettro di potenza sonora in banda di terzi di ottava delle cinque diverse categorie di navi maggiormente presenti nel canale industriale del porto di Livorno: navi RORO (le navi Roll-on/roll-off -chiamate anche RORO o ro-ro - sono un tipo di traghetto, progettato per trasportare carichi su ruote come automobili, autocarri oppure vagoni ferroviari. Le navi RO RO hanno scivoli che consentono alle vetture di salire (roll on) o scendere (roll off) dall’imbarcazione quando è in porto), portacontainer, petroliere, chimichiere e traghetti. I risultati, con incertezze, sono stati ottenuti utilizzando i dati provenienti da una specifica campagna di misura del rumore a lungo termine rilevata per più di tre mesi lungo la rotta seguita dalle navi per entrare nel porto industriale di Livorno. Il livello di pressione sonora ponderato, con lo spettro sonoro e la durata di ogni passaggio sono stati affiancati alla corrispondente tipologia di nave rilevata dalle telecamere di sorveglianza dell'Autorità Portuale e dai portali del sistema telematico informativo a bordo delle navi stesse. Con il database così costruito di ciascun transito, sono state calcolate le informazioni sullo spettro di potenza sonora media di LW/m e terzi di ottava di banda per ciascuna delle cinque categorie.
I passaggi presi in considerazione avevano il massimo del livello di almeno 6 dB sul rumore di fondo, e nella maggior parte dei casi anche 10 dB sopra, ed un rumore causato dallo stato del mare inferiore a 3 dB per tutti i passaggi considerati.
L'emissione sonora della nave in movimento è stata rilevata come la somma di diversi meccanismi di generazione, come l'acqua attraversata dalla nave, i sistemi di ventilazione sopra lo scafo, i motori a basso numero di giri e, soprattutto, la ventilazione in prossimità del camino.
I rimorchiatori che trainano le navi misurate sono stati inclusi nell'emissione sonora della categoria di navi che normalmente ne hanno bisogno: due per RORO e navi portacontainer, una per petroliere e nessuna per traghetti.
Le navi portacontainer sono state la categoria con il livello di potenza sonora più elevato, mentre le petroliere sono state le più basse, con quasi 7 dB in meno.
Durante il lavoro sono emerse alcune difficoltà, soprattutto nel trovare il posto giusto per effettuare una misurazione così a lungo termine. Il sito prescelto doveva essere sicuro per lasciare la strumentazione incustodita, ma anche sufficientemente riparato da fonti sonore indesiderate. La scelta è ricaduta su un sito leggermente disturbato dal transito dei camion, che, in alcuni casi, ha alterato le misure di passaggio delle navi. Pertanto, alcuni transiti sono stati cancellati, mentre altri sono andati perduti per mancanza di informazioni causate dal malfunzionamento della telecamera di sorveglianza e/o traffico non registrato dai portali del sistema telematico informativo a bordo delle navi. Tuttavia, questo problema era previsto e la lunga durata della misurazione garantiva comunque statistiche sufficienti per ciascuna categoria.

Parte dell'incertezza nei risultati è dovuta alla distanza sorgente-ricevitore. Infatti, con un canale largo 100 m, le navi erano costrette a passarvi in ​​mezzo, mantenendo così una distanza fissa dal microfono. Questo è sicuramente vero per le navi più grandi, mentre per quelle più piccole potrebbero emergere delle fluttuazioni sulla distanza che portano ad incertezze nel calcolo del livello di potenza sonora dal livello di pressione sonora. La variazione prevista dovrebbe essere significativa, ma con i dati video disponibili non è stato possibile effettuare una stima adeguata. Tuttavia, l'incertezza sul livello di potenza sonora era maggiore per le navi più grandi come le RORO e le navi portacontainer. Questo è da attribuire al maggior numero di navi diverse che erano presenti all'interno di queste categorie, nonché alla variabilità, che poteva introdurre una differenza di carico.
La direzionalità delle sorgenti non è stata indagata. Tuttavia, il passaggio di una grande nave è la somma di una moltitudine di sorgenti complesse. Considerando le distanze alle quali il rumore si propaga solitamente per raggiungere i ricevitori, la direzione non dovrebbe essere un problema. Questo aspetto merita sicuramente di essere approfondito, ma in un ambiente molto rumoroso come un porto, dove emettono più sorgenti di rumore contemporaneamente, isolare una sorgente specifica è stato quasi impossibile.
In un successivo studio è stata effettuata una più raffinata analisi con i dati precedentemente acquisiti e solamente sui transiti dei RORO, che sono stati il tipo di navi con maggiore statistica. L’analisi di regressione multipla è stata applicata a un set di dati di tre diversi traghetti al fine di valutare le correlazioni tra le variabili indipendenti.
Il primo risultato significativo è che il pescaggio della nave non è un parametro rilevante per la valutazione del rumore. Questo risultato è stato verificato per gamme di pescaggio comprese tra 6,2 e 7,2 m e è stato derivato utilizzando navi che si muovono a velocità portuali. Il pescaggio potrebbe, tuttavia, essere ancora un parametro influente per le navi più grandi, come le navi portacontainer; un lavoro futuro li indagherà e studierà nuovamente l'effetto del pescaggio sui livelli di rumore.

