ITRM990410A1

ITRM990410A1 - Metodo acustico non invasivo per la rivelazione e la mappatura dei distacchi nei dipinti ad affresco e nei dipinti murali in genere, e relat

Info

Publication number: ITRM990410A1
Application number: IT1999RM000410A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Bosco Cannelli; Paola Calicchia
Original assignee: Consiglio Nazionale Ricerche
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2000-12-25
Also published as: ES2270841T3; ATE338949T1; PT1190243E; AU5565300A; ITRM990410A0; US6728661B1; CA2377477A1; JP2003503703A; IT1306874B1; EP1190243A1; WO2001001125A1; DE60030562D1; EP1190243B1

Description

, Settore della tecnica

La presente invenzione si riferisce a un metodo e ad un dispositivo per creare una mappa dell'estensione e dell'entità dei distacchi negli affreschi e nei dipinti murali in genere, per poter valutare i danni provocati a tali opere d'arte dai fattori ambientali {sbalzi di temperatura, umidità).

In particolare, la presente invenzione riguarda un metodo e un dispositivo non invasivi per l'analisi dei distacchi, cioè tali da non provocare danni all'opera d'arte.

Tecnica nota

Le indagini sul rilevamento e consistenza dei distacchi nei dipinti ad affresco costituiscono uno dei problemi più urgenti e allo stesso tempo ostici nell'ambito dei programmi di conservazione è restauro dei beni culturali (Danti C., Matteini M., Moles, Le pitture murali, Tecniche, Problemi, Conservazione. Centro Di Edit., Firenze, 1990). La necessità di affrontare in modo sistematico e scientificamente valido tale problema é tanto più sentita se si pensa che la presenza dei dipinti ad affresco nel patrimonio artistico italiano é assai notevole sia per la quantità che per il valore di capolavori unici al mondo. Per focalizzare meglio il problema, é bene ricordare brevemente il tipo di procedimento usato nell'eseguire un antico affresco. Su uno strato di intonaco grezzo chiamato "arriccio", veniva steso uno strato più sottile di intonaco sul quale l'artista abbozzava il disegno ed infine un ultimo strato d'intonaco {"intonachino"), di malta molto fine, che veniva dipinto ancora fresco. Per distacco in un affresco si intende la mancata aderenza dell'arriccio alla struttura muraria sottostante e/o all'intonachino, che provoca, grazie alla permeabilità del materiale, delle intercapedini di aria del tutto variabili in dimensioni e forma. Nella maggior parte dei casi ciò é da imputare alla presenza di umidità eccessiva nell'ambiente che circonda l'affresco.

In assenza di opportuni interventi di restauro, si possono creare crepe e distacchi totali di parti della superficie affrescata. La tecnica più usata dai restauratori per individuare zone di distacco negli affreschi é quella empirica, ma del tutto invasiva, del cosiddetto "martelletto" che consiste nel percuotere la superficie dell'affresco o della struttura muraria e ascoltare le variazioni di suono emesse dallo stesso.

In campo intemazionale, la problematica suddetta si deve inquadrare nel più generale patrimonio dei dipinti murali tra i quali sono da annoverare anche opere non antiche. Sebbene il problema non sembra essere così rilevante come in Italia, tuttavia, esistono in Europa paesi come la Francia, la Germania, l'Austria e la Grecia dove esigenze di precise diagnosi sugli affreschi sono altrettanto urgenti che in Italia. Tra le tecniche scientifiche non invasive, l'unica finora in grado di fornire qualche informazione sulla presenza di distacchi negli affreschi é la termovisione (Segai, Y., et Al, Research Techniques in Nondestruct ive Testing, Edit. R.S. Sharpe, Accad. Press, New York, 1977), la quale, tuttavia, presenta spesso risposte di difficile interpretazione. Inoltre, il non facile uso della com-. plessa strumentazione e il suo costo assai elevato, ne limitano notevolmente l'impiego.

