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Docente:Phd. Ing. Cristian Rinaldi

Tel. 049 78 01 [email protected]

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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E PAROLA

26 Maggio 2016

La progettazione acustica





• Le regole della buona progettazione acustica;

• La destinazione d’uso degli ambienti e i valori ottimali di

letteratura e di normativa;

• Cenni all’ausilio e l’utilizzo dei software nella progettazione

acustica.

Argomenti





Il problema dell’acustico

Se in un qualsiasi progetto vi è una questione di acustica da

risolvere, l’acustico verrà contattato e interpellato sempre 5

giorni prima della consegna, non potrà modificare il progetto, e

i «conti» dovranno tornare tutti.





Cos’è l’acustica architettonica

L’ acustica architettonica tratta sostanzialmente del controllo della riverberazione,

dell’isolamento, del controllo del rumore, della distribuzione e dell’assorbimento del

suono.

Essa mira alla intelligibilità del parlato, alla libertà da rumori esterni indesiderati e alla

ricchezza della musica.





Principi di progettazione acustica

Un suono all’interno di un ambiente chiuso genera un campo energetico, nello specifico un

campo sonoro attraverso l’interazione di onde sonore dirette e onde sonore riflesse.

La definizione di “buona” acustica per un ambiente viaggia di pari passo con due “concetti”, o

grandezze, che sono tra loro inscindibili: il tempo e la frequenza.

La figura dà un’idea del comportamento delle onde sonore dirette e riflesse all’interno di un

ambiente.





Le tipologie di ambienti confinati

• Ambienti Riverberanti

• Ambienti SemiRiverberanti

Un ambiente interviene sempre sulle caratteristiche del segnale sonoro

modificandolo:

• attenuando l’energia stessa durante la propagazione nell’aria;

• alterando lo spettro di emissione dell’onda sonora dopo la riflessione su pareti e

soffitto;

• aggiungendo al suono l’effetto di riverberazione;

• alterando le relazioni di ampiezza che globalmente determinano il suono ricevuto

in un determinato posto.





La morfologia e le caratteristiche degli ambienti confinati





La morfologia e le caratteristiche degli ambienti confinati





L’ascolto della musica





L’ascolto della musica





L’ascolto della parola





L’importanza dei materiali

Oltre alla forma della sala, alle dimensioni e alla posizione dei materiali, sono

fondamentali:

• Caratteristiche di assorbimento

• Le caratteristiche di diffusione

• Le certificazioni dei prodotti





L’importanza dei materiali





La percezione





I descrittori acustici di riferimento

Il tempo di riverberazione

Indice di chiarezza

Indice di definizione

Efficienza Laterale

IACC





Il valore di questo parametro é funzione del volume della sala e dell’assorbimento totale delle sue superfici interne, dal momento che l’assorbimento dei materiali varia con la frequenza, anche il RT va calcolato alle varie frequenze.

A parità di forma della sala il RT aumenta linearmente all’aumentare delle dimensioni.


Il tempo necessario affinché, dopo l’interruzione dell’emissione sonora da parte di

una sorgente, il livello di pressione sonora nella sala diminuisse di 60 decibel






Trovato il valore ottimale per la frequenza di 1000 Hz, i valori relativi alle altre frequenze possono essere ricavati dal seguente diagramma, che fornisce in ordinata il rapporto tra l’RT relativo ad ogni frequenza riportata in ascissa e quello relativo ai 1000 Hz.





ms

ms

dttp

dttp

C

50

2

50

0

2

)(

)(

log1050

tanto esso è maggiore tanto maggiore é il contributo delle prime riflessioni al rafforzamento del

segnale. Inoltre tale valore aumenterà con il ridursi della coda sonora. I valori di riferimento del

C50 sono i seguenti:

-12 ÷ -6 = pessima acustica

-6 ÷ +4 = accettabile

+4 ÷ +10 = buona

+10 ÷ +18 = ottima

Considerando l’energia dovuta ad un singolo impulso sonoro, il C50 è definito in base al rapporto tra l’energia che giunge all’ascoltatore entro i primi 50 ms, dunque relativa al suono diretto ed alle prime riflessioni, e quella che giunge successivamente:

(dB)

Chiarezza del parlato





Chiarezza musicale

i suoi valori ottimali in funzione del genere musicale sono i seguenti:

-12 ÷ -2 = musica per organo,

-2 ÷ +6 = musica sinfonica,

+6 ÷ +10 = musica pop,

+10 ÷ +18 = musica elettronica.

Analogamente il C80 è definito in base al rapporto tra l’energia sonora che giungeall’ascoltatore entro i primi 80 ms e quella che giunge successivamente:

(dB)

ms

ms

dttp

dttp

C

80

2

80

0

2

)(

)(

log1080





Il parametro “definizione” D, è definito come il rapporto, espresso in percentuale, tra l’energia

(relativa sempre ad un impulso sonoro emesso da una sorgente non direzionale) che arriva

ad un ricevitore nei primi 50 ms e l’energia totale che gli arriva, il periodo di tempo è misurato

a decorrere dall’arrivo del suono diretto:

0

2

50

0

2

)(

)(

dttp

dttp

D

ms

[%]

valori ottimali: dal 50 al 100% per il parlato, meno del 50% per la musica.

