ACUSTICA ARCHITETTONICA

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1 ACUSTICA ARCHITETTONICA Prof. Luigi Di Francesco I principi dell'acustica fisica vengono applicati in edilizia per due problemi nettamente diversi. Il primo problema dell'acustica edilizia è lo studio delle proprietà fonoisolanti delle strutture murarie degli edifici. Il secondo di, di cui intendiamo occuparci, riguarda le sale da concerto, i teatri, i cinematografi, gli studi di ripresa cinematografica, radiofonica e televisiva; consiste nello studio delle caratteristiche volumetriche e costruttive della sala, dei materiali costruttivi e delle forme architettoniche, al fine di ottenere una buona audizione in ogni punto della sala per rendere l'ascolto diretto e la riproduzione più gradevole possibile, ed evitare concentrazioni focali di suono o ombre sonore. L'auditorium ed il teatro sono locali dove l'obiettivo principale è la comunicazione che ha origine da una sorgente sonora (un cantante, un attore teatrale e/o un relatore etc.) diretta a un gruppo di ascoltatori. Tali ascoltatori devono essere in grado di sentire e capire il messaggio che viene loro consegnato o il locale sarà acusticamente un disastro. Il successo o il fallimento di un teatro o di un auditorium è determinato dalla sua forma e dimensioni e dalla correlazione spaziale tra la sorgente sonora, gli ascoltatori e le superfici che circondano questi ultimi. Iniziando con il segnale sonoro costituito dal parlato ad esempio di un attore teatrale o di un relatore, possiamo affermare che il grado di intelligibiltà dipende dalla differenza in livello sonoro del segnale e il rumore di fondo ambientale a ciascuna frequenza dello spettro da 250Hz a 4000Hz. Gli elementi presenti all interno di un ambiente chiuso (pareti, arredamenti, persone, ecc.) condizionano la propagazione acustica, poiché assorbono in diversa misura l energia sonora che incide su di loro. Tali fenomeni possono alterare e deteriorare la qualità del suono percepito dal ricettore, causando ad esempio il degrado della comunicazione verbale o dell ascolto della musica. 1

2 IL RIVERBERO Per definire la qualità acustica di un locale è stato introdotto il tempo di riverberazione, il quale indica il tempo, in secondi, necessario affinché, in un punto di un ambiente chiuso, il livello sonoro si riduca di una certa entità rispetto a quello che si ha nell istante in cui la sorgente sonora ha finito di emettere. Di norma, viene utilizzato il tempo di riverberazione T 60, cioè l intervallo di tempo in cui l energia sonora decresce di 60 db dopo lo spegnimento della sorgente Dal tempo di riverberazione dipende la qualità di un teatro o di una sala da concerto. Difatti i piccoli ritardi delle riflessioni del segnale sonoro operato dalle superfici interne del locale forniscono un'essenziale rinforzo del segnale diretto all'ascoltatore, ma il processo di riflessione non si arresta subito. Infatti, dopo che le prime desiderate riflessioni hanno raggiunto l'ascoltatore, le onde sonore continuano ad essere riflesse continuamente dalle superfici interne del locale fino a quando esse non perdono frazione per frazione ad ogni riflessione, tutta l'energia acustica che possiedono (l'effetto finale è un'uniforme distribuzione del suono riverberante attraverso tutto il locale). Per ogni applicazione vi è un valore del tempo di riverberazione ritenuto ottimale Considerato che in una sala da concerto o in un teatro il suono viaggia per oltre dieci metri e giunge all ascoltatore piuttosto debole, le pareti hanno la funzione di rafforzare il segnale con le loro riflessioni, se tuttavia queste raggiungono l ascoltatore troppo rapidamente, danno l impressione di un suono sordo e freddo, che va bene nel caso del parlato, ma non è gradito nel caso della musica; mentre se e lo raggiungono con eccessivo ritardo o si protraggono nel tempo con una coda sonora troppo lunga, si mescolano con i suoni diretti emessi dalla sorgente e li rendono incomprensibili con un effetto di eco confuso, producendo un suono indistinto ed incomprensibile quando si tratti di parlato. E come se una schiuma sonora sommergesse il segnale rendendolo inintellegibile in particolar modo nel caso del parlato. SALE PER CONFERENZE Nel caso di studi radiotelevisivi, sale per conferenze, teatri di prosa, e sale cinematografiche il tempo di riverbero deve essere breve ed il suono deve scomparire rapidamente cessata l emissione. In generale, perciò, per ambienti destinati all ascolto della parola i valori ideali di T 60 sono più brevi rispetto a quelli per le sale destinate all ascolto della musica, in quanto la diffusione musicale richiede una maggiore enfatizzazione dell effetto spaziale. 2