I tentativi di realizzare in questo campo tecniche alternative alla termovisione, in particolare tecniche acustiche, non hanno dato finora risultati soddisfacenti. Un esempio é la tecnica "ecospettrografica" presentata in "Un progetto per Piero della Francesca" (Matteini M., et Al., 1989, Indagini diagnostico-conoscitive per la conservazione della Leggenda della Vera Croce e della Madonna del Parto, Alinari, Firenze), ma di cui non si conoscono risultati positivi di applicazione su provini, né tanto meno su affreschi reali. Un'altra tecnica più recente, basata su un sistema vibrometrico che misura la funzione di risposta in frequenza "accelerazione/forza" o inertanza, sembra aver dato qualche risultato positivo su appositi provini in condizioni ideali di isolamento in laboratorio, ma non sono state fatte prove su affreschi reali (Mannaioli A., 1992, Progetto e realizzazione di uri sistema vibrometrico per l'identificazione dei distacchi negli affreschi, Tesi di laurea, Fac. Ingegneria, Università "La Sapienza", Roma, 1991/1992). In realtà, entrambe queste tecniche acustiche, anche prescindendo dai risultati di laboratorio, presentano il notevole limite di non potersi definire non invasive. Infatti, esse necessitano di. "colpire" material-mente con una sorgente meccanica il dipinto, per "insonificare" (ossia eccitare) la struttura in esame, e di "toccarlo" per mezzo di sensori per il rilevamento della risposta acustica.

Per quanto concerne la tecnica impiegante un vibrometro laser, essa si é rilevata assai utile per lo studio dei modi di vibrazione delle strutture,<' >essendo completamente svincolata dal rumore ambientale, tuttavia, allo stato attuale della ricerca, la sola analisi modale non é in grado di discriminare in modo univoco le risonanze dei distacqhi da tutti i possibili modi di vibrazione delle strutture insonificate contenenti i distacchi stessi.

Descrizione dell'invenzione

La tecnica acustica proposta dagli inventori, si differenzia dalle precedenti sia per l'uso di un diverso parametro acustico (il coefficiente di assorbimento dell'energia acustica) come indicatore fisico del distacco, sia per un approccio al dipinto perfettamente non invasivo.

Infatti, la sorgente acustica che insonifica la superficie e il sensore che rileva il segnale acustico da essa riflesso, sono entrambi posizionati ad una opportuna distanza dall'affresco senza ‘necessità di "toccarlo", pur usando onde acustiche di intensità assai contenuta. Questo nuovo metodo usa un appropriato sistema di elaborazione del segnale acustico che permette di discriminare dal rumore, i deboli segnali indicatori del distacco.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo esemplificativo e non limitativo, facendo riferimento a una sua particolare realizzazione mostrata nei disegni annessi, in cui:

Fig. 1 é uno schema di principio del dispositivo per la rivelazione dei distacchi negli affreschi, secondo la presente invenzione;

Fig. 2 é una vista schematica che mostra la.trasmissione e la ricezione di un segnale acustico riflesso da un riflettore,·

Fig. 3 mostra un esempio di estrazione della risposta all'impulso hit-TT ) a partire dal cosiddetto "Cepstrum" , C(t), del segnale,·

Fig. 4 é un diagramma che mostra una sequenza di nove segnali reali di Cepstrum, ottenuti effettuando una scansione di misura secondo una linea verticale, su di un pannello contenente distacchi artificiali; Fig. 5 é uno schema di principio del firmware inserito nel microprocessore del dispositivo dell'invenzione mostrato in Fig. 1, che effettua il trattamento del segnale;

Fig. 6 é una mappa dei distacchi su una prima di tre strutture murarie costruite in laboratorio;

Fig. 7 mostra la collocazione dei distacchi artificiali prodotti in laboratorio e la loro forma, per la struttura muraria che ha fornito la mappa di Fig. 6 ; -Fig. 8 mostra la mappa dei distacchi sulla seconda delle tre strutture murarie artificiali prodotte in laboratorio, avente un unico distacco circolare centrale di diametro pari a 30 cm;

Fig. 9 mostra la mappa dei distacchi sulla terza delle tre strutture murarie artificiali prodotte in laboratorio, avente un unico distacco circolare centrale di diametro uguale a 39 cm.

Forma preferita di esecuzione dell'invenzione

Il metodo e la relativa apparecchiatura per la rivelazione e la realizzazione della mappa dei distacchi sono descritti con riferimento allo schema di principio di Fig. 1. Il dispositivo comprende due parti distinte: la<' >parte di trasmissione e ricezione dell'onda acustica (I), e un sistema basato su microprocessore (II) che acquisisce ed elabora il segnale allo scopo di realizzare l'immagine acustica del distacco. Il dispositivo ricetrasmittente consiste in una sorgente acustica S, indicata da 1, sintonizzabile su opportune bande di frequenza {vedi il seguito della descrizione in particolare Fig. 5) e un rivelatore a larga banda, M, indicato da 2, per la ricezione del segnale acustico riflesso dalla struttura in esame. Il segnale acustico riflesso viene inviato.alla CPU del microprocessore, indicata da 3, che ne effettua un opportuno trattamento, secondo un sofisticato sistema di elaborazione basato su un particolare algoritmo. Questa elaborazione permette di discriminare perfettamente dal rumore di fondo, i deboli segnali indicatori dell'assorbimento. I segnali così ottenuti vengono ulteriormente elaborati in modo da permettere al microprocessore il riconoscimento automatico delle zone di distacco degli affreschi. E' così possibile costruire una mappa dei distacchi (Figg. 6, 8, 9) correlando questi ultimi direttamente alle "immagini acustiche" delle anomalie di assorbimento dell'energia acustica.

La sorgente acustica impulsiva 1 genera un'onda acustica prodotta dal generatore di onde 4, il cui segnale é amplificato dall'amplificatore 5. Il numero 6 indica un clock (orologio).

Il segnale del rivelatore a larga banda 2 viene amplificato dall'amplificatore 7, fatto passare attravèrso il filtro passa-banda 8 e inviato al convertitore analogico-digitale 9 che trasmette un segnale digitale alla CPU 3.

Tutto ciò che riguarda 1'hardware del dispositivo, é indicato in Fig. 1 da blocchi rettangolari, mentre ciò che . riguarda il software é indicato da parti ovali.

La parte 10 é il descrittore fisico dei distacchi ("detachment physical descriptor") correlato al coefficiente di assorbimento dell'energia acustica. Esso consente di estrarre l'informazione dai diversi segnali di misura e di visualizzarla sul display 12, con l'aiuto del processore di immagine 11 ("imaging processor" ).

Il prototipo di laboratorio dell'apparecchio che realizza il nuovo metodo, funziona nel modo descritto qui di seguito.

La sorgente acustica 1 che trasmette il segnale e il ricevitore 2 sono sistemati sulla stessa linea, perpendicolare alla superficie pittorica in esame, mediante un sostegno vincolato ad un telaio di tipo X-Y (non mostrato), in modo tale da permettere scansioni del sistema parallelamente alla superficie, sia secondo linee orizzontali che verticali, per mezzo di un piccolo motore elettrico (non mostrato). Lo strumento può comandare elettronicamente il tipo di scansione più adatta, rilevando le singole posizioni occupate dal sistema ricetrasmittente, corrispondenti alle zone insonificate della superficie pittorica, ed acquisendo contestualmente il segnale riflesso da quest'ultima. Si possono effettuare test preliminari su alcuni punti della superficie pittorica prima della scansione vera e propria. La misura può essere fatta ad una opportuna distanza dalla superficie pittorica, non necessariamente fissa, poiché lo strumento é tarato in modo tale da normalizzare ogni misura ad una certa distanza standard prestabilita. Individuate approssimativamente le aree del dipinto che evidenziano assorbimenti, si procede ad una scansione per linee, secondo i punti di un reticolo predeterminato. Si ottiene così una mappa dei distacchi dell'intera superficie pittorica. Non interessa tanto misurare il valore assoluto del coefficiente di assorbimento, quanto le variazioni di quest'ultimo rispetto al suo valore minimo, corrispondente a quello della zona del dipinto che ha dato il massimo valore di riflessione. Il microprocessore effettua in modo automatico tale confronto e il valore massimo del Cepstrum viene utilizzato per normalizzare i coefficienti di assorbimento. Il sistema di elaborazione del segnale acustico della presente invenzione impiega una tecnica basata sull'algoritmo del cosiddetto "Cepstrum". Quest'ultimo é stato usato per la prima volta nel 1963 (Bogert, B.P., Healy, M.J.R., and Tukey, J.W., in Proceedings of Symposium on Time Series Analysis by Rosenblatt, M., (Ed.), Wiley, N.Y. 1963, pp . 209-243.) e applicato con successo nel campo dell'acustica subacquea. L'analisi del segnale mediante il Cepstrum é qui adottata come base per un trattamento del segnale che permette al microprocessore il riconoscimento automatico delle zone di distacco degli affreschi .

Per meglio far capire l'importanza del metodo acustico innovativo qui proposto, in confronto a quello tradizionale usato per la determinazione del coefficiente di assorbimento acustico di strutture solide, é opportuno descriverli entrambi qui di seguito. L'approccio preliminare alla struttura in esame é lo stesso per i due metodi. Una sorgente acustica impulsiva, S, é posta ad una certa distanza dalla superficie, in modo tale che l'onda diretta percorra la distanza 1^ e quella riflessa la distanza 12 prima di giungere al ricevitore, R, (Fig. 2). Il segnale di pressione acustica, p(t), ricevuto al microfono é la somma del segnale diretto pd(t) e del segnale riflesso modificato dalla superficie, attenuato a

causa del maggiore percorso e ritardato del tempo r.

Nel dominio del tempo il Segnale si può esprimere

analiticamente :

(1)

cioè somma del segnale diretto e di quello riflesso,

quest'ultimo ottenibile mediante la convoluzione del

segnale pd(t) "in ingresso" al sistema riflettore,

con la risposta all'impulso h(t), del riflettore

stesso.

Nel dominio della frequenza, applicando la trasformata di Fourier, la (1) diviene

(2)

Ciò premesso procediamo alla descrizione dei due

diversi metodi.

a) Metodo tradizionale basato sulla preliminare misura del segnale diretto, pd<t), e su quella del

segnale riflesso pr(t) = p(t) - pd(t).

La preliminare misura del segnale diretto pd(t) {solitamente effettuata in camera anecoica), permette

di ricavare il segnale riflesso, pr(t), per sottrazione di pd(t). dal segnale composito rilevato al microfono.

Si fa la trasformata di Fourier di pr(t) e di pd(t), ottenendo rispettivamente Pr(f) e Pd(f], quindi si calcola il coefficiente di riflessione, (f), come rapporto delle due misure

(3)

infine si calcola il coefficiente di assorbimento, £^(f), con la relazione

(4)

b) Determinazione basata sulla tecnica del CEPSTRUM. Questa tecnica ha il notevole vantaggio di permettere una misura in situ del coefficiente di assorbimento nella reale situazione ambientale della struttura in esame, anche in condizione di sovrapposizione del segnale diretto con quello riflesso e/o con rumore di fondo ambientale. Ciò non é possibile con la tecnica tradizionale che richiede una preliminare misura di pd(t) in camera anecoica, se si vogliono ottenere risultati significativi.

Mentre la misura del coefficiente di assorbimento θ({ f) secondo la tecnica tradizionale illustrata nel precedente punto (a), non desta problemi nel caso di

un articolo (ad es. un pannello) prodotto industrialmente, che può essere introdotto nella camera

anecoica per effettuare le misure, é ovvio che nel

caso di un affresco si dovrà impiegare una tecnica

che consente l'estrazione del segnale debole di riflessione anche - come é stato detto - , in presenza

di rumore e/o sovrapposizione di p^it) e pr(t).-Secondo la tecnica del CEPSTRUM, si calcola lo spettro di potenza del segnale effettuando il quadrato

del modulo della relazione (2), quindi se ne fa il

logaritmo naturale

(5)

Gli ultimi due termini dell'equazione (5) possono

(v a 4 essere espressi mediante espansione in serie del CN = S <■>Z ior 2 z: “ logaritmo naturale X ^ " di · zUJ<*>_r 5c ≤ t= £

(6) 111

υ a B

Dopo aver sostituito tale espressione nella relazio 5 “> ne (5), se ne fa la trasformata inversa ottenendo il

cosiddetto Cepstrum di potenza

(7) Nella relazione (7), C(t) é il Cepstrum del segnale composito (diretto più riflesso) e (t) é il Cepstrum del segnale diretto. I termini che seguono quest'ultimo sono l'effetto della presenza del riflettore sul segnale ricevuto al microfono. Essi appaiono ai tempi , - 2<'>, 2 - 2</>T<">ecc.

