Acustica Applicata - 3 - Acustica Architettonica PDF

 

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Appunti dalle Lezioni di Fisica Tecnica Ambientale

Fondamenti di Acustica Applicata

Capitolo 3: La propagazione negli ambienti confinati

Prof. F. Marc Marcotul otullio lio A.A. 2011 - 2012

 

Indice Avvertenze

ii

Testi consigliati 3

iii

La propagazione negli ambienti confinati

3.1 L’assorbimento del suono . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Materiali fonoa onoasssorbe ben nti . . . . . . . . . . . 3.2 Il fenomeno della riverbe berrazione . . . . . . . . . . . 3.3 Il tempo di riverberazione . . . . . . . . . . . . . . 3. 3.3. 3.1 1 Val alor orii ot otti tima mali li del del tem tempo po di ri riv verbe erbera razi zion onee 3.4 3.4 Ce Cenn nnii sul sulla la pr prog oget etta tazi zion onee acus acusti tica ca di una una sal sala a . . . 3.4.1 Forma e dimensioni . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Tempo di riverbe berrazione . . . . . . . . . . . 3.4.3 Livello sonoro . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.4 Rumore di fondo . . . . . . . . . . . . . . .

i

1

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

1 2 8 12 16 17 18 21 21 22

 

Avvertenze La presente dispensa didattica è rivolta agli allievi dei Corsi di Fisica Tecnica  Ambientale (Corsi di Laurea in Ingegneria Ambiente e Territorio e Civile) e  costituisce la raccolta completa degli argomenti svolti in aula. Disporre della dispensa tuttavia non esime né dai doverosi approfondimenti  sui testi consigliati, né soprattutto dalla frequenza delle lezioni e delle esercitazioni. Saranno graditi suggerimenti nonché la segnalazione di errori ed inesattezze.

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Testi consigliati Testi consigliati in lingua italiana: 1. Moncada Moncada Lo Giudice G., Santoboni Santoboni S., Masson SpA, Milano, 1997 2. Cirillo Cirillo E., Acustica Acustica Applicata, Applicata, McGraw-Hill McGraw-Hill Libri Italia srl, Milano 1997 3. Rocco L., Fondamenti ondamenti di Acustica Acustica Ambien Ambientale, tale, Alinea Editrice, Editrice, Firen Firenze ze 1984

Testi consigliati in lingua inglese: 1. Beranek Beranek Leo L., McGraw-Hil McGraw-Hill, l, New York 1954

iii

 

Capitolo 3

La propagazione negli ambienti confinati 3.1

L’a L’ass ssorb orbime imen nto del suono suono

Quando un’onda sonoradel chemezzo 1 si propaga in mezzo 2 un mezzo omogeneo  incontra la superficie di separazione mezzo  1 con  con un mezzo  2 di  diff  erente dal  1primo erente (tipico è il caso della superficie di separazione tra l’aria e una parete), una parte   E r dell’energia sonora incidente E  incidente  E i  viene rinviata nel mezzo 1 mezzo  1.. Dell’energia sonora residua E  residua  E i − E r , la porzione E  porzione  E a  viene trasformata trasformata in calore a causa di fenomeni dissipativi mentre la porzione   E t   viene viene trasmessa trasmessa nell’ambie nell’ambiente nte limitrofo. limitrofo. Si definisce coe  definisce  coe  ffi ciente ciente di assorbimento acustico apparente  il apparente  il rapporto: a  =

  E a + E t E i

Il coefficiente ciente a   a  è  è adimensionale e varia tra 0 e 1; quando a quando  a  = 1  non si ha riflessione e tutto va come se l’onda sonora incidesse, di fatto, su una finestra aperta. Esso varia con la frequenza  ν  del suono incidente, dall’angolo di incidenza e dalla conformazio conformazione ne del materiale materiale sia in superficie superficie che internam internament ente. e. Per quanto quanto riguarda la variazione con la frequenza è prassi fornire, per una caratterizzazione completa del materiale, almeno i valori di a  di  a  per  per bande di ottava ovvero, per una migliore miglio re approssimazione approssimazione,, per bande a terzi d’ottav d’ottava. a. Per quanto quanto riguarda la direzionalità si usa riferirsi a coe fficienti di assorbimento per campo sonoro diffuso. Per quanto riguarda la dipendenza di a  di  a  dalle  dalle caratteristiche del materiale interessato dall’onda si rimanda ai punti successivi. Vale la pena di precisare che l’assorbimento di una certa superficie dipende non solo dal suo coefficiente di assorbimento, ma anche dalla sua estensione. Ne deriva che l’assorbimento  l’assorbimento   A  di una superficie di area   S   S   ad una assegnata frequenza   ν  è   è dato dal prodotto: A  = a  =  a (ν )  S  Il numero di unità assorbenti A assorbenti  A ha  ha le dimensioni di un’area (m 2 ) e misura in m in  m 2 di finestra aperta (a (a  = 1) ovvero, più spesso, in sabin  in  sabin . Nel caso più generale la superficie di area  area   S  interessata S  interessata dall’onda sonora può essere non essere  non omogenea   omogenea   nel 1

 

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LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

frequenza (Hz) a   

125 0.01

250 0 ..001

500 0 .0 .02

1000 0.02

2000 0.03

  2

4000 0.03

Tabella 3.1: Coefficiente di assorbimento per parete intonacata in funzione della frequenza senso che è formata da N  da  N  superfici  superfici diverse ciascuna caratterizzata da un proprio coe fficiente di assorbimento  assorbimento   ai (ν ). In questo caso  caso   l’assorbimento totale   totale   ovvero il numero di unità assorbenti   assorbenti   di di S   S  si  si ottiene secondo la: N 

A = a  =  a 1 S 1  + a2 S 2  + . . . + aN S N N    =



ai S i

i=1

In maniera maniera del tutto tutto analoga l’assorbimen l’assorbimento to totale viene anche espresso come: A  = a  =  a m (ν ) S  nella quale il coe fficiente medio di assorbimento a assorbimento  a m (ν )  è dato dalla: N  =1

am (ν )

=



i

ai (ν ) S i S 

ossia ottenuto dalla media pesata dei coe fficienti di assorbimento   ai (ν )   assumendo come pesi le aree delle rispettive superfici.