Si è inoltre visto come la distanza di transito e la velocità della nave influenzano i livelli di rumore misurati. Il primo non influisce direttamente sulla potenza sonora di una nave, ma influenza il rumore misurato nel punto di ricezione a causa dell'attenuazione geometrica.
Per questo motivo è stata effettuata una regressione lineare per correggere l'influenza della distanza sul livello di rumore, fornendo così una stima del livello di potenza sonora.
Utilizzando i dati corretti per la distanza ed escludendo il pescaggio dall'analisi, è stata ricavata la dipendenza del rumore prodotto dalla velocità delle navi. Questa relazione è stata verificata empiricamente solo per le velocità misurate (da 4,8 a 9,3 kn, 2,5-4,8 m/s), che, tuttavia, sono velocità normali in un ambiente portuale. Certamente sarebbero necessari ulteriori studi per i movimenti in mare aperto, ma il loro interesse sarebbe anche inferiore per quanto riguarda la valutazione dell'inquinamento acustico in ambienti antropizzati, poiché gli insediamenti umani sarebbero più distanti. A differenza della correzione della distanza, la relazione di velocità ottenuta potrebbe nascondere dipendenze da parametri trascurati, che richiederebbero sicuramente studi specifici e più approfonditi.
Ad esempio, gli input disponibili in questo lavoro non hanno consentito di discernere se una variazione di velocità corrisponde a variazioni di spinta o accelerazione del motore. Tuttavia, le informazioni ottenute possono essere importanti nella fase di pianificazione e gestione dell'ambiente portuale, nonché nelle richieste di input per la mappatura acustica. In effetti, lo studio qui svolto conferma che la conoscenza esatta della velocità media delle navi può portare a una modellazione del rumore più precisa. Ciò allineerà anche le norme sul rumore delle navi agli stessi requisiti della mappatura del rumore stradale e ferroviario, che richiedono il flusso e la velocità dei veicoli. Il presente lavoro ha anche mostrato che non avere i dati di velocità media come input nella mappatura del rumore portuale comporterà una variazione massima del livello non superiore a ±1 dB(A) rispetto al valore medio.

In questo studio le analisi sono state effettuate singolarmente sui tre diversi modelli di RORO misurate nel porto di Livorno e non sulla categoria nel suo insieme. I dati sulla distanza hanno mostrato che una di esse di solito passava più lontano dal microfono ma che tuttavia, i livelli di rumore registrati erano abbastanza simili agli altri.

La correzione della distanza ha consentito il calcolo della potenza sonora con una precisione migliorata rispetto al lavoro precedente e la LW dei traghetti nel porto di Livorno è stata stimata in 83,1 ± 1,5 dB(A), mentre precedentemente si stimava un livello di potenza sonora di 82,7 ± 2,0 dB(A). Non solo la deviazione standard del rumore emesso è stata ridotta di 0,5 dB (A), ma anche il flusso delle navi è stato posizionato alla corretta distanza media, migliorando così anche la stima dell'emissione sonora media. Inoltre, il corretto posizionamento di una sorgente è importante anche in fase di mappatura acustica per una corretta valutazione della propagazione del rumore a distanza. Rimane tuttavia la mancanza di informazioni sull'altezza delle sorgenti, il cui contributo è stato stimato per aggiungere un'incertezza di circa 3 m alla distanza geometrica (2% della distanza media di transito). Questo valore rientra nell'incertezza della stima della distanza, e quindi non è un fattore determinante nella ricostruzione della potenza sonora della sorgente in questo lavoro, ma potrebbe diventare più importante nella propagazione dei livelli di rumore a distanza, soprattutto in presenza di ostacoli elevati sono presenti.
Le frequenze da 500 Hz a 2,5 kHz hanno mostrato la più alta correlazione con la velocità della nave, mentre le altre bande non hanno mostrato una dipendenza rilevante dalla velocità, poiché tendevano a rimanere costanti per ogni passaggio. In effetti, non si prevede che sorgenti come le ventole di raffreddamento varino con la velocità della nave e potrebbero rappresentare un contributo significativo a frequenze molto elevate (>2,5 kHz). Le basse frequenze (<500 Hz), invece, potrebbero essere indotte da rumore elettrico emesso attraverso lo scafo della nave e non si vede alcuna dipendenza dalla velocità.
Questo lavoro è un punto di partenza per ulteriori analisi da svolgere in futuro, in particolare tenendo conto di altre tecniche, come il metodo del beamforming e l'uso di una telecamera acustica in grado di raggiungere gamme di bassa frequenza. Se opportunamente combinate con misurazioni del rumore eseguite con fonometri di classe I, queste misurazioni potrebbero fornire un aiuto prezioso per rilevare, localizzare e caratterizzare le sorgenti di una nave in modo più dettagliato.

I Iivelli di potenza sonora e lo spettro di potenza sonora in banda di terzi d'ottava ottenuti nei due lavori per le cinque categorie di navi rappresentano nuove informazioni che estenderanno le attuali conoscenze sul rumore emesso dalle navi in un porto, aggiungendo il rumore prodotto durante la movimentazione. Queste informazioni aumentano il dettaglio in input ai modelli di propagazione del rumore per la valutazione del rumore nelle aree circostanti e dell'esposizione al rumore dei cittadini, obbligatori per la mappatura acustica e piani d'azione secondo la Direttiva Europea sul rumore.

Per approfondimenti (link a siti Web esterni, in inglese):

Pass-by Characterization of Noise Emitted by Different Categories of Seagoing Ships in Ports

Parameters Affecting Noise Emitted by Ships Moving in Port Areas