Il termine che appare al tempo C rappresenta, a meno del fattore l^y^ , la risposta all'impulso del sistema riflettore. Se si confronta la relazione (7) con la (1) appare evidente che la tecnica del Cepstrum non fa altro che trasformare l'effetto del riflettore, da una convoluzione ad una semplice addizione. Se la determinazione del Cepstrum é effettuata in modo tale da rendere il termine hit-^) ben distinguibile dagli altri contributi del segnale, esso può essere estratto dal Cepstrum e trasformato mediante la trasformata di Fourier per ottenere H(f), cioè il coefficiente di riflessione del sistema riflettore. Poiché il termine contenente h(t-T^) segue C^it), é desiderabile che quest'ultimo decada rapidamente in modo tale da divenire trascurabile in prossimità del tempo T . A tale scopo é necessario<' >scegliere opportunamente il segnale della sorgente 1.

In Fig. 3 é mostrato un semplice schema di principio per l'estrazione della risposta all'impulso h(t-T) a partire dal Cepstrum, C(t), del segnale, mentre in Fig. 4, sono riportati i segnali reali in funzione del tempo ottenuti effettuando una serie di (nove) misure su un pannello di prova contenente distacchi artificiali realizzati nel modo descritto in seguito (vedi paragrafo: Test effettuati su affreschi artificiali). Si possono notare assorbimenti del segnale del Cepstrum nella terza traccia dall'alto e nelle tracce penultima e terz'ultima dal basso, tutte corrispondenti a zone di distacco. A partire da segnali di questo tipo, per far effettuare in modo automatico, al microprocessore il riconoscimento e l'entità delle zone di distacco, é stato implementato il programma di trattamento del segnale di seguito illustrato.

Per ciascuna posizione della superficie in esame, viene dapprima eseguita una media su un certo numero di determinazioni del Cepstrum (ognuna é caratterizzata da una traccia del tipo mostrato in Fig. 4), e successivamente si applica un filtro software di tipo passa-basso per ridurre il rumore di fondo. Ciò migliora il rapporto segnale/rumore. Si applica poi una finestra temporale molto stretta attorno al valore medio del picco h(t-T<" >), per estrarre l'inforinazione sull'intensità del segnale riflesso da esso recata (Fig. 3). Questo trattamento é esteso a tutti i punti della superficie in esame, e i risultati sono normalizzati sia rispetto al massimo valore di Cepstrum rilevato, sia rispetto ad una predeterminata distanza del sistema ricetrasmittente dalla superficie. I risultati sono rappresentabili mediante una matrice (nxm) i cui elementi corrispondono al valore della risposta all'impulso h(t- ) in ogni punto dell'affresco. Le informazioni contenute nella matrice sono infine inviate ad un programma di elaborazione grafica per essere visualizzate in forma di "immagini acustiche" di assorbimento relativo, come mostrano le mappe in Fig. 6, Fig. 8 e in Fig. 9. Si noti che in Fig. 3 il numero 13 indica il Cepstrum del segnale diretto ("direct Cepstrum"), il numero 14 é la funzione finestra ("window function") e la curva 15 é la convoluzione del primo ordine superiore.

L'informazione sul distacco che può fornire lo strumento é in realtà di due tipi. Il primo tipo d'informazione riguarda l'estensione media lineare del distacco - supposto come sistema vibrante assimilabile ad una membrana circolare vincolata al bordo -ed é fornito dalla mappa di assorbimento in due dimensioni del tipo mostrato nelle Figg. 6, 8, 9.

Il secondo tipo d'informazione riguarda l'altezza del distacco, cioè il valore massimo della distanza tra le due interfacce dell'intercapedine d'aria formatasi all'interno del distacco. Questa distanza è correiabile, a parità di altre condizioni, alla frequenza di risonanza per la quale si verifica il massimo valore di assorbimento, secondo una legge del tipo f(x) = k/(x^) dove, f{x), é la frequenza di risonanza, x, é l'altezza del distacco e, k, è una costante che dipende dalla velocità del suono in aria, dalla densità dell'aria, nonché dallo spessore e densità dell'intonaco distaccato.