3.1.1

Material Materialii fonoasso fonoassorben rbenti ti

Gli elementi perimetrali di un ambiente, quali una parete o un soffitto intonacati o un pavimento rivestito di marmo o piastrelle, costituiscono strutture che, per la loro elevata rigidezza e per le caratteristiche della relativa finitura superficiale, presentano coefficienti di assorbimento modesti a tutte le frequenze (vedi (ve di Tab.3.1). Tab.3.1). Il più delle volte, volte, al contrario, contrario, è necessario necessario che le superfici superfici che delimitano un ambiente presentino un coefficiente di assorbimento sensibilmente più alto allo scopo di controllare e/o eliminare e ff etti etti sonori indesiderati. Lo scopo si raggiunge rivestendo le strutture perimetrali con materiali di caratteristiche opportune opportunamente disposti. Si parla genericamente di  materiali   fonoassorbe  fonoa ssorbenti  nti . A seconda seconda delle delle modali modalità tà con cui la potenza potenza sonora sonora viene viene assorbita, si distinguerà tra:   (a) (a) assorbimento  assorbimento per porosità; (b) porosità;  (b)  assorbimento per risonanza di membrana (pannelli vibranti);   (c)  assorbimento per risonanza di cavità (risonatori). In conseguenza della natura dei materiali impiegati, del loro spessore e delle modalità di posa in opera si può ottenere, nei confronti delle frequenze proprie dello spettro udibile, un assorbimento acustico fortemente diff erenziato erenziato come viene mostrato nel seguito. presentano no una struttura struttura solida carattecaratteMateriali porosi   I materiali porosi presenta rizzata dalla presenza di canalicoli di varie dimensioni ed orientamento i quali sono in comunicazione con l’aria ambiente. Tali canalicoli, inoltre, possono presentarsi in numero elevato ma di ridotta sezione (Fig.3.1,a  (Fig.3.1 ,a ) ovvero in numero relativamente più ridotto ma con sezione sensibilmente più ampia (Fig.3.1,b (Fig.3.1 ,b). ).

 

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LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

(a)

 

  3

(b)

Figura 3.1: Struttura di un tipico materiale poroso Ciò influenza la resistenza che l’aria incontra ad attraversare il materiale e costituisce, unitamente alla porosità  alla  porosità 1 una caratteristica dei materiali porosi detta resistenza al flusso. flusso. La Fig.3.2,a  Fig.3.2,a  mostra   mostra il caso tipico di un materiale poroso di spessore s spessore  s adagia adagiato su una superficie che supporremo infinitamente rigida per semplicità (E  ( E t  = 0). Allorché Allorc hé l’onda incide incide sulla superficie di un mate materiale riale poroso, parte dell’energ dell’energia ia sonora si propaga dall’aria ambiente a quella contenuta nei pori e qui la parte dell’energia acustica non riflessa (E  (E a   =   E i − E r ) viene convertita in calore a causa della resistenza viscosa che le particelle di aria incontrano sulle le pareti dei canalicoli e la misura in cui tale trasformazione avviene dipende, a parità di ogni altra condizione, dalla struttura del materiale e dal suo spessore.  

 E i

E i

 

 E a

 E r 

 E r 

S 

(a)

E a

 

 

(b)

 

(c)

Figura 3.2: Materiali porosi in opera Strutture porose compatte quali quelle di Fig.3.1,a  Fig.3.1 ,a    presentano una elevata resistenza al flusso e quindi un elevato coefficien ciente te di riflessione. riflessione. Ciò comporta un valore ridotto dell’energia sonora E  sonora  E i − E r  la quale, quale, se lo spessore è sufficiente, viene completamente assorbita (vedi Fig.3.2,b Fig.3.2,b). ). La porzione riflessa può essere ridotta facendo ricorso ad un materiale poroso poco compatto come quello di di Fig.3.1,b Fig.3.1,b il  il quale presenta, al contrario del precedente, ceden te, una bassa resistenza resistenza al flusso. Tuttavia, uttavia, a causa della bassa resistenza resistenza viscosa che l’aria incontra nei canalicoli, l’energia non riflessa può essere assorbita solo se si aumenta in modo significativo lo spessore s  del materiale (Fig.3.2,c  (Fig.3.2,c )).. Infatti, se lo spessore non è su fficiente, la potenza non assorbita viene riflessa 1

La paorosità rappresenta il rapporto percentuale tra il volume dei pori e il volume totale del materiale.

 

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  4

dalla parete rigida che supporta il materiale poroso e rinviata rinviata in ambient ambientee dove dove può interferire in maniera significativa con l’onda di prima riflessione.

l/4

l/4

(b)

(a)

Figura 3.3: Materiali porosi in opera La Fig.3.3,a  Fig.3.3,a  mostra   mostra l’influenza dello spessore del materiale sull’assorbimento per   incidenza normale   normale   ancora nel caso di materiale poroso su una superficie rigida. La particolare particolare condizione condizione al contorno (w (w   = 0  alla parete) fa sì che la velocità di oscillazione in corrispondenza della superficie del materiale poroso dipenda sia dallo spessore  spessore   s  che dalla frequenza frequenza dell’onda. dell’onda. Infatti, Infatti, la massima massima velocità di oscillazione si presenta per spessori dello strato poroso  s  pari a:  λ

  s

  =  j ·  j  · 0  0..25 λ 4 con   j   dispari. con dispari. Per  Per  j   pari, invece, la velocità assume valore nullo ed altrettanto vale per l’assorbimento. Nel caso di incidenza di  incidenza obliqua  il obliqua  il legame tra lo spessore ottimale e la frequenza si modifica per cui nel caso di campo sonoro di ff uso uso che meglio approssima le situazioni di pratico interesse è prassi collocare il massimo dell’assorbi dell’a ssorbimen mento to in corrispondenz corrispondenza a di spessori spessori   s   dell’ordine di   λ6 ÷   λ8   e quindi a frequenze   ν 0  dell’ordine di   61 ÷   81   di   sc . Me Ment ntre re per frequenz frequenzee   ν   >   ν 0   esiste sempre uno spessore a cui corrisponde la velocità di oscillazione massima, per frequenze inferiori a   ν 0  il coefficiente di assorbimento diminuisce drasticamente come mostra la Fig.3.4. Pertan Pertanto, to, se non si vuole ricorrere ricorrere all’uso all’uso di spessori spessori proibitivi sia per costo che per ingombro (valori accettabili sono dell’ordine di qualche centimetro) la frequenza limite  ν 0   difficilmente può scendere al di sotto s  =

  ovvero per

di 1000 Hz. Un abbassamento di questo limite senza agire sullo spessore di materiale si può ottenere distanziando lo strato poroso dalla parete in modo tale da collocaruso) ne la superficie esterna in posizione ottimale ( λ6 ÷   λ8  per campo sonoro diff uso) come mostra la 3.3,b 3.3,b.. Ciò tuttavi tuttavia a è sconsi sconsigli gliabi abile le nei casi in cui il material materialee poroso non presenta adeguate caratteristiche meccaniche (si pensi ad esempio a materassini di fibra di vetro, lana minerale e assimilati) mentre nel caso di pannelli autoportanti (di legno compensato ad esempio) il montaggio ad una certa distanza dalla parete muta il meccanismo dell’assorbimento (pannello vibrante). Concludiamo con alcune considerazioni rigurdanti la posa in opera di material terialii poro porosi. si. I materi materiali ali porosi compatt compattii ve vengo ngono no il più delle volte volte posti posti in opera a vista per cui può presentar presentarsi si l’esigenza, l’esigenza, per un corretto inseriment inserimento o nel contesto cont esto architetto architettonico, nico, di un trattamento trattamento superficiale. superficiale. Ciò deve essere fatto con prudenza se non si vuole compromettere in maniera considerevole l’assorbimento evitando comunque l’applicazione di prodotti che creino strati superficiali

 

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  5

1.0

0.8

 s 0.6 

a 0.4

0.2

0.0 125

250

 

500

1000

 

2000

 

4000

 frequenza (Hz)

Figura 3.4: Influenza Influenza delle modalità di posa in opera di materiali materiali porosi sulle frequenze assorbite

 s

d 

Figura 3.5: Schema di un tipico pannello vibrante compatti capaci di otturare i pori. I materiali porosi non compatti non possono essere posti in opera a vista in quanto la loro superficie, generalmente so ffice, può essere facilmente danneggiata; inoltre non si presta ad essere colorata né può essere mantenuta pulita. A ciò si può ovviare proteggendo lo strato soffice con materiale rigido forato in modo tale da permettere il passaggio dell’onda sonora senza compromettere in modo significativo l’e ff etto etto assorbente del materiale sottostante. pannello di spessore spessore   s  di materiale non materiale  non poroso   posto Pannelli Pann elli vibranti vibranti   Un pannello in opera ad una certa distanza da una parete rigida (vedi Fig.3.5) costituisce, nei confronti di un’onda acustica incidente, un pannello un  pannello vibrante . Lo spessore s spessore  s del pannello varia da alcuni millimetri al centimetro o poco più, mentre quello d   dell’intercapedine è di un’ordine di grandezza più grande (ossia da qualche centimetro alla decina di centimetri o poco più). Allorché l’onda sonora incide sul pannello questo viene posto in vibrazione e la porzione E  porzione  E a  dell’energia acustica incidente E  incidente  E i  viene trasformata in calore ad opera degli attriti interni del pannello e dei suoi supporti oltre che dagli e ff etti etti di attrito o viscosi dell’eventuale materiale disposto all’interno dell’intercapedine. L’assorbime L’assorbimento nto massimo massimo si ottiene nei riguardi di un’onda acustic acustica a la cui frequenza uguaglia quella di risonanza   ν 0  del pannello vibrante; quest’ultima,

 

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  6

0.6 

a Con materiale assorbente

0.4

Senza materiale assorbente

0.2

0.0 125

250

 

500

1000

 

2000

 

4000

 frequenza (Hz)

Figura 3.6: Frequenze assorbite ad opera di un pannello vibrante se la lunghezza d’onda incidente è grande rispetto alle dimensioni della cavità, si può stimare mediante la:   60 (3.1) ν 0  = √  dm ) del pannello vibrante e  e   d   d   lo nella quale  quale   m  m  rappresenta  rappresenta la massa per   m2 (  kg m spessore dell’int dell’intercaped ercapedine ine in metri (Fig.3.5). (Fig.3.5). Così, il valore della frequenza a 2

cui si verifica il massimo dell’assorbimento nei di casi usuali (pannello di legno 2      8   kg/m spesso 1 cm,   m ed intercapedine 5 cm) può essere collocata intorno a 100 Hz e quindi si può pensare di ricorrere a pannelli vibranti se si vuole efficacemente assorbire frequenze che vanno dal limite inferiore della banda udibile (qualche decina di Hz) fino a  20  2000 ÷ 300  ÷ 300 Hz  Hz (vedi Fig.3.6). Notiamo che per assorbire queste bande di frequenza sarebbero necessari spessori proibitivi di materiali porosi. Sia l’assorbimento acustico che la larghezza della banda entro cui si presentano valori sufficientemente elevati del coefficiente di assorbimento, possono essere incrementati ponendo materiali fonoassorbenti porosi nell’intercapedine d’aria (vedi Fig.3.6). I materiali correntemente impiegati per i pannelli vibranti sono legno compensato, strutture di fibre di legno e simili. S c  L

V 

Figura 3.7: Struttura di un risonatore acustico Risonatori   La Fig.3.7 mostra mostra la tipica tipica struttura struttura di un risonatore risonatore acustico. acustico.

Esso è costituit costituito, o, essenzialm essenzialment ente, e, da una cavità rigida di volume volume V   V  che  che è posta in comunicazione con l’ambiente mediante un’apertura lunga e stretta dove gli

 

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eff eetti tti di attrito e viscosi sono particolarmente pronunciati, detta detta collo  collo del risonatore , di sezione spesso circolare di area  area   S c  e profondità  profondità   L. Allorché Allorché un’ un’onda onda acustica incide sul risonatore, l’aria contenuta nel collo di massa   M   M   =   ρ0 S c L viene messa in vibrazione ed una parte dell’energia sonora trasportata dall’onda viene dissipata per eff eetto tto viscoso. Se il collo è abbastanza più stretto della cavità e il risonatore è piccolo in confronto con la lunghezza d’onda del suono incidente, la frequenza di risonanza a cui si verifica il massimo dell’assorbimento può essere calcolata mediante la:  c ν 0  = 2π

 

  S c Le V 

 

(3.2)

nella quale, per il caso specifico di collo circolare di diametro D diametro  D,,  L e  =  = L  L + 0.8D dove   0.8D   rappresenta la cosiddetta   correzione dove correzione di bocc bocca  a . I risona risonator torii acust acustici ici sono molto impiegati nelle applicazioni applicazioni acustiche acustiche per p er la facilità facilità con cui possono p ossono essere variati i parametri che ne determinano la frequenza di risonanza la quale, comunque, comu nque, si colloca nell’interv nell’intervallo allo che va da qualc qualche he decina decina fino a qualche qualche centinaio di Hz e comunque senz’altro al di sotto di 1 kHz.

V   L

S c

Figura 3.8: Struttura di un tipico pannello forato Nella pratica l’assorbimento per risonanza di cavità si ottiene mediante i cosiddetti pannelli forati risonanti-assorbenti i quali sono costituiti da un elevato numero nume ro di risonatori acustic acustici. i. La struttura struttura è quella mostrata in Fig. 3.8; essa consiste in un pannello rigido, sul quale sono praticati un gran numero di fori, e che viene posto in opera ad una certa distanza d distanza  d  da una parete rigida. Se i fori sono   N , tutti uguali e ugualmente distanziati, allora la percentuale di foratura sono è:   N S c   10 100 (%)  p =  p  = S  da cui:   pS  S c  = 100N  100 N  Inoltre, del volume totale della cavità S  cavità  S  · · d  m 3 , la porzione che spetta a ciascun foro è data da:   S  · · d V   V   = N  Con tali posizioni la (3.2) diventa: 5..4 ν 0   = 5

 

  p d · Le

 

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LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  8

Figura 3.9: Collo del risonatore in forma di fenditura  (H z ) ν  (H

  Tappeto pesante su cemento Tappeto pesante su gomma Tendaggio leggero Tendag ndaggi gio o pesa pesan nte drap drappe pegg ggia iatto Sedia in legno o metallo Poltrona imbottita Persona seduta o in piedi

125 0.02 0.08 0.03 0. 0.50 50 0.01 0.10 0.15

250 0.06 0.24 0. 0.05 0. 0.50 50 0.01 00..30 0.30

500 0.14 0.57 0. 0.10 0. 0.70 70 0.02 0. 0.35 0.50

1000 0.37 0.69 0. 0 .15 0. 0.90 90 0.03 0.45 0.55

2000 0.60 0.71 0.25 0. 0.90 90 0.05 0.50 0.60

4000 0.65 0.73 0.30 0. 0.90 90 0.05 0.40 0.50

Tabella 3.2: Coefficienti di assorbimento per alcuni elementi di arredo In luogo dei fori si può anche fare uso di fenditure, ad esempio mediante una struttura a doghe, larghe alcuni centimetri e distanziate di 2 - 3 centimetri (Fig.3.9). Concludiamo Concl udiamo avvertend avvertendo o che molti elementi elementi di arredo presenti presenti negli ambienti bien ti mostrano mostrano coefficienti di assorbimento significativi in particolari campi di frequenze. freque nze. Alcuni Alcuni esempi esempi sono riportati in Tab.3.2.

3.2

Il ffeno enomen meno o de della lla riv river erbera berazio zione ne

Si aff ronta ronta ora il caso di propagazione propagazione del suono in ambient ambientii confinati. Se ci si riferisce agli ambienti in cui l’uomo svolge le proprie attività, essi presentano dimensioni in genere molto più grandi della lunghezza d’onda. La presenza delle pareti in primo luogo, ma anche la presenza di arredi, persone, finestre, stucchi, ... influisce influisce fortemente fortemente sulle modalità modalità di propagazion propagazionee del suono e, quindi, sulla qualità dell’ascolto ed in definitiva sulla qualità acustica dell’ambiente stesso. Se si considera lo schema di Fig.3.10 si vede come un ascoltatore   U   U   venga interessato da onde sonore provenienti direttamente  provenienti direttamente  dalla   dalla sorgente S  sorgente  S  (ovvero  (ovvero dal campo sonoro diretto, diretto, le cui caratteristiche sono state studiate in precedenza) e dalle onde che, emesse dalla sorgente, sono riflesse  sono  riflesse  dalle  dalle pareti una, due , ...   n  volte prima di raggiungere l’ascoltatore. Queste onde riflesse, che contribuiscono via via ad accrescere la densità di energia sonora nell’ambiente considerato portandola a valori superiori a quella ottenibile dalla stessa sorgente in campo

 

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  9

U 

S 

Figura 3.10: Campo sonoro diretto e campo sonoro riverberato libero, costituiscono il  il   campo sonoro riverberato. riverberato. La dens densità ità di energia energia sonora sonora cresce fino a quando l’energia sonora assorbita dalle strutture perimetrali non uguagliano uguagli ano quella emessa dalla sorgente sorgente in un assegnato inte interv rvallo allo di tempo. In questa circostanza la densità di energia assume un valore costante nel tempo e tanto più elevato elevato quanto più è basso il numero delle unità assorbenti. assorbenti. Nelle condizioni di regime così raggiunte il campo sonoro diretto e quello riverberato (che possiamo assumere   costante   costante   in ogni punto o, come si dice,   perfettamente riverberante ) contribuiscono all’ascolto in misura diversa nei di ff erenti erenti punti de dell lla a sala. sala. In eff etti, etti, se si tiene conto che il campo sonoro diretto, trascurando gli eff etti etti di assorbimento dell’aria, diminuisce in ragione di 6 dB per ogni raddoppio della distanza, il livello sonoro risultante in funzione della distanza dalla sorgente si ottiene componendo i livelli secondo quanto visto nell’Acustica Fisica:



L∆ p  = 10 lg10 10

L∆p,d 10

+ 10

L∆p,r 10



Figura 3.11: Somma del campo sonoro diretto diretto e riverberato riverberato in funzione funzione della distanza dalla sorgente Applicando l’equazione precedente in punti posti a distanza via via crescente dalla sorgente si ottiene un andamento del tipo riportato in Fig.3.11 dalla quale

 

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  10

W 

t 0 0

t 

 D

 D0

a’ 

d  b’ 

0

b

c

a

t”

c’  d’ 

t 0

t’ 

t0+t’ 

t 

Figura 3.12: Eff etto etto della riverberazione si osserva che il campo sonoro diretto risulta importante solo nelle vicinanze della del la sorg sorgen ente, te, men mentre tre nei punti punti più lon lontan tanii l’asco l’ascolto lto è garant garantito ito dal campo campo sonoro riverberato. Quabdo la sorgente sonora viene disattivata, la densità di energia sonora diminuisce annullandosi in un tempo che è tanto più breve quanto più è elevato il numero delle unità assorbenti. I fenomeni transitori dovuti alla riverberazione caratterizzano in maniera determinante il comportamento acustico di una sala e la relativa conoscenza contribuisce in modo significativo ad una corretta progettazione della sala stessa. Immaginiamo, ad un certo istante (t ( t   = 0), di attivare la sorgente sonora di Fig.3.10 che possiamo supporre, per semplicità, di potenza costante   W   W   e di mantenerla attiva per un tempo   t0 . Il suono prodotto dalla sorge sorgente nte ragg raggiuniunge l’uditore l’uditore in temp tempii che dipend dipendono ono dalla lunghezza lunghezza del cammino cammino percor p ercorso. so. Il percorso più breve che il suono deve percorrere per raggiungere l’uditore è pari alla lunghezza del segmento   S   − − U : U : sarà sarà quindi quindi l’onda diretta diretta a raggiu raggiunge ngere re per prima l’uditore dapo un tempo   t = (S  − U ) U )/c /c.. Cos Così, ì, per un interv intervall allo o di tempo pari a t a  t la densità di energia sonora in corrispondenza dell’uditore risulterà nulla  terà  nulla    nonostante la sorgente sia attiva. attiva. All’istante  All’istante   t la densità di energia sonora subirà un incremento (segmento a (segmento  a − b  di Fig.3.12) e si manterrà a questo valore fino all’istante t all’istante  t allorché l’uditore è raggiunto dall’onda di prima riflessione che, tra tutte, è caratterizzata dal percorso più breve. Di conseguenza la densità di energia sonora subirà un nuovo incremento che sarà necessariamente più contenuto contenuto di quello prodotto dall’onda dall’onda diretta. diretta. Ciò è dovuto dovuto al fatto fatto che l’onda di prima riflessione ha subito una riduzione dell’energia trasportata in conseguenza conseg uenza dell’assorbime dell’assorbimento nto subito. Ulteriori Ulteriori increment incrementii sono prodotti prodotti dalle onde di prima riflessione caratterizzati dai percorsi via via più lunghi. Oltre alle onde di prima riflessione l’uditore sarà raggiunto anche dalle onde di seconda, 







 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

 P(t)

 D(t)

(a)

 

  11

(b)

1 2

 

1+2 1 2

t 

 

t 

Figura 3.13: Eff etto etto della riverberazi riverberazione one su più segnali segnali successivi successivi terza, ...   n -esima -esima riflessione le quali, avendo subito assorbimenti multipli, producono incrementi della densità di energia sonora in   U   U   via via più contenuti. Per quanto detto finora si comprende che la densità di energia sonora non potrà crescere indefinitamente, ma si porterà ad un valore di regime e si manterrà a questo valore fino all’istante  all’istante   t0  in cui la sorgente sarà disattivata. Partendo da questo istante l’uditore sarà raggiunto dall’onda diretta per un tempo pari a 

= t(S la−densità U ) U )/c /c nonost  nonostant antee sonora la sorgente sorgen te abbia smesso di funzionare. funzionare All’i = astante − bte e di energia subirà un primo decremento  a −. bAll’istan tt0 + successivamente decrementi più contenuti conseguenti al decadere degli apporti delle onde di prima, seconda, ...   n -esima -esima riflessione. Si osserva, in altre parole, un fenomeno transitorio di estinsione che porta a zero la densità di energia sonora localizzata in A in  A.. Questo fenomeno di estinzione è denominato coda denominato  coda sonora . Sebbene il fenomeno sia nettamente più complesso (alla riflessione si accompagnano fenomeni di diff usione usione del suono più o meno marcati oltre a fenomeni di risonanza che intervengono quando la frequenza del suono coincide con una delle frequenze proprie dell’ambiente), la descrizione schematica e qualitativa che se ne è appena data consente di trarre alcune importanti considerazioni di carattere generale: 





•  la densità di energia sonora si porta ad una valore di regime non  istantaneamente , ma gradualmente nel tempo; •  tale valore di regime è più elevato di quello raggiunto se fosse presente il solo campo diretto; •   quando la sorgente smette di funzionare la densità di energia sonora in un punto non si annulla istantaneamente, ma decresce gradualmente nel tempo (transitorio di estinzione o coda sonora). Allo scopo di comprendere come queste caratteristiche della riverberazione influiscano sulla qualità acustica di una ambiente, si consideri che i suoni più comuni, musica e parlato, sono costituiti da una successione di segnali di breve durata e di livelli sonori di ff erenti erenti interva intervallati llati dal silenzio. silenzio. Per avere avere un buon ascolto tali segnali debbono essere distintamente percepiti ossia debbono raggiungere l’ascoltatore senza subire fenomeni che ne alterino le caratteristiche. Si consideri il caso schematico di un suono costituito da due distinti segnali acustici (Fig.3.13,a  (Fig.3.13,a ), ), ciascuno caratterizzato da valori diversi di potenza e durata. A causa della riverberazione la densità di energia sonora, in corrispondenza

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  12

 P 

n

r 

q O

dS 

Figura 3.14: Element Elemento o di superfic superficie ie assorbente assorbente dell’ascolatore, subirà certamente un transitorio di attacco ed uno di estinzione i quali possono essere separati o meno da un regime stazionario. Può accadere che l’intervallo di tempo che separa i due segnali è breve rispetto alla durata della coda sonora del primo, cosicché il transitorio di estinzione si sovrappone a quello di accrescime accrescimento nto e di regime del secondo segnale. segnale. Il secondo segnale, segnale, quindi, può subire un mascheramento più o meno marcato da parte della coda sonora del segnale che lo precede compromettendo in modo più o meno marcato l’intelligibilità del messaggio proveniente dalla sorgente (Fig.3.13,b (Fig.3.13,b). ). Queste semplici considerazioni aiutano a comprendere come la durata della coda sonora (caratteristica del locale) possa avere una influenza diversa sul messaggio sonoro ed in definitiva sulla qualità acustica di un ambiente destinato ad un particolare particolare uso (sala da concerto, concerto, sala per conferenze) conferenze).. E’ per tale motivo motivo che in acustica ambientale la qualità acustica di una sala viene collegata alla durata convenzionale   convenzionale   della coda sonora o tempo o  tempo di riverberazione . Il ttem empo po di riverberazione è definito come il tempo necessario a ffinché la densità di energia sonora si parti dal valore di regime D regime  D0  che aveva al momento della disattivazione della sorgente ad una valore pari a 10 a  10 6 D0  ovvero il tempo necessario perché il livello di pressione sonora presente in un punto all’istante di disattivazione della sorgente diminuisca di 60 dB. La riduzione di 60 dB è suggerita dal fatto che se il livello sonoro iniziale è quello corrispondente ad un suono di  media   media    intensità, l’orecchio non percepisce più la coda sonora (sebbene essa continui) quando il relativo livello sonoro sia diminuito rispetto a quello iniziale di 60 dB. −

3. 3.3 3

Il ttem empo po di rriv iver erber beraz azio ione ne

Per il calcolo del tempo di riverberazione si supporrà che: ondenti2 ; •   le superfici che delimitano l’ambiente siano perfettamente diff ondenti •  la densità di energia sonora sia la stessa in ogni punto dell’ambiente. Ciò premesso, siano assegnate le caratteristiche geometriche ed acustiche dell’ambiente quali il volume   V , le aree delle superfici che lo delimitano e, per 2

Questo Quest o è cert certamen amente te vero vero quand quando o asperit asperità à presenti presenti sulle superfici sono più grandi della lunghezza d’onda del suono

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  13

n

J dJ

r 2 sinJ dJdj

 

r sin J

r 

j dj

Figura 3.15: Intorno di P ciscuna di esse, il relativo coefficiente medio di assorbimento acustico. Consideriamo ora la generica superficie assorbente e su di essa consideriamo un punto O,  la normale  normale   n   ad ad   S   S   in in   O   O   e l’intorno  l’intorno   dS  dS    di di   O . Consideriamo poi un punto  punto   P  generico preso all’interno della sala distante   r   da da O   O ;; è   θ   l’angolo formato dalla congiungente   O − P   congiungente  P   con la norm normale ale.. Il punto punto   P   P   vede  vede   dS  dS  sotto  sotto l’angolo solido (vedi Fig.3.14):   dS  dS cos cos θ dω  = r2 Se Se   D  è D  è la densità di energia sonora presente in   P  (e P  (e per le ipotesi precedenti presente in ogni punto della sala), è   DdV  DdV  l’energia  l’energia sonora localizzata nell’intorno dV  torno  dV    di di P   P . Inoltre per un campo sonoro di ff uso uso l’energia sonora localizzata nell’angolo solido unitario con vertice in  in   P  è P  è pari a: DdV  4π essendo   4π   steradian steradianti ti l’angolo l’angolo solido sotteso sotteso da una sfera centrata centrata il   P . E’ pertanto:   D cos θ   DdV    dω  =   dV dS    (3.3) dE  =  = 4π r 2 4π l’energia sonora che incide su   dS . La Fig.3.15 mostra mostra che l’intorno l’intorno   dV  dV    di di   P   P   in coordinate sferiche (r, (r, θ, ϕ) è espresso dalla: dV    = (r sin θdϕ) (rdθ) dr dV  dr =  = r  r 2 sin θdϕdθdr Sostituendo la precedente nella (3.3) si ottiene: dE  =  =

