1. Acustica architettonica.ppt [modalità compatibilità] · della sala ggg piunge, sebbene con un...

2. Acustica

ACUSTICA ARCHITETTONICA

1. T60 e qualità acustica1. T60 e qualità acustica2. Indici di qualità acustica per musica e parlato3. Criteri di progettazione e correzione acustica per le sale3. Criteri di progettazione e correzione acustica per le sale

1Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti 1Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

La riverberazione e la qualità acustica di salesale

• Le condizioni per un'ottimale trasmissione di messaggi sonori in un ambiente chiuso,

sia che si tratti di parlato o di musica, sono state riassunte da Sabine in queste

semplici regole:p g

1) il suono deve giungere sufficientemente intenso in tutti i punti di ascolto della sala;2) i i h i d id i i d i ll' lt t hi i2) i suoni che si succedono con rapida emissione devono arrivare all'ascoltatore chiarie distinti mantenendo la loro individualità;3) le componenti spettrali di un suono complesso devono mantenere in modoinalterato le loro intensità relative.

• La presenza delle pareti fa incrementare la potenza acustica ricevuta dall'ascoltatore

rispetto al caso del campo sonoro libero; oltre al suono diretto, infatti, in ciascun punto

della sala giunge, sebbene con un certo ritardo, anche il suono riflesso dalle pareti. g g p

• Tale fenomeno, noto con il nome di riverberazione, gioca un ruolo fondamentale nella

determinazione delle condizioni di comfort auditivo all'interno degli ambienti confinati

2Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti 2Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

determinazione delle condizioni di comfort auditivo all'interno degli ambienti confinati.

La riverberazioneApproccio dell’acustica geometrica

2

3

Approccio dell acustica geometricaS = sorgenteR = ricevitoreD = distanza tra D e R1 d i ifl i

S

2

d

1

R1 = onde prima riflessione....N = n-esima riflessione

W

Wa) a) andamento temporale della potenzaemessa dalla sorgente;Ws emessa dalla sorgente;

b) andamento temporale della densità dii l i it R

0 Tt

energia nel ricevitore R.

1D1 DDD Δ+= 212 DDD Δ+=

DR

D Db)1D1 212

12 DD Δ<Δ 1nn DD −Δ<Δ

DDDD2

D1

DD

D'''D''D'ΔD 2

ΔD1

rivDR DDD +=

(TA – T0): transitorio di attacco;

3Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. MorettiTAT2T1T0 T T'TE TF0

t

(TA T0): transitorio di attacco;(TE – TA): regime

(TF – TE): transitorio di estinzione.

La riverberazione

D

T T tT0 TE

In condizioni di campo libero, non vi sono più i transitori di attacco e di p , pestinzione e la densità ha lo stesso andamento temporale della potenza

emessa, differendo solo per il ritardo t0 = d/c dovuto alla distanza fra S e R.

4Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

La riverberazione

• Se da un lato la presenza del campo sonoro riverberato è utile aifini dell'ascolto, perché il suo contributo innalza il valore della densitàdi energia sonora in regime permanente e fornisce "condizioni naturali"di energia sonora in regime permanente e fornisce condizioni naturalidi ascolto,

• da un altro lato un valore eccessivo della durata dei transitori diattacco e di estinzione può peggiorare la qualità dell'ascolto stesso, conperdita di intelligibilità e "impastamento" del segnale sonoroperdita di intelligibilità e impastamento del segnale sonoro.


Esempio: si consideri un oratore all'interno di un ambiente chiuso, che emettela parola inglese bisillabica BACK. Da un punto di vista acustico BACK viene

i t d i i i i l ti i tti tpronunciata con due emissioni sonore successive relative, rispettivamente,alla sillaba BA e alla sillaba CK.

A) andamento temporale del livello dipotenza acustica associato alla

0

W (W)0

a)BA

potenza acustica associato allaemissione della parola ingleseBACK;

-25

3250 50

CK

t (ms)

B) andamento temporale della densitàacustica in corrispondenza di un

D (J/m )

325

0

0 50

b)BA

t (ms)

3

ricevitore posto in un campo pocoriverberato: le due sillabe non sisovrappongono;

CK

pp g ;

C) andamento temporale della densitàacustica in corrispondenza di un0 c)

t (ms)

D (J/m )3

acustica in corrispondenza di unricevitore posto in un campo moltoriverberato: le due sillabe sisovrappongono

c)BA

CK


sovrappongono.

t (ms)

TEMPO DI RIVERBERAZIONE

• tempo di riverberazione τ60: è definito come il tempo necessario affinchéla densità di energia acustica in un punto diminuisca di 106 volterispetto al valore che aveva nell'istante in cui l'onda diretta ha cessatodi raggiungere il punto

• Maggiore è τ60, maggiore è la durata dei transitori di attacco e diestinzione ed il valore della densità acustica a regime.

• In un’ipotetica situazione limite, con coefficiente di assorbimento=1, τ60=0,vista l'assenza del campo riverberato.

• Si intuisce dunque che τ60 dipende dalla capacità complessiva diassorbire energia acustica da parte dell'ambiente; maggiore èl' bi t i è il t di i b i


l'assorbimento, minore è il tempo di riverberazione.

T60: teoria di Sabine

Valutazione quantitativa tramite una relazione analitica che permetta di calcolare il

tempo di riverberazione a partire dalle caratteristiche geometriche della sala e dalle

proprietà di assorbimento acustico delle superfici che la delimitano.

Il fisico statunitense Wallace Clement Ware Sabine fu il primo ad affrontare con

approccio scientifico lo studio della risposta acustica degli ambienti confinati.

AV16,060 =τ V volume dell’ambiente in m3

in

iSA ∑α= A = assorbimento globale o unitài

1iiSA ∑α=

= assorbenti dell’ambiente.

con αi coefficiente di assorbimento medio della i-esima superficie dei materiali che

delimitano l’ambiente e Si la relativa superficie in m2.


T60: teoria di Eyring

L'esperienza mostra che gli errori commessi dalla formula di Sabine sono trascurabili

quando i coefficienti di assorbimento sono compresi nell'intervallo 0,1÷0,7 che

comprende la maggioranza dei casi pratici.

La poca accuratezza della formula di Sabine per valori elevati del coefficiente di

assorbimento delle pareti è superata dalla teoria di Eyring, nella quale viene meno

l'ipotesi di continuità dell'assorbimento, cioè fra una riflessione e l'altra esiste sempre

un istante in cui nessuna onda colpisce le pareti.

( )med60 1lnS

V16,0α−

=τ

in cui αmed è il coefficiente di assorbimento medio delle pareti


TEMPI DI RIVERBERAZIONE OTTIMALIIl valore del tempo di riverberazione che coniuga le due esigenze contrapposte di buona intelligibilità e sufficiente livello di intensità è il tempo di riverberazione

ottimale Esso deve assumere a seconda delle condizioni di ascolto un valore tale daottimale. Esso deve assumere, a seconda delle condizioni di ascolto, un valore tale da offrire il miglior compromesso per l'influenza del campo sonoro riverberato sulla qualità

dell'ascolto.

In linea generale per sale destinate all'ascolto del parlato si riscontrano valori di τ60più brevi, a parità di altre condizioni, che per le sale destinate allo svolgimento di p p p g

programmi musicali. I valori più brevi di τ60 si riscontrano nelle sale in cui il suono diretto viene privