P. Calicchia 12 giugno 2008Pag. 1 Paola Calicchia 36° Convegno Nazionale Torino, giugno giugno 2009 SESSIONE S5 Metrologia, misure acustiche e strumentazione I PRINCIPII DELLA METROLOGIA SCIENTIFICA NELLE METODOLOGIE APPLICATE AI BENI CULTURALI: ASPETTI CRITICI E PECULIARITA Paola Calicchia (1), Piero Tiano (2) 1) Centro di Responsabilità di Attività Scientifica di Primo Livello (ex Istituto di Acustica O. M. Corbino) IA-CNR, Roma 2) Istituto per la Conservazione e la Valorizzazione dei Beni Culturali ICVBC-CNR, Firenze

P. Calicchia 12 giugno 2008 SOMMARIO Pag. 2 La validazione dellalgoritmo di calcolo La stima dellincertezza di misura La taratura del dispositivo La riferibilità della misura

P. Calicchia 12 giugno 2009Pag. 3 IL CONTESTO UNESCO World Heritage The cultural heritage may be defined as the entire corpus of material signs - either artistic or symbolic - handed on by the past to each culture and, therefore, to the whole of humankind. As a constituent part of the affirmation and enrichment of cultural identities, as a legacy belonging to all humankind, the cultural heritage gives each particular place its recognizable features and is the storehouse of human experience. The preservation and the presentation of the cultural heritage are therefore a corner-stone of any cultural policy Sulla base di un trattato internazionale lUNESCO ha finora riconosciuto un totale di 878 siti (679 beni culturali, 174 naturali e 25 misti) presenti in 145 Paesi del mondo. Attualmente l'Italia è la nazione che detiene il maggior numero di siti inclusi nella lista dei patrimoni dell'umanità. siti

P. Calicchia 12 giugno 2009Pag. 4 IL PERCORSO DELL'ITALIA la commissione confluisce nellUNI diventando UNI Beni Culturali – NorMal nasce la Commissione NorMal su iniziativa di CNR e ISCR prime pubblicazioni di raccomandazioni NorMal dal 1998 ad oggi – pubblicate 43 norme UNI lUNI presenta al CEN la richiesta di creazione di un Comitato Europeo nasce il Comitato Tecnico CEN/TC 346 Conservation of Cultural Property 1977anni 80fine anni Commissione NorMal Commissione UNI Beni culturali – NorMal Comitato Tecnico CEN/TC 346 TC ISO DI COMPETENZA Non esiste attualmente attività normativa sull'argomento

P. Calicchia ACEADD – ACOUSTIC ENERGY ABSORPTION DIAGNOSTIC DEVICE ACEADD: ASSORBIMENTO DI ENERGIA ACUSTICA ACEADD: è un dispositivo portatile per prove non distruttive dei distacchi negli affreschi basato sulla valutazione dellASSORBIMENTO DI ENERGIA ACUSTICA MISURA IN RIFLESSIONE MISURA IN RIFLESSIONE SMCONFIGURAZIONE COASSIALE INCIDENZA NORMALE sorgente S e ricevitore M in CONFIGURAZIONE COASSIALE e INCIDENZA NORMALE distanza di lavoro dalla superficie esaminata: circa 0,5m = 1 - |H S ( )|2 misura del coeff. di assorbimento mediante determinazione della funzione trasferimento = 1 - |H S ( )|2 ESTRAPOLAZIONE DIRETTA h S (t) algoritmo del Cepstrum ESTRAPOLAZIONE DIRETTA della risposta impulsiva h S (t) mediante algoritmo del Cepstrum SINE WAVE SWEEP wide band SINE WAVE SWEEP 100Hz ÷ 15kHz 2D3D di ASSORBIMENTO ACUSTICOTOPOGRAFIA LOCALIZAZIONECARATTERIZAZIONE fornisce mappe 2D e 3D di ASSORBIMENTO ACUSTICO e di TOPOGRAFIA per la LOCALIZAZIONE e la CARATTERIZAZIONE dei distacchi (G. B. Cannelli, P. Calicchia, US Patent US , European Patent EP B1") (1) (2) (3) (4) 12 giugno 2009Pag. 5

P. Calicchia IL metodo ACEADD, realizzando misure in situ, fornisce agli operatori dati oggettivi supportando le seguenti azioni: DIAGNOSI DIAGNOSI del grado di deterioramento dei dipinti murali; VALUTAZIONE DEGLI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO VALUTAZIONE DEGLI INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO basata sulla elaborazione di opportuni criteri di valutazione; MONITORAGGIO MONITORAGGIO dello stato dei distacchi mediante esami periodici. Diverse tipologie di analisi sono realizzabili ACEADD – IL METODO 40% 60% Casa Vasari, Firenze 12 giugno 2009Pag. 6