3 In effetti il discorso è costituito da una serie di suoni staccati, pertanto per una buona ricezione, oltre ad un buon livello di intensità sonora, è necessario che le parole, nella loro successione non si sovrappongano, di conseguenza il semplice allungamento del suono dovuto al rinforzo per riflessione dell onda sonora provoca una fusione parziale di suoni diversi che rendono il discorso incomprensibile. Per ottenere valori ottimali del tempo di riverberazione è necessario, dunque, un giusto compromesso tra il raggiungimento di un livello sonoro sufficiente per un audizione senza sforzo, in tutti i punti dell ambiente, e la riduzione del disturbo provocato da un eccesso di riverberazione. Particolare attenzione deve essere poste in queste sale anche alla presenza di onde stazionarie che rinforzano alcune frequenze coprendone altre e rendendo il suono percepito diverso da quello emesso. Occorre perciò evitare la presenza di pareti parallele o in presenza di queste incrementare l assorbimento a quelle frequenze che la conformazione della sala rinforza. Va detto inoltre, che la presenza di persone all interno dell ambiente influenza il valore del tempo di riverberazione, poiché determina un aumento dell assorbimento acustico. È questo il caso dei cinema, auditori e teatri, ossia luoghi in cui l affluenza di persone è numerosa. Una lunga serie di misurazioni di tempo di riverberazione, effettuate in tutto il mondo in teatri e sale da concerto di varie dimensioni, ha permesso di stabilire i valori ottimi di T per ogni volume di sala. SALE DA CONCERTO Nelle sale da concerto non si usano amplificatori ed il soffitto riflettente serve ad ottenere una buona ricezione, anche nei punti più lontani dall orchestra. Oltre ai requisiti acustici derivanti dalle esigenze dell ascoltatore, nelle sale da concerto occorre tener conto delle esigenze del musicista. In genere il musicista desidera sentire il proprio strumento, pertanto è necessario che il suono gli ritorni 3

4 rafforzato da un sufficiente numero di riflessioni, senza un eccessivo ritardo che trasformi il suono riflesso in un eco fastidioso. Per questo occorre che le superfici dietro l orchestra siano leggermente concave e riflettenti, in ciò esse rispondono alle esigenze sia del musicista che dello spettatore. Il fenomeno della riverberazione presenta, quindi, aspetti positivi e negativi. Infatti, se un certo valore del tempo di riverberazione aiuta a rinforzare il suono diretto e quindi a migliorarne l ascolto, per contro, un valore eccessivo della coda sonora ne compromette la qualità, rendendo il suono impastato. Inoltre, è necessario considerare che ad un incremento del volume dell ambiente corrisponde un aumento del tempo di riverberazione ottimale. In questo caso, è necessario compromettere lievemente l ascolto a favore di un più elevato valore del livello sonoro, ottenuto attraverso una maggiore percentuale di suono riflesso. 4

5 Sale multiuso In ogni caso sale da concerto, sale per la lirica teatri di prosa e sale per conferenze hanno caratteristiche acustiche diverse e spesso contrastanti. Il processo di ascolto della musica è simile a quello del "parlato" ma ci sono alcune differenze; infatti nella "musica" come nel "parlato" il suono deve essere udito in sequenza e con sufficiente risoluzione ma la durata di un suono musicale è generalmente più lunga del suono originato durante il "parlato". La stessa sala può avere una buona acustica per un tipo di attività e può essere pessima per un altro tipo di utilizzo, se si vuole una sala multiuso occorre poter agire sul tempo di riverbero modificando le caratteristiche di assorbimento delle pareti, aumentando o diminuendo le superfici assorbenti con elementi mobili ovvero con elementi 5

6 studiati ad hoc che possono modificare l acustica della sala secondo le necessità, come mostra la figura che segue. La buona audizione si ottiene distribuendo l'intensità sonora uniformemente nell'ambiente: da ciò l'importanza delle proprietà assorbenti dei materiali che rivestono le pareti e le sedie o poltrone. Il parametro più importante, direttamente legato all'assorbimento globale della sala, è il tempo di riverberazione, che è il tempo T necessario perché l'energia sonora esistente nella sala durante l'emissione d'un dato suono decresca a un milionesimo del valore che ha nell'istante in cui cessa l'emissione. Suono diretto e suono riflesso Per ottenere valori prefissati di T 60 occorre stabilire opportunamente le dimensioni e il tipo dei materiali di rivestimento (legno, marmo, intonaci, strutture speciali) delle pareti, del soffitto e del pavimento; le proprietà assorbenti di ciascun materiale sono generalmente espresse mediante il coefficiente d'assorbimento per incidenza casuale. Il valore del coefficiente d'assorbimento di un dato materiale viene determinato in speciali grandi camere (dette riverberanti) di cui sono forniti i laboratori di acustica, mediante la misurazione, eseguita a varie frequenze, della differenza fra il tempo di riverberazione a camera vuota e quello che si ha distendendo sul pavimento il materiale in questione (generalmente un foglio di 10 m²). 6

7 La misurazione diretta del tempo di riverberazione in una sala rivestita è invece effettuabile mediante opportune apparecchiature di registrazione. Viene eseguita per vari suoni puri, oppure registrando la riverberazione dovuta a un colpo di pistola che può essere considerato comprendente tutte le frequenze, come un suono bianco; la registrazione viene poi analizzata frequenza per frequenza. In ogni caso, realizzato con superfici assorbenti o riflettenti un adeguato tempo di riverberazione, può accadere che non tutte le frequenze siano trattate allo stesso modo dalla sala e che alcune vengano rinforzate oltre il dovuto o altre siano eccessivamente assorbite. In questo caso si interviene con assorbitori accordati per particolari frequenze come potrebbero definirsi i risuonatori che assorbono particolari frequenze che si intendono eliminare, in questo caso la risonanza del sistema mette in moto gli elementi del risuonatore che vibrando assorbono l energia sonora trasformandola in energia meccanica e dissipandola con attriti in calore, fenomeno accentuato con l utilizzo di particolari materiali porosi, come lana di vetro o lana di roccia che hanno elevati coefficienti di assorbimento acustico. Ovvero possono essere usati dei diffusori che ammorbidiscono il suono. 7

8 Piccola sala di scolto domestica. In conclusione, come già i Greci avevano capito, a tale scopo ha molta importanza la forma della sala, per evitare concentrazioni di energia sonora e per far sì che il rapporto fra l'energia sonora che arriva direttamente all'ascoltatore e quella che arriva dopo una riflessione stia entro dati limiti. 8