La qualità acustica degli ambienti interni
Soluzioni p
progettuali,
g
, materiali e metodi di verifica
S. Secchi – L
nterni
La qualità ac
custica deglli ambienti in
Simone Secchi
Dipartimento di Tecnologie dell’Architettura e Design “Pierluigi Spadolini”
[email protected]
i
hi@ d ifi i
http://www.taed.unifi.it/fisica_tecnica/Secchi/secchi.htm
La riflessione e ll’assorbimento
assorbimento acustico
Principio del bilancio energetico
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custica deglli ambienti in
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Ei
Ea
Ei = Ea + Er + Et
Energia non riflessa
α=
Energia incidente
E a + Et
α=
Ei
Et
Er
α = coefficiente
ffi i
di assorbimento
bi
acustico
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custica deglli ambienti in
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Le riflessioni sonore
Pressione sonora
Onda diretta
O d riflesse
Onde
ifl
tempo
Il tempo di riverberazione
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custica deglli ambienti in
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Tempo impiegato al livello di pressione sonora per ridursi di 60 dB dopo che è
cessata l’emissione da parte della sorgente sonora
Nei teatri,
teatri dove al di
sopra della scena è
presente un ampio
p
p
volume per il
controllo della
scenografia,
fi il
grafico presenta
tratti di pendenze
discontinue a causa
dell'interferenza di
due riverberazioni
distinte: quella della
scena e quella della
sala
La teoria di Sabine
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custica deglli ambienti in
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V
T60 = 0.16
S ⋅ a Sab
a sab (α sabiniano ) ≈ a m
am =
S1 ⋅ a1 + S 2 ⋅ a 2 + ... + S n ⋅ a n
S1 + S 2 + ... + S n
Formula
o u a valida
va da per
pe ambienti
a b e t non
o
troppo grandi e che presentano
valori del coefficiente medio di
assorbimento piccoli
V < 10000m 3
am < 0.3
Diversamente l'ipotesi dell'assorbimento continuo viene
a cadere.
Condizione contemplata nella formula di Eyring
detta dell'assorbimento discontinuo.
T60 = 0.16
V
S ⋅ ln
1
1 − am
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custica deglli ambienti in
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Tempo di riverberazione ottimale
Scelta legata al tipo di musica cui è destinato l'ambiente ma anche
al volume
(spazi per la musica sinfonica sono pensati per ospitare più
persone, mentre l'ascolto di quartetti, ad esempio, per loro natura
richiedono ambienti più raccolti)
Dipendenza dalla frequenza di T60
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custica deglli ambienti in
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Calcolo riferito alle
frequenze principali.
Per la musica
sinfonica si può
pensare di calcolare
il T60 alle frequenze
di 125, 250,
500,2000 Hz.
Materiali fonoassorbenti
Si classificano in:
materiali pporosi,, risuonatori acustici,, ppannelli vibranti,, sistemi misti.
Valori del coefficiente di assorbimento di materiali e componenti
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custica deglli ambienti in
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Frequenza (1/1 ott, Hz)
250
500
1000
2000
4000
αw
Lana di legno mineralizzata, spessore 25 mm, applicato a contatto con la parete
0.10
0.30
0.70
0.50
0.50
0.3
Lana di legno mineralizzata, spessore 35 mm, applicato a contatto con la parete
0.15
0.25
0.50
0.90
0.65
0.3
Lana di legno mineralizzata, spessore 50 mm, applicato a contatto con la parete
0.25
0.65
0.60
0.55
0.90
0.5
0.75
0.78
0.64
0.60
0.58
0.6
0.40
0.63
0.82
0.64
0.43
0.6
0.10
0.10
0.09
0.10
0.12
0.1
0.05
0.10
0.20
0.40
0.81
0.1
Descrizione
Gesso rivestito, spessore 13 mm, 18% di superficie perforata, a 200 mm dal
soffitto
so
o
Gesso rivestito, spessore 13 mm, 18% della superficie perforata, a 58 mm dal
soffitto
Linoleum
Moquette
Poliuretano espanso, 30
kg/m3,
spessore 13 mm
0.11
0.40
0.90
0.90
0.82
0.4
Poliuretano espanso, 30 kg/m3, spessore 51 mm
0.12
0.25
0.55
0.88
0.96
0.3
Poliuretano espanso, 30 kg/m3, spessore 6 mm
0.30
0.62
0.90
0.99
0.98
0.5
Sedia di metallo
0 015
0.015
0 030
0.030
0 035
0.035
0 025
0.025
0 035
0.035
0
Sedia imbottita
0.23
0.37
0.27
0.25
0.25
0.3
Sughero
0.04
0.08
0.12
0.03
0.10
0.1
Sughero espanso, 80
kg/m3,
0.04
0.08
0.12
0.03
0.10
0.1
Tappeto pesante
in pannelli da 25 mm, aderente alla parete
0.20
0.25
0.30
0.30
0.30
0.3
Tappeto sottile
0.10
0.15
0.20
0.20
0.20
0.2
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custica deglli ambienti in
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custica deglli ambienti in
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Materiali p
porosi
Assorbimento acustico determinato dalla conversione in calore dell' energia meccanica dell'onda
i id
incidente.
Assorbimento acustico dipendente dalla lunghezza d'onda del suono incidente, dal rapporto tra il
volume dei vuoti e quello totale e dallo spessore del materiale
A
Assorbimento
bi
t in
i genere aumenta
t con la
l frequenza
f
e con lo
l spessore dello
d ll strato
t t di materiale.
t i l
Modalità di installazione influenzano l’assorbimento acustico: dove la velocità è massima si ha il
massimo di dissipazione della energia sonora in calore e quindi il massimo assorbimento acustico.
Risuonatori acustici
Schematizzato come una cavità comunicante con l'esterno attraverso un foro praticato su di una
parete non troppo sottile (collo del risuonatore).
L'aria
L
aria contenuta nel collo si comporta come un pistone oscillante; quella nella cavità costituisce
l'elemento elastico del sistema.
2
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custica deglli ambienti in
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q
di risonanza
Massimo assorbimento alla frequenza
f0 =
c0
2π
V (l + 1.6 r )
co = velocità di propagazione del suono nel mezzo (m/s);
r, l = raggio e la lunghezza del collo del risuonatore (m);
V = volume della cavità (m3).
q
di risonanza bassa: diventano complementari
p
dei
Possibile realizzare risuonatori con frequenza
materiali porosi.
I risuonatori acustici
nella storia
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πr
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custica deglli ambienti in
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custica deglli ambienti in
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Pannelli vibranti
Costituiti da pannelli rigidi piani, disposti ad una certa distanza dalla parete.
pp
ad un elemento elastico ((l'aria
Possono essere assimilati a masse oscillanti ((il ppannello)) accoppiata
racchiusa nell’intercapedine).
f0 =
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Massimo assorbimento alla frequenza di risonanza
60
( σd )
σ = densità superficiale del pannello (kg/m2);
d = distanza del pannello dalla parete (m).
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Il calcolo secondo la norma UNI EN 12354-6
0,16V
T=
(s)
A
n
o
p
i =1
j =1
k =1
A = ∑ α s ,i ⋅ Si + ∑ Aogg , j + ∑ α s ,k ⋅ S k + Aair (m 2 )
αs =
Aogg =
αk =
Aair =
Sk =
coefficiente di assorbimento della superficie i di area S;
assorbimento
bi
t equivalente
i l t ddell’oggetto
ll’
tt j;
j
coefficiente di assorbimento dell’insieme di elementi k
assorbimento equivalente dell
dell’aria
aria (trascurabile per
volumi piccoli)
area della superficie coperta dall
dall'insieme
insieme di elementi k
Il calcolo secondo la norma UNI EN 12354
12354-6
6
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custica deglli ambienti in
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A airi = 4mV (1 − ψ ) (m 2 )
m = coefficiente di assorbimento dell’aria (Neper per metro);
V = volume dell’ambiente (m3);
ψ = frazione del volume occupata da oggetti chiusi
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Tipici valori di α di materiali (UNI EN 12354
12354-6)
6)
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Tipici valori di α di oggetti (Pr EN 12354-6)
12354 6)
Tipici valori di α di configurazioni di oggetti
(Pr EN 12354-6)
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La valutazione secondo legge (DM 18/12/75)
Il TEMPO DI RIVERBERAZIONE deve essere riferito al volume
dell'ambiente mediante il diagramma 1.