In particolare per le sale da concerto secondo il gruppo di Berlino il valore ottimale sarebbe

del 34%

Definizione





E’ data dal rapporto fra l’energia che arriva lateralmente all’ascoltatore nel periodo che va dai25 agli 80 ms successivi all’immissione nel locale di un segnale impulsivo (ad esempio uncolpo di pistola), e l’energia totale che gli arriva nei primi 80 ms.

Nella formula di Jordan qui riportata deve essere misurato con un microfono direzionaleorientato in senso ortogonale alla direzione sorgente-ascoltatore:

ms

ms

ms

ms

ms

dttp

dttp

totaleenergia

lateraleenergiaLE

80

0

2

0

80

25

2

)800(

)8025(

)(

)(

_

_

Ad un valore della LE > 0.1 corrisponde una buona localizzazione acustica, mentre una

sensazione di immersione nel campo sonoro si ha per LE > 0.2. Per le sale da concerto

dovrebbe essere compresa tra 0,2 e 0,3.

Efficienza Laterale





IACC

Tende a quantificare la sensazione dovuta alla differenza fra le pressioni sonore che giungono alle due orecchie; essa assume valore nullo quando non c’è differenza di stimolo, cosa che si verifica nel caso di solo suono diretto che giunge frontalmente od in caso di campo sonoro simmetrico rispetto all’ascoltatore.

0

2 2

0 0

:

o

o o

t

r l

rlt t

r l

g t g t dt

IACF

g t dt g t dt

In generale il grado di similarità (o dissimilarità) tra 2 segnali viene valutato calcolando lafunzione di cross-correlazione. A tale scopo si definisce la funzione di cross-correlazionenormalizzata tra le risposte all’impulso corrispondenti all’orecchio destro e sinistro (correlazionemutua interaurale).





I software di simulazione





Un caso studio





coefficiente di assorbimento acustico α

materiale scatter 125 250 500 1000 2000 4000

Pavimento in moquette 0,1 0,03 0,05 0,13 0,31 0,59 0,75

Pareti laterali assorbenti 0,2 0,43 0,48 0,90 0,90 0,91 0,95

Pareti laterali liscie 0,1 0.03 0.04 0.04 0.07 0.08 0.09

Controsoffitto 0.5 0,47 0,81 0,95 0,92 0,92 0,96

Poltroncine 0,6 0,41 0,46 0,59 0,64 0,67 0,70

Un caso studio





Tempo di riverbero simulato





Indice di chiarezza simulato





Indice di definizione simulato





Scripta manent(nel seguito un riassunto scritto, un vademecum, di quanto esposto)





La qualità del suono in un ambiente

Ciascun soggetto si trova ad elaborare un giudizio sulla propria esperienza di ascolto

valutandola rispetto ad una situazione di riferimento considerata come ottimale;

Si postula l’esistenza di una sorta di “spazio psicologico” multidimensionale parametrizzabile

da un’insieme di attributi percettivi in cui il punto di riferimento è dato dall’insieme di valori

corrispondenti alla situazione di un ascolto ideale;

Tale spazio di valori può variare da individuo a individuo e dipendere da fattori estranei al

campo sonoro, nondimeno si assume l’esistenza di una sensibilità comune e quindi di un unico

quadro di riferimento;

Si può definire la “qualità del suono” come il giudizio globale fornito da una classe di individui

nei confronti di un evento sonoro (tipicamente musicale) in un ambiente (es. spazio per la

musica)

Il primo problema è quello di individuare il gruppo minimo di attributi percettivi con cui

descrivere completamente la qualità acustica dell’ambiente.





I 18 attributi percettivi di Beranek

Intimacy/presence Intimità/presenza Percezione delle dimensioni spaziali della sala

Reverberation/liveness

Riverberazione/vivezza

Persistenza del suono dopo l’interruzione della sorgente (si parla di sale “vive” o “secche”). Importante è la riverberazione alle medie e alte frequenze (> 350 Hz)

Spaciousness: apparent source

width

Spazialità: ampiezza apparente della

sorgente

Impressione di provenienza da una sorgente allargata

Spaciousness: listener envelopment

Spazialità: inviluppo d’ascolto

Immersione nel campo sonoro

Clarity Chiarezza Grado in cui suoni discreti appaiono disgiunti

Warmth Calore Pienezza dei bassi (<350 Hz) rispetto ai toni medi (350-1400 Hz)

Loudness Volume Volume o livello di ascolto

Acoustic glare “Abbagliamento” acustico

Effetto, generalmente indesiderato, di “sfrigolio” dovuto alla presenza di pareti piane riflettenti e parallele (-> flutter echo)

Brilliance Brillantezza Effetto di vivacità dovuto alla ricchezza di armoniche

Balance Bilanciamento equilibrio di volume fra le sorgenti (sezioni orchestrali, cantante-strumenti,…)

Blend Fusione mescolanza dei vari strumenti dell'orchestra

Ensemble Coesione/affinità Esezcuzione all’unisono dovuto alla possibilità di ascolto reciproco





Immediacy of response

Immediatezza di risposta

prontezza di una sala alla risposta di una nota, dipendente dal tempo di arrivo delle riflessioni iniziali

Texture Tessitura Percezione della distribuzione delle riflessioni iniziali

Freedom from echo Assenza d’eco Assenza di riflessioni ritardate percepite come distinte

Dynamic range Gamma dinamica Intervallo di livelli percepibile (dipendente da rumore di fondo)

Extraneous effects on tonal quality

Effetti estranei/distorsione

Presenza di effetti estranei dovuti a conformazione delle pareti (es. suoni metallici, focalizzazioni, …)

Uniformity of sound Uniformità del suono Omogeneità di comportamento al variare della posizione

I 18 attributi percettivi di Beranek





Nella fase iniziale: configurazione della volumetria.

Allo scopo di garantire delle prime riflessioni utili sufficientemente intense e provenienti da

direzioni prevalentemente diverse da quella del suono diretto.

a) Non superare le distanze massime che consentono all’onda diretta di raggiungere

l’ascoltatore con sufficiente livello sonoro. Uso di balconate qualora le esigenze di

capienza della sala lo richiedano; Le balconate comportano un aumento del volume della

sala, con conseguente allungamento dell’RT, e possono creare difetti acustici locali quali

echi e zone d’ombra. Rispettare le esigenze di visibilità.

b) Rispettare i limiti nella differenza di percorsi tra onda diretta e onda riflessa per evitare

ritardi eccessivi.

c) Rendere assorbenti tutte quelle superfici che darebbero luogo a onde riflesse con ritardo

eccessivo,

Criteri progettuali





• Il soffitto della sala é in genere usato come riflettore nelle parti che possono dar

luogo a riflessioni utili (speculari nel caso del parlato, diffuse nel caso della

musica sinfonica), e viene inclinato verso il basso procedendo verso il fondo

della sala per evitare eccessivi percorsi dell’onda riflessa, oppure può essere

inclinato in senso contrario per indirizzare le riflessioni nocive fuori dell’area

occupata dal pubblico.

• Anche le pareti laterali vengono sfruttate come riflettori ma solo se le

dimensioni della sala sono limitate in larghezza (inferiori ai 20-25 metri). Una

pianta rettangolare consente in genere una buona distribuzione del suono

riflesso, mentre una pianta a ventaglio tende a privilegiare le posizioni più

lontane. Inoltre le sale piatte e larghe, soprattutto quelle a ventaglio, tendono a

ridurre l’impressione spaziale, data la scarsa rilevanza delle prime riflessioni

laterali che vengono indirizzate verso il fondo.





• Le pareti di fondo vengono in genere rese fonoassorbenti in quanto darebbero

luogo a percorsi eccessivamente lunghi dell’onda riflessa.

• Qualora pareti laterali e soffitto non possano dar luogo alle necessarie riflessioni

utili, si può ricorrere, per ottenerle, a riflettori acustici (in genere sospesi)

opportunamente posizionati e conformati, il loro peso non dovrà essere inferiore

a 15-20 kg per m2. L’uso di elementi riflettenti discontinui sospesi al di sotto di

un soffitto anch’esso riflettente consente di ottenere il valore desiderato

dell’ITDG senza ridurre il volume della sala dunque senza penalizzare

eccessivamente il tempo di riverberazione.





d) Affinché il campo sonoro sia uniforme bisogna perseguire una forma compatta

(una dimensione non deve eccedere troppo rispetto alle altre), ma qualcuno

suggerisce ( es. Sidney) di accentuare l’altezza rispetto alla larghezza per

evitare delle riflessioni dal soffitto che possano precedere le riflessioni laterali

(riducendo l’EL) e mascherare il suono diretto.

e) Nel caso delle Sale Polifoniche le riflessioni utili vanno indirizzate non solo

verso la platea ma anche verso l’orchestra per consentire agli esecutori di

ascoltare la propria esecuzione ed accordarsi tra loro, In genere é difficile

soddisfare contemporaneamente le esigenze di pubblico ed esecutori.





In fase di progettazione delle finiture interne e dell’arredo:

• Scelta di materiali con caratteristiche adeguate per le superfici individuate come riflettenti o assorbenti,

• Nelle sale polivalenti, possono essere richiesti accorgimenti che consentano di variarne le caratteristiche acustiche, ed esempio riflettori mobili, tendine avvolgibili o elementi rotanti con diverse caratteristiche di assorbimento sulle varie facce.

• Elementi mobili ad assorbimento variabile possono essere utilizzati anche per aggiustare l’assorbimento della sala in funzione del suo grado di riempimento.

• In tutti i casi va minimizzato con opportuni provvedimenti fonoisolanti il rumore di fondo, sia quello proveniente dall’esterno attraverso pareti ed aperture, sia quello generato all’interno dell’edificio dagli impianti e dalle eventuali macchine sceniche.





Grazie per l’attenzione.

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