P. Calicchia Il Cepstrum è definito come lantitrasformata di Fourier del logaritmo naturale del Power Spectrum 12 giugno 2008Pag. 7 IL METODO: estrazione della risposta impulsiva mediante algoritmo del Cepstrum Algoritmo del Cepstrum p(t) = p d (t)+p r (t) = p d (t)+k r p d (t)*h(t- ) 1) p(t) misura diretta della pressione 2) FFT P( )=P d ( ) + P r ( ) = P d ( )[1+ k r H( ) e -j 3) ln|P( )| 2 = ln[| P d ( )| 2 | 1+ k r H( ) e -j 4) ln [1+z] = z - z 2 /2 + z 3 /3 ….. con z<1 approssimazione al I ordine 5) IFFT C(t) = C d (t)+ k r h(t- )+ t.o.s. 6) Estrazione di h(t- ), mediante finestratura f(t- ) FFT H( ) = FFT [h(t- )] = FFT [(1/ k r ) C(t) f(t- )] 7) da cuir( ) = (1/k r 2 ) |P r ( ) | 2 /|P d ( ) | 2 = |H( )| 2 8) ( )=1- |H( )| 2 Segnali, che appaiono sovrapposti nella time history, sono facilmente separabili nella traccia del Cepstrum

P. Calicchia 12 giugno C d,m (t) = C g,g' + C signal (t) + C S (t) + C mic (t) U [V] p [Pa] k r h(t- )= ( / ) (L 1 /(L 1 +c(T) )) h(t- ) l [m]T [K]t [s] IFFT [ln|U d,m ( )| 2 ] 1 2 IFFT[ln g 2 +ln g' 2 ] 3 IFFT[ln |S( )| 2 ] IFFT[ln |H S ( )| 2 ] 4 5 IFFT[ln | H mic ( )| 2 ] 6 c(T)= T(°C) [m/s] C m (t) = C d,m (t) + k r h(t- ) LA RIFERIBILITÀ Pag. 8

P. Calicchia 12 giugno 2008 Pag. 9 LA RIFERIBILITÀ Mic Freq Response Mic Campione ADC 16 bit Offset Ampiezza Frequenza Absolute Accuracy ADC 16 bit Offset Ampiezza Frequenza Absolute Accuracy DAC 16 bit Ampiezza Frequenza Stabilità Absolute Accuracy DAC 16 bit Ampiezza Frequenza Stabilità Absolute Accuracy DMM Sorgente Freq Response

P. Calicchia 12 giugno 2008 Pag. 10 NTP ADC 16 bit Tempi ADC 16 bit Tempi k r h(t- )= ( / ) (L 1 /(L 1 +c(T) )) h(t- ) Metro Termometro Verifica della simmetria del diagramma di direttività LA RIFERIBILITÀ

P. Calicchia 12 giugno 2008 LA TARATURA Pag. 11 … tipo di oggetto da sottoporre a prova: Superfici con comportamento acustico eterogeneo senza una conoscenza a priori della risposta allimpulso con aree altamente riflettenti e aree altamente assorbenti … requisiti: conoscere la risposta del sistema di misura sullintero intervallo di possibili valori di assorbimento 1)Misura relativa ad un Reference Point opportunamente selezionato sulla stessa superficie (RF altamente riflettente); 2)Taratura, in laboratorio, del dispositivo mediante luso di materiali di riferimento (RM di caratteristiche diverse); 3)Confronto, in situ, con i dati ottenuti su un campione di riferimento noto; 4)Confronto dei dati ottenuti su campioni di riferimento con quelli ottenuti con altri metodi. 1)Misura relativa ad un Reference Point opportunamente selezionato sulla stessa superficie (RF altamente riflettente); 2)Taratura, in laboratorio, del dispositivo mediante luso di materiali di riferimento (RM di caratteristiche diverse); 3)Confronto, in situ, con i dati ottenuti su un campione di riferimento noto; 4)Confronto dei dati ottenuti su campioni di riferimento con quelli ottenuti con altri metodi.

P. Calicchia 12 giugno 2009Pag. 12 STIMA DELLINCERTEZZA DI MISURA GrandezzaStimaInc. relativaNote Xixiw(xi) w 2 (y) = pi 2 w 2 (xi) ( / ) 0,99 w( Tipo A, stima mediante la misura del rapporto di pressioni nelle due posizioni, 5 ripetizioni k r = (L 1 /L 2 ) = (L 1 /(L 1 +c(T) ) 0,282 w(k r ) = =[ w 2 (L 1 )+w 2 (L 2 )] 1/2 =2,5 E-2 Tipo B C m (t)CmCm w(C m ) = 0,06 Tipo A h(t- ) = = (1/ k r ) C m (t) f(t- ) hw(h) = 0,13 w 2 (h) = w 2 ( w 2 (k r ) +w 2 (C m ) k r h(t- )= ( / ) (L 1 /(L 1 +c(T) )) h(t- ) u(L1) [m]L1 [m] u( ) [s] [s] u(T) [°C]T [°C] 0,00580,372,89E-052,73E-030,02523 c(T) [m/s]L2 [m] 345,41,31E+00 krw2(kr)w(kr)u(kr) 2,50E-02230,02502,30E+01

P. Calicchia 12 giugno 2009Pag. 13 VALIDAZIONE ALGORITMO DI CALCOLO p(t)Cep[p(t)]Wind[C(t)] FFT[Cw(t)] [H( )] ( )h(t- )

P. Calicchia 12 giugno 2008 CONCLUSIONI Pag. 14 I risultati e lapproccio metodologico, riportati in questa trattazione, costituiscono un punto di partenza importante per valutare la possibilità di intraprendere un percorso verso la standardizzazione del nuovo metodo diagnostico Attraverso la presentazione di un caso studio, relativo al metodo diagnostico acustico ACEADD per la mappatura dei distacchi nei dipinti murali, sono stati discussi alcuni aspetti fondamentali nel rispetto dei principi della metrologia