 DdSA   sin θ cos θdϕdθdr 4π

e per unità di superficie: dE    D  =  sin θ cos θdϕdθdr dS  4π Inoltre si può porre dr porre  dr  = cdt  =  cdt con  con  c  la velocità del suono per cui l’energia sonora che incide sull’unità di area nell’unità di tempo è:  ˙   Dc dE    sin θ cos θdϕdθ  = 4π dS 

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  14

Se la precedente si integra sull’intero semispazio che sovrasta la superficie   S   S   si ricava l’energia sonora che incide sull’unità di area nell’unità di tempo: ˙ 1  = E 

 

  2π

  Dc

2

dϕ

ˆ  4π

sin θ cos θdθ

ˆ 

0

ed in definitiva3 :

π

0

˙ 1  =   Dc E  4 L’energia che incide nell’unità di tempo sull’intera superficie   S  è S  è quindi: ˙ SS    =   DcS  E  4

 

(3.4)

e quella assorbita nell’unità di tempo: ˙ a  =   DcS    am E  4 ciente te medio di assorbimento assorbimento dell’intera dell’intera superficie. superficie. Nota la pocon   am  il coefficien con tenza assorbita nell’unità di tempo e data quella emessa nella stessa unità di tempo dalla sorgente di potenza  P  si P  ˙  si può operare un bilancio energetico della sala secondo due ipotesi: •  assorbimento continuo come suggerito da Sabine; •  assorbimento discontinuo come suggerito da Eyring. esprimere il bilancio energetico energetico dell della a sala Assorbimento Assorbimen to contin continuo uo   Si può esprimere

aff ermando ermando che: la potenza sonora  P˙ dt dt emessa  emessa dalla sorgente nel tempo d tempo  dtt, diminuita di quella che nello stesso intervallo di tempo viene assorbita DcS    am dt 4 procura un incremento pari a  a   d (V D)  dell’ener  dell’energia gia sonora localizzata localizzata nella sala. In formule: DcS    am dt dt =  = d  d (V D) = V dD P˙ dt − 4 essendo essend o costante costante il volume della sala. Riordinando Riordinando e separando separando le variabil variabilii si ha:   dD V  P  ˙   −   (3.5) −   DcS    am =  dt 4





L’equazione precedente L’equazione precedente può essere essere integrat integrata a per ottenere ottenere di ff erenti erenti interessanti cSa m   DcS    ˙ risult risultati ati.. Se si pone  pone   z   = P   − − 4   am   si ha che   dz   =  − 4   dD   da cui   dD   =   4dz − cSam . Sostituendo nella (3.5) si ottiene la: 4V  − cSa

dz   = dt m z

e quindi:

4V  − cSa

m

3

Infatti:

  2 2π

´ 

0

  dϕ

π

´ 

2

0

  sin θ cos θ dθ  =  π

ln z  =  t + cost

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  15

Ricordando l’espressione di z di  z , in definitiva si ottiene la:



4V   ˙   − ln P  − cSa − DcS    am 4 m



= t + cost

 

(3.6)

Il risultato appena ottenuto permette di ricavare la legge con cui la densità di energia della sala varia nel tempo in diverse condizioni di interesse. 1.  Legge di accrescimento della densità di energia sonora durante il transitorio di attacco. attacco. Si ottiene considerando che per t per  t  = 0  (istante iniziale) si ha che D che  D  = 0. Se si tiene conto della condizione iniziale appena fissata, la costante di integrazione presente nella (3.6) vale:  = cost = cost

4V  − cSa

˙ ln  P 

m

e quindi: 4V  ln − cSa m

   −−  ˙ P 

  DcS 

  am 4 ˙ P 



= t

ovvero: cSam  − cSam 4V



D  =   4P   ˙ 1−e cSa m che rappresenta il risultato cercato.

t



 

(3.7)

2.  Densità di energia a regime raggiunto. raggiunto. Il valore D valore  D0  della densità di energia una volta che il regime stazionario è stato raggiunto si ottiene dalla (3.7) per   t → ∞. Si ha: per  ˙   4P  D0  = (3.8) cSa m 3.  Tempo di riverberazione . Il transitorio transitorio di estinzione estinzione inizia inizia (t (t   = 0) quan  ˙ do   D   =   D0 . In Inol oltr tre, e, P   P   = 0  durant  durantee l’intero l’intero trans transitorio itorio di estinzione estinzione.. Imponendo queste condizioni alla (3.6) si ricava che: 4V  − cSa ln m

−

D0 cS    am 4



= cost

e quindi la stessa (3.6) fornisce:

 

 D 4V  − cSa ln D0 m

=  t

Poiché il tempo di riverberazi Poiché riverberazione one è quello quello necessario necessario perché   DD = 10 ricava dalla precedente che: 0

t60  =

4V  − cSa

m

−6

 

ln 10

=

  0.16 16V  V  Sa m

−6

si

(3.9)

avendo posto   c   = 344   m   (velocità del suono in aria alle condizioni ams biente).

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  16

Il tempo di riverberazione appena ottenuto con l’ipotesi di assorbimento continuo tinu o prese presenta nta alcune incongruenze. incongruenze. Si osserva osserva infatti che nell’ipotesi nell’ipotesi limite di superfici perfettamente assorbenti, non dovrebbe esistere coda sonora e, quindi, t60  = 0. La formula di Sabine, al contrario, fornisce, nelle particolari circostanze appena ipotizzate, un valore diverso da zero benché piccolo. Generalizzando si può dire che la (3.9) sovrastima il tempo di riverberazione nei casi di sale fortemente temen te assorbenti. assorbenti. Una analoga incongruenza incongruenza è mostrata mostrata dalla (3.8) la quale, per   am   = 1, fornisce fornisce un valore diverso diverso da zero. Le limitazioni limitazioni or ora evidenevidenziate hanno spinto a ricercare un modello per la riverberazione di validità più generale. Un risultato in tal senso è stato ottenuto abbandonando l’ipotesi di assorbimento continuo a favore dell’ipotesi di assorbimento discontinuo suggerito da Eyring. Eyring. che l’energia incidente incidente nell’unità di Assorbimento Assorbimen to discont discontinuo inuo   Ricordando che tempo sull’intera superficie S è data dalla (3.4), il tempo necessario perché tutta l’energia circolante nella sala (pari a DV) incida sulla superficie (per poi essere in parte riflessa) è dato dal rapporto:   DV    4DV    4V  =  = tˆ = ˙ DcS  cS  E S  Il numero di riflessioni che l’energia sonora subisce nel corso della durata convenzionale della coda sonora è: n  =

  t60   cS   t 60 = 4V  tˆ

ed è pari a   DD = 10 6 il rapporto tra la densità di energia sonora   D   dopo  dopo   n riflessioni rispetto a quella   D0  presente all’inizio del transitorio di estinzione. Ora, la densità di energia dopo il primo rinvio vale   D   =   D0 (1 − am ), dopo il secondo rinvio   D   =   D0 (1 − am)2 , dopo l’n  l’n -simo -simo rinvio   D   =   D0 (1 − am )n ovvero: cS D = 10 6 = (1 − am ) V  t D0 da cui si ricava che: −

0

−

  t

60

4V 

4

60

  0.16 16V  V 

  = −13 13..81 cS  cS ln(1 ln(1 − am )   = S | S |ln(1 − am )|

 

(3.10)

Si vede subito che  che   t60   fornito dalla (3.10) assume valore nullo quando a quando  a m  = 1  . Va detto tuttavia che per i casi di pratico interesse gli scostamenti tra i tempi di riverberazione ricavati adottando il primo o il secondo approccio sono modesti anchee tenuto anch tenuto conto conto delle ipotesi adottate adottate e del carattere carattere convenzion convenzionale ale della grandezza.