Il valore così ottenuto deve essere moltiplicato per i valori del diagramma 2
per ottenere i valori
l i limite
li i alla
ll varie
i frequenze.
f
La verifica si esegue in funzione della frequenza alle bande di ottava
caratterizzate da frequenza centrale di 250,
250 500,
500 1000 e 2000 Hz.
Hz
Figura 1
Figura 2
La situazione delle scuole superiori
nella
ll provincia
i i di Firenze
Fi
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custica deglli ambienti in
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(dati ARPAT – ASL)
Distribuzione delle aule censite per rapporto tra tempo di riverbero e limite normativo - valore della banda d’ottava peggiore
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custica deglli ambienti in
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custica deglli ambienti in
La sperimentazione al Salvemini
La situazione al Salvemini:
ll’aula
aula 8 prima e dopo ll’intervento
intervento
S. Secchi – L
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La situazione al Salvemini:
ll’aula
aula 8 prima e dopo
S. Secchi – L
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La situazione al Salvemini:
ll’aula
aula 7b prima e dopo ll’intervento
intervento
S. Secchi – L
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custica deglli ambienti in
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La situazione al Salvemini:
ll’aula
aula 7b prima e dopo
S. Secchi – L
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custica deglli ambienti in
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La situazione al Salvemini:
ll’aula
aula 3 prima dell
dell’intervento
intervento
S. Secchi – L
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custica deglli ambienti in
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La situazione al Salvemini:
ll’aula
aula 3 prima e dopo
S. Secchi – L
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custica deglli ambienti in
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La situazione al Salvemini:
ll’aula
aula 4 dopo ll’intervento
intervento
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custica deglli ambienti in
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La situazione al Salvemini:
ll’aula
aula 4 prima e dopo
Un caso studio: il p
progetto
g
di correzione acustica
dell’aula magna del dipartimento TAD
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custica deglli ambienti in
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((tesi di laurea di Francesca Degiampietro)
g
p
)
L ipotesi
Le
i t i progettuali
tt li esaminate
i t
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custica deglli ambienti in
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SOLUZIONI FISSE
•
•
•
•
•
Teli tesi a livello dell’imposta della volta
Pannelli in fibre di poliestere rivestiti con tessuto verniciato
Tende in velluto pesante alle finestre
Tende in velluto pesante in corrispondenza delle porte
Poltroncine imbottite
SOLUZIONI MOBILI
•
•
Telo teso a livello dell
dell’imposta
imposta della volta
Tende in velluto pesante tese a contatto con la parete
TELI TESI ALL’IMPOSTA DELLA VOLTA
8
Tempo di rriverbero (sec)
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
nterni
7
6
5
4
3
2
1
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenze (Hz)
Attuale
D.M.18/12/75
Dopo l'intervento
• Marcato abbattimento del tempo di riverbero alle
alte frequenze
• Impatto visivo piuttosto forte
PANNELLI A PARETE IN FIBRA DI POLIESTERE
RIVESTITI IN TESSUTO VERNICIATO
Tempo di riverbero (se
ec)
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
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8
7
6
5
4
3
2
1
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenze (Hz)
Att l
Attuale
D M 18/12/75
D.M.18/12/75
D
Dopo
l'i
l'intervento
t
t
• Buone
B
prestazioni
t i i fonoassorbenti
f
b ti alle
ll frequenze
f
medie
• La verniciatura favorisce la mimetizzazione con
l’azzurro delle pareti
TENDE IN VELLUTO ALLE FINESTRE
Tempo di rriverbero (sec
c)
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
nterni
8
7
6
5
4
3
2
1
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenze (Hz)
Attuale
D.M.18/12/75
Dopo l'intervento
• Buone prestazioni fonoassorbenti soprattutto alle
frequenze più alte
• Facile inserimento nell’ambiente
Tempo dii riverbero ((sec)
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custica deglli ambienti in
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TENDE IN VELLUTO SULLE PORTE
8
7
6
5
4
3
2
1
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenze (Hz)
Att l
Attuale
D M 18/12/75
D.M.18/12/75
D
Dopo
l'i
l'intervento
t
t
• Riduzione
Rid i