La determinazione relativa dell'altezza del distacco richiede un'analisi del segnale per bande di frequenza, per ognuna delle quali lo strumento ripete le stesse operazioni di trattamento del segnale. E' quindi possibile ottenere una serie di mappe, ciascuna corrispondente alla frequenza dominante che caratterizza la banda analizzata. Dal confronto delle diverse mappe si ricava il valore relativo dell'altezza di ciascun distacco a quella data frequenza. Il risultato finale consiste in una mappa tridimensionale che mostra sia l'estensione lineare del distacco, sia la sua altezza relativa massima.

Quest'ultima é evidenziata per una ben determinata frequenza che é quella di risonanza del distacco, per la quale si verifica anche il massimo assorbimento di energia sonora. Una mappa tridimensionale che riproduce esattamente i distacchi, non é stata mostrata nei disegni, che si limitano a indicare, mediante diverse gradazioni di colori (Figg. 6, 8, 9) le altezze e l'estensione dei distacchi. Nella Fig. 5 é illustrato lo schema di principio del firmware inserito nel microprocessore che effettua il trattamento del segnale sopra descritto.

Nella parte superiore di questa figura é schematizzata la procedura per la realizzazione di una singola mappa bidimensionale, la quale viene ripetuta per ciascuna banda di frequenza fi, f2,..., fr, come mostrato nella parte inferiore della stéssa figura, dove é costruita la mappa finale dei distacchi in tre dimensioni.

Nella Fig. 5, le tre frecce verticali indicano un certo numero di misure effettuate utilizzando lo stesso segnale della sorgente 1, il blocco 16 indica la media di questi segnali (relativa ad un punto del "reticolo"), il blocco 17 indica il filtro software suddetto, e il blocco 18 indica la determinazione dell'intensità del picco.

Una volta determinata la matrice di nxm valori di picco, corrispondente al reticolo dei punti di misura individuati sull'affresco, viene visualizzata la mappa bidimensionale dell'affresco relativa ad una frequenza (blocco 18'). La visualizzazione tridimensionale della mappa dei distacchi avviene nel blocco 19.

TEST EFFETTUATI SU AFFRESCHI ARTIFICIALI

Per dimostrare la bontà del metodo proposto nella presente invenzione, é stata effettuata in laboratorio una serie di test sperimentali su modelli di distacchi, di forme geometriche semplici, costruiti con idonei provini aventi caratteristiche strutturali simili a quelle degli antichi affreschi. Tali distacchi artificiali, sono stati realizzati su tre distinte pareti di uguale area (1,08x1,00 m<2>) con mattoni di terracotta. Ciascuna parete é stata trattata seguendo il procedimento, sopra accennato, usato anticamente prima dell'esecuzione di un affresco, e cioè la stesura sulla superficie della parete di uno strato di intonaco grezzo (arriccio) costituito di un impasto a base di sabbia, idrato di calcio, gesso anitro e biossido di manganese, secondo opportune proporzioni. I provini realizzati con gli stessi ingredienti e preparati presso il Laboratorio di Restauro dell'Opificio delle Pietre Dure di Firenze, sono stati fissati sulle pareti con lo stesso stucco, quindi é stata data una seconda stesura di malta più fine (intonachino) coprente tutta la superficie della parete..