3.3.1

Valori ottimali ottimali del tempo tempo di riv riverbera erberazion zione e

Il valore del tempo di riverberazione ottimale per un ambiente è ricavato dall’esperienza. sperien za. Esso cresce cresce con il volume della sala, dipende dalla frequenza frequenza (dalla frequenza dipendono in eff etti e tti i coefficienti di assorbimento acustico) ed è diverso, a parità di ogni altra condizione, per l’ascolto della parola e della musica come mostra chiaramen chiaramente te la Tab.3.3. Tab.3.3. Per destinazio destinazioni ni diff erenti erenti dall’ascolto

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  17

Tabella 3.3: Tempi di riverberazione ottimali ( ν  =   = 500 H z ) 3 Volume (m ) t60   (secondi) musica parola 1000 0.99 - 1.25 0.75 - 0.92 2500 1.10 - 1.45 0.83 - 1.02 5000 1.25 - 1.65 0.92 - 1.12 10000 1.40 - 1.85 0.99 - 1.21 15000 1.50 - 2.00 1.04 - 1.27 20000 1.55 - 2.10 1.08 - 1.32 25000 1.60 - 2.15 1.12 - 1.38 3.0

)s ( z

2.5

H 0 0 5

2.0

a e n

 Musica d’organo

oi z

1.5

Studi radio televisivi

Chiese

era

Cinematografi

br ev ir

Sale da concerto

1.0

i

 Auditorium

d o p

0.5

me T

0 10

50

100   200

2000 0   5000 10000 20000 500   1000 200 3

Volume della sala (m )

Figura 3.16: Tempi di riverberazione ottimali per varie tipologie di ambienti. della parola e della musica, i tempi di riverberazione ottimali sono riportati in Fig.3.16. Fig.3. 16. I dati di Tab.3.3 e di Fig.3.16 Fig.3.16 si riferiscono alla alla frequenza frequenza di 500 Hz ed ffi

in questi dati sonofosse su cien cienti peruna la progettaz progettazione ione acustica acusticta, a inè gran deigenere casi pratici. prati ci. Qualora richiesta richitiesta analisi analisi più dettagliata, dettaglia necessario necesparte sario una verifica dei tempi di riverberazione anche in altri campi di frequenza. Allo scopo può essere utile il grafico di Fig.3.17. Per ulteriori approfondimenti si rimanda ai testi consigliati.

3.4

Cenn Cennii su sulla lla prog progett ettazi azione one acu acustic stica ad dii un una a sa sala la

Il progetto acustico di una sala deve essere sviluppato contemporameamente a quello architettonico, impiantistico, strutturale, in quanto risulta generalmente difficile e costoso, se non impossibile, rimediare ad errori di impostazione attraverso successivi interventi di correzione acustica. I princi principal palii elemen elementi ti da tenere tenere in debito debito conto conto per ottene ottenere re un ambie ambient ntee acusticamente valido sono:

 

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  18

200

z H 0 0 5

150

ear ol av le

100

d el a ut

50

ne cr e P

0 100

200

500   1000   2000

 

5000   10000

Frequenza (Hz)

Figura 3.17: Variazione ariazione del tempo di riverberazi riverberazione one ottimale ottimale con la frequenza frequenza (campo tratteggiato). •   una forma geometrica opportuna e dimensioni appropriate; •  un tempo di riverberazione ottimale per la specifica detinazione; •  un livello sonoro sufficiente per un ascolto senza sforzi in ogni punto della sala; •   assenza di rumori di fondo o, comunque, un livello del rumore di fondo modesto se paragonato a quello del suono utile.

3.4.1 3.4 .1

Forma orma e dime dimensi nsioni oni

U  S 

S 

U 

Figura 3.18: Profili di pareti e soffitti da evitare I principali difetti acustici connessi alla forma e alle dimensioni riguardano la focalizzazione del suono ed i fenomeni di eco. Talune forme delle pareti o, più spesso, del so ffitto (vedi Fig.3.18) portano a concentrare le onde riflesse in una piccola regione della sala con il risultato di

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  19

un campo sonoro riverberato disuniforme; ciò comporta che, via via che ci si allontana dalla sorgente, si evidenziano zone caratterizzate da livelli sonori elevati a scapito di altre zone in cui i livelli sonori possono risultare nettamente insufficienti. Se superfici di questo tipo sono preesistenti, una soluzione per eliminarne o almeno mitigarne gli eff etti etti negativi consiste nel modificarne il profilo creando irregolarità superficiali di dimensioni tali da rendere la superficie di ff ondente ondente4 nei riguardi della banda di frequenze tipiche della particolare destinazione della sala.  P 

U 

S 

Figura 3.19: Fenomeno dell’eco Il fenomeno dell’eco (Fig.3.19) si manifesta quando il suono diretto e quello riflesso sono di livello paragonabile e raggiungono l’ascoltatore con un tempo di ritardo superiore a 70 a  70 - 100   100   ms. In questa circostanza circostanza l’ascoltatore l’ascoltatore percepipercepisce i due suoni come distinti e, quindi, il secondo come ripetizione del primo. Al contrario, per tempi di ritardo inferiori a  1/20   1/20    di secondo il suono riflesso viene percepito come raff orzame orzament nto o del primo. primo. Da quanto quanto appena appena detto detto discende che se si vuole evitare il fenomeno dell’eco è necessario che la di ff erenza erenza tra la lunghezza del percorso del suono riflesso e di quello diretto non debba  1 superare   340 20   = 17   metri. metri. Poiché Poiché l’eco rapprese rappresenta nta un difetto difetto inaccetta inaccettabile bile per un ambiente acusticamente corretto, i possibili rimedi alla violazione dei limitii imposti limit imposti dalla relazione relazione appena scritta, scritta, consistono consistono nel rendere di ff ondente ondente la superfie (o le superfici) responsabile dell’eco modificandone opportunamente il profilo. profilo. Una second seconda a soluzion soluzione, e, da affiancare alla precedente qualora ne ricorrano le condizioni, è quella di rendere la stessa superficie assorbente. Da evitare sono ambienti di forma parallelepipeda o che, comunque, presentino due pareti parallele tra loro. Infatti Infatti queste pareti, in presenza di suoni di breve durata, possono dare origine al fenomeno degli echi multipli che si sovrappongono al suono utile con eff etti etti sull’ascolto estremamante dannosi. Particolare attenzione deve essere posta nella realizzazione delle cosiddette gallerie  cosiddette  gallerie  consistenti in un ulteriore piano da aggiungere alla platea nel tentativo di incrementare il numero di posti a sedere (vedi Fig.3.20). E’ opportuno, in questi casi, evitare evita re superfici della galleria troppo estese o profonde. Inoltre Inoltre è utile evitare evitare parallelismi tra le superfici della galleria e quelle della platea e del so ffitto. Da evitare che l’ascolto venga compromesso dall’eff etto etto di schermo prodotto dal pubblico presente tra la sorgente e l’uditore. Allo scopo le poltrone vengono disposte ad altezze crescenti via via che ci allontana dalla sorgente garantendo 4

Una superficie riflette il suono in modo di ff uso uso quando presenta asperità grandi riapetto alla lunghezza d’onda.