limitata
li it t del
d l tempo
t
di riverberazione;
i b
i
le superfici fonoassorbenti introdotte non sono
sufficienti
• Impatto architettonico minimale
POLTRONCINE IMBOTTITE
Tempo di riiverbero (sec
c)
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
nterni
8
7
6
5
4
3
2
1
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenze (Hz)
Attuale
D.M.18/12/75
Dopo l'intervento
• Buone prestazioni fonoassorbenti a tutte le bande
di frequenza considerate
• Soluzione migliorativa rispetto allo stato attuale
TELO TESO ALL’IMPOSTA DELLA VOLTA
Tem po d
di riverbero (sec)
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
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8
7
6
5
4
3
2
1
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenze (Hz)
Attuale
D.M.18/12/75
Dopo l'intervento
• Buone prestazioni fonoassorbenti alle frequenze
più alte
• Nonostante si tratti di una soluzione mobile,
l’impatto architettonico con il telo disteso è
piuttosto forte
Tempo d
di riverbero (sec)
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
nterni
TENDE IN VELLUTO TESO ALLE PARETI
8
7
6
5
4
3
2
1
0
125
250
500
1000
2000
4000
Frequenze (Hz)
Attuale
D.M.18/12/75
Dopo l'intervento
• Buone prestazioni fonoassorbenti alle frequenze
più alte
• La possibilità di avvolgere le tende e la scelta di
una tonalità
t
lità vicina
i i a quella
ll delle
d ll pareti
ti rendono
d
questa soluzione compatibile con l’ambiente
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
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S. Secchi – L
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custica deglli ambienti in
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La qualità acustica delle grandi sale
Auditorium di Turku (Finlandia)
Tempo di riverberazione ottimale
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(secondo Barron)
M i per organo
Musica
Olt 2.5
Oltre
2 5 sec
Musica del periodo romantico
1 8 - 2.2
1.8
2 2 sec
Musica classica
1 6 - 1.8
1.6
1 8 sec
Opera
1 3 - 1.8
1.3
1 8 sec
Musica da camera
1.4 - 1.7 sec
Teatro
0.7 - 1.0 sec
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
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Valori raccomandati del tempo di riverberazione
Presenza di pubblico nella sala
Calcolo del tempo di riverberazione nei tre casi di auditorio completo,
completo
ridotto a ¾ e vuoto
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
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τ60,completo
τ60,3/4
τ60,vuoto
L'optimum
L'
ti
di riverberazione
i b
i
d
dovrebbe
bb essere raggiunto
i t a sala
l vuota
t o a 3/4 di
occupazione
Questo per il motivo che raramente una sala per concerti raggiunge il pieno
affollamento
L'uniformità dei tempi di riverberazione in condizione diversa di affluenza
d l pubblico
del
bbli puòò essere ricercata
i
t attraverso
tt
l' tili
l'utilizzo
di poltrone
lt
aventi
ti un
coefficiente di assorbimento tale che, in caso di non occupazione da parte di
una persona, eguagli o si avvicini alla condizione di occupazione.
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
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Il ritardo delle prime riflessioni
(early sound e late sound)
Da un punto di vista
psicoacustico durante
un'esecuzione musicale,
ll'early
early sound contribuisce
alla chiarezza e alla
definizione del suono,
suono
mentre il late sound crea il
sostegno sonoro sul quale il
suono diretto e le prime
riflessioni vengono distinte
dall'orecchio.
comportamento di una sala di media
grandezza
Il tempo di ritardo iniziale
(Initial-Time-Delay-Gap)
S. Secchi – L
La qualità ac
custica deglli ambienti in
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“The greater the time delay of the reflection, the less pleasant the music becomes”
(Beranek)
Differenza tra
Diff
t il tempo
t
impiegato
i i t dal
d l primo
i
raggio riflesso a raggiungere un dato
ascoltatore e quello impiegato dal raggio
diretto.
Problema solitamente associato ad una sala
dal grande volume.
volume
Secondo Beranek valore ottimale del tempo
iniziale di ritardo dell'ordine di
25 millisecondi.
illi
di
Ottenimento di questo valore spesso difficile
per le dimensioni delle g
p
grandi sale p
per
musica sinfonica odierne.
Studi sperimentali compiuti nelle nuove sale
riscontrano valori dell
dell' I.T.D.G
I T D G prossimi a
30 millisecondi.
Il tempo di ritardo iniziale
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custica deglli ambienti in
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(Metodo grafico di stima)
S. Secchi – L
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Il tempo di ritardo iniziale
(Metodo grafico di stima)