La Fig. 6 mostra la mappa dei distacchi realizzata per la prima delle tre strutture murarie presenti in laboratorio. Essa rappresenta il risultato di una serie di determinazioni del descrittore fisico correlato al coefficiente di assorbimento dell'energia acustica, effettuate mediante scansione del sistema acustico (con il ricevitore a circa 30 cm dalla superficie in esame)<'>, secondo linee parallele alla parete. Per ogni linea sono state fatte 10 determinazioni con passi di 10 cm e in ogni punto di misura sono state fatte 5 acquisizioni, facendone poi la media. Quest'ultimo valore é stato assunto come indicatore fisico del distacco, essendo correlato al coefficiente di assorbimento dell'energia acustica. E' stata così ottenuta una mappa del coefficiente di assorbimento per mezzo di una scala relativa di grigi che va dal quasi bianco, valore 1 (massimo assorbimento), al nero valore 0 (minimo assorbimento). La Fig. 7 mostra la collocazione e la forma dei provini (distacchi artificiali) indicati da 20, 21, 22, che sono stati fissati in posizioni opportune sulla prima parete artificiale, per creare le intercapedini. I numeri 20' e 22' indicano la sezione dei provini 20 e 22 rispettivamente. Con la stessa procedura sperimentale sono state realizzate le mappe dei distacchi sulle altre due strutture artificiali (Figg. 8 e 9), sulle quali é stato sistemato un unico provino al centro più grande dei precedenti, avente diametro 30 cm e 39 cm, rispettivamente. Come si può osservare, in tutte e tre le strutture, il massimo assorbimento si verifica nella zona del distacco, sebbene la distribuzione delle tonalità di grigio non sia omogenea, soprattutto in prossimità dei bordi. Ciò é dovuto molto probabilmente alla non perfetta adesione dei bordi del provino, già in fase di messa in opera del distacco, oppure dal sopravvenuto distacco del provino lungo alcuni tratti del vincolo a causa di fattori climatici locali, come umidità e temperatura. Quest'ultimo inconveniente si é verificato sicuramente per la struttura avente il distacco di 39 cm {Fig. 9) essendo stata esposta alle intemperie. Inoltre, il passo di scansione discreto e relativamente ampio, usato per la griglia di misura in questa prima serie di test, ha limitato la risoluzione del sistema, la quale, tuttavia, può essere migliorata aumentando opportunamente il numero di determinazioni per ogni linea di scansione. Si deve anche tener conto che ai bordi della struttura muraria la misurazione diviene critica a causa della discontinuità in prossimità dell'interfaccia mattone-aria, che solitamente non si presenta nei casi reali di dipinto ad affresco.

Si é cercato di rivelare il distacco usando anche il vibrometro laser, nelle stesse condizioni sperimentali, cioè insonificando la superficie con la stessa sorgente sonora alla stessa intensità ed analizzando i modi di vibrazione in corrispondenza dei distacchi, ma non é stato ottenuto alcun risultato apprezzabile .

Applicazione industriale

I risultati sperimentali ottenuti applicando il nuovo metodo su distacchi artificiali, permettono di trarre le seguenti conclusioni. I provini simulanti distacchi si comportano come membrane elastiche capaci di vibrare su determinati modi di vibrazione, e di assorbire, per determinate frequenze, parte dell'energia acustica su di essi inviata. Il coefficiente di assorbimento dell'energia acustica si é dimostrato "l'indicatore fisico" più appropriato per rivelare il distacco. Lo strumento che utilizza il metodo qui proposto é in grado di effettuare in situ, su affreschi reali, la rivelazione e la mappa dei distacchi.

E' evidente che la presente invenzione non deve essere interpretata limitatamente alla sua realizzazione esemplificativa descritta. E' ad esempio chiaro che le misure potrebbero anche essere effettuate su una pluralità di punti dell'affresco, che non costituiscono un "array" nxm.

Inoltre, é possibile utilizzare il metodo descritto per effettuare misure su segnali riflessi qualsiasi, cioè non porre la sorgente 1 e il rivelatore 2 sulla stessa linea ortogonale all'affresco.

E' stato detto che le misure possono avvenire utilizzando un sostegno del dispositivo, vincolato a un telaio X-Y.

Tuttavia, nel caso di superfici non piane della parete dell'affresco, il metodo descritto é ugualmente applicabile sostituendo ad un telaio piano X-Y un opportuno supporto mobile di scansione.

I risultati di misura ottenuti dal dispositivo potranno essere memorizzati e visualizzati sul video in un tempo successivo.

Si vede quindi che l'invenzione presenta diverse possibili varianti, ma che esse possono considerarsi comunque comprese nel medesimo concetto inventivo. La presente invenzione potrebbe essere utilizzata per rivelare delle intercapedini in strutture "bidimensionali" costituite da diversi strati spttili "distaccabili ", e non essere limitata ai dipinti murali .