 

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LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  20

Figura 3.20: Platea e galleria

U 

S  Figura 3.21: Parete di fondo e so ffitto oltre all’ascolto, anche una visione corretta. In alternativa, si può anche procedere al elevare la sorgente (sonora e luminosa) come correntemente si usa nelle sale cinematografiche e nei teatri. Particolare attenzione deve essere posta nella realizzazione delle pareti laterali e del soffitto. In particolare: •   la parete posta alle spalle della sorgente sorgente deve essere riflet rifletten tente. te. In tal modo, essendo la parete prossima alla sorgente, le onde riflesse contribuiranno ad elevare il livello del suono utile (Fig.3.21). •  Allo stesso fine può essere destinata la porzione del so ffitto più prossima alla sorgente sagomandone opportunamente la superficie al fine di rinforzare il suono nelle zone della sala più lontane dalla sorgente (Fig.3.21). Anche la parte restante del so ffitto deve essere trattata per renderla riflettente e con un profilo che contribuisca ad una distribuzione uniforme dei livelli sonori in ogni punto della sala. •  La parete di fondo deve essere resa di ff ondente ondente e/o assorbente allo scopo di evitare evitare fenomeni fenomeni di eco se le dimensio dimensioni ni della della sala li prevedan prevedano. o. Se ciò non è, la superficie può anche essere resa riflettente, ma sagomata in

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

  21

modo tale da rinforzare il suono solo nella regione più prossima alla parete stessa.

3.4.2 3.4 .2

Tempo empo di riverbe riverberaz razion ione e

Il valore del tempo di riverberazione deve essere assunto uguale a quello ritenuto ottimale per la destinazione d’uso della sala alle singole bande di frequenza (vedi (ve di Sez.3.3.1). Sez.3.3.1). Ciò si ottiene ottiene applicando applicando un numero numero congruo di unità assorbenti sulle superfici dell’ambiente compatibilmente con l’esigenza di disporre, come già ricordato, di superfici di ff ondenti ondenti e riflettenti allo scopo di rinforzare il campo sonoro nei punti più lontani dalla sorgente. In genere, la prima parete candidata ad accogliere i materiali fonoassorbenti per la correzione del tempo di riverberazione è la parete di fondo. Poi, sempre partendo dal fondo, si prenderanno in considerazione le pareti laterali e quelle parti di so ffitto giudicate non idonee a fungere da specchi acustici. In questa fase occorre valutare anche l’opportunità di modificare il profilo delle superfici delle pareti da trattare nel tentativo di favorire la di ff usione usione del suono. Allo stesso tempo tempo la sagomatura sagomatura dei pannelli fonoassorbenti aumentano la superficie assorbente utile.  poltrona occupata

 poltrona libera

materiale fonoassorbent fonoassorbentee

Figura 3.22: Assorbimento del pubblico Una considerazione a parte merita l’e ff etto etto fonoassorbente dovuto alla presenza degli ascoltatori. Infatti l’assorbimento del pubblico è tutt’altro che trascurabile se si tiene conto che ciascuna persona contribuisce con circa 0.5 unità assorbenti assorben ti a 500 Hz. Ne deriva deriva che il tempo di riverberazi riverberazione one cambia cambia sensibilmente tra la condizione di sala vuota e piena e quindi è necessario riservare al calcolo del tempo di riverberazione una qualche attenzione. In linea di principio si può dire che nei casi meno impegnativi si può valutare il tempo di riverberazione per condizioni intermedie. Nelle sale in cui è richiesta una qualità acustica elevata si possono impiegare poltrone che presentano superfici fortemente assorbenti disposte in zone che restano coperte quando sono occupate e scoperte nel caso contrario contrario (vedi (vedi Fig.3.22). Fig.3.22). In questo modo il tempo di riverberazion riverberazionee per sala vuota e piena rimane pressoché lo stesso.

3.4.3 3.4 .3

Li Live vell llo o sonor sonoro o

Il livello sonoro, come già anticipato, anticipato, v varia aria da punto punto a punt punto o nella sala. Se si vuole evitare uno sforzo di attenzione troppo elevato, è necessario che venga raggiunto un livello sonoro di almeno 65 dB. Ciò può essere ottenuto creando un campo sonoro riverberato riverberato che rinforzi rinforzi adeguatame adeguatamente nte quello quello diretto. diretto. Allo

 

CAPITOLO CAPIT OLO 3.

LA PROPAGA PROPAGAZIONE ZIONE NEGLI AMBIENTI CONFINATI 

Sorgente Oratore Oratore addestrato C stiacamusicale Oarcnhtaesnttrea osisnofloin

  22

Volume della sala (m3 ) 3000 6000 1200 000000

Tabella 3.4: Volume della sala per diff erenti erenti sorgenti sonore scopo bisogna limitare limitare il num numero ero delle unità assorbenti. assorbenti. Se si vuole assicurare assicurare comunque il valore ottimale del tempo di riverberazione, ad una diminuzione delle del le uni unità tà assorbe assorbent ntii deve deve fare fare ris riscon contro tro la dimin diminuzi uzione one del vo volum lume. e. Esiste Esiste perciò, per una assegnata destinazione della sala e per una assegnata sorgente, un volume da non superare se non si vuole compromettere la qualità dell’ascolto sia in termini di t60  che in termini di livello sonoro minimo. Dati in tal senso sono riportati nella Tab.3.4. Se il volume della sala supera sensibilmente questi valori, l’ascolto può diventare difficoltoso per cui deve essere considerata l’opportunità di ricorrere ad un sistema di amplificazione.

3.4. 3.4.4 4

Rumo Rumore re di fo fond ndo o

In un ambiente acusticamente valido sono da evitare suoni disturbanti di provenienza sia interna, quali ad esempio quelli prodotti dagli impianti di climatizzazione tizza zione,, sia esterna. esterna. Per tale motivo, motivo, oltre a curare la progettazion progettazionee degli impianti, è utile scegliere l’ubicazione della sala in luoghi poco rumorosi, ovvero progettare le strutture dell’involucro in modo tale da assicurare un congruo isolamento lamen to acustico. acustico. Per una valutaz valutazione ione quantitativ quantitativa a degli e ff etti etti del rumore di fondo, è utile sia misurarne il livello, sia determinarne lo spettro in frequenza. In genere, si ritiene accettabile un rumore di fondo che, a sala vuota, non superi i 35 dB.