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Docente:Phd. Ing. Cristian Rinaldi
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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E PAROLA
26 Maggio 2016
La progettazione acustica
Docente:Phd. Ing. Cristian Rinaldi
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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E PAROLA
• 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
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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E PAROLA
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.
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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E PAROLA
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.
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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E PAROLA
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.
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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.
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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E PAROLA
La morfologia e le caratteristiche degli ambienti confinati
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La morfologia e le caratteristiche degli ambienti confinati
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L’ascolto della musica
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L’ascolto della musica
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L’ascolto della parola
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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E 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
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L’importanza dei materiali
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La percezione
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I descrittori acustici di riferimento
Il tempo di riverberazione
Indice di chiarezza
Indice di definizione
Efficienza Laterale
IACC
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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 di riverberazione
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
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Il tempo di riverberazione
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.
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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
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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
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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
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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
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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).
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I software di simulazione
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Un caso studio
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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
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Tempo di riverbero simulato
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Indice di chiarezza simulato
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Indice di definizione simulato
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Scripta manent(nel seguito un riassunto scritto, un vademecum, di quanto esposto)
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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.
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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
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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
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ACUSTICA ARCHITETTONICA: PROGETTARE GLI SPAZI PER L’ASCOLTO DI MUSICA E PAROLA
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
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• 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.
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• 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.
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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.
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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.