La sorgente acustica S può emettere un segnale a banda larga tale da includere tutte le possibili frequenze utili per eccitare distacchi di ogni possibile dimensione lineare e entità. In questo caso, anziché fare diverse scansioni, una per ogni banda di frequenza, se ne effettua una sola, dalla quale poi il microprocessore ricava i dati per l'analisi spettrale, secondo le suddette bande fi, ..., fr.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo acustico non invasivo per la rivelazione dei distacchi in strutture stratiformi, in particolare affreschi e dipinti murali, e per la realizzazione di mappe bidimensionali o tridimensionali dei distacchi stessi, caratterizzato dal fatto di utilizzare come indicatore fisico del distacco, il coefficiente di assorbimento acustico, ottenuto dal valore del segnale diretto P^it) della sorgente acustica impulsiva (2), che può emettere un'onda acu-,stica di opportuna banda, e dal valore del segnale di rilevamento al microfono p(t); detta sorgente acustica impulsiva (2) e il rivelatore (3) essendo situati ad una certa distanza dalla struttura da analizzare, e la separazione tra il segnale diretto pd(t) della sorgente (2) e quello riflesso pr(t), essendo ottenuta con la tecnica del Cepstrum.
2. Metodo acustico non invasivo secondo la rivendicazione 1, in cui per ciascun punto di una pluralità di punti di misura, si effettua una media su un certo numero di determinazioni del segnale del Cepstrum, quindi si applica un filtro software per ridurre il rumore di fondo, e successivamente si applica una finestra temporale molto stretta attorno al valore medio del picco M t-TT) prodotto dalla riflessione sul relativo punto di misura, per estrarre l'informazione sull'intensità del segnale riflesso; i risultati ottenuti, dopo essere stati normalizzati rispetto al massimo del segnale di Cepstrum rilevato, essendo utilizzati per formare un insieme di valori caratteristici dell'assorbimento ad una determinata frequenza, che sono utili per individuare l'estensione dei distacchi.
3. Metodo acustico non invasivo secondo la rivendicazione 2, in cui i risultati ottenuti vengono automaticamente normalizzati rispetto alla distanza dalla struttura in esame, per renderli indipendenti dal punto in cui vengono posti il rivelatore (3) e la sorgente (2).
4. Metodo acustico non invasivo secondo la rivendicazione 2 e 3, in cui l'insieme di punti di misura é l'intersezione di un reticolo di linee tra loro ortogonali, in maniera tale che il risultato della misura é rappresentato da una matrice nxm di valori.
5. Metodo acustico non invasivo secondo le rivendicazioni 2, 3 e 4, in cui mediante un programma di elaborazione grafica, l'insieme o la matrice di valori vengono utilizzati per formare immagini acustiche di assorbimento relativo, che rappresentano l'estensione bidimensionale dei distacchi.
6. Metodo acustico non invasivo secondo la rivendicazione 2, 3, 4 oppure 5, in cui la sorgente (1) viene sintonizzata su diverse bande di frequenza, e per ciascuna frequenza dominante viene calcolato il suddetto insieme di valori, e dal confronto di tali insiemi di valori si ottiene la mappa tridimensionale dei distacchi, che fornisce l'altezza massima del distacco in ogni punto di misura.
7. Metodo acustico non invasivo secondo le rivendicazioni da 1 a 6, in cui l'elaborazione del segnale p(t), cioè l'ottenimento del segnale di Cepstrum C(t) e tutte le successive operazioni, viene svolta da un firmware che é inserito in un microprocessore.
8. Dispositivo per la realizzazione del metodo secondo le rivendicazioni da 1 a 7, costituito da una prima parte (I) di trasmissione e di ricezione dell'onda acustica, e da una seconda parte (II) comprendente un microprocessore che acquisisce ed elabora i segnali ricevuti, allo scopo di formare una immagine acustica dei distacchi, secondo le operazioni definite nelle precedenti rivendicazioni.
9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, in cui la sorgente acustica (1) e il rivelatore (2) sono montati su un telaio che consente una scansione nelle due direzioni X-Y, della struttura in esame; il rivelatore (2) e la sorgente acustica (1) essendo inoltre situati su una stessa linea ortogonale alla superficie della struttura.
10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui il tipo di scansione giudicato più adatto dopo alcune misure preliminari, viene comandato elettronicamente, rivelando le singole posizioni occupate dalla sorgente (1) e dal rivelatore (2), ed acquisendo contestualmente il segnale riflesso.
11. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui é prevista un'unità di visualizzazione (12) per le mappe bidimensionali o tridimensionali delle immagini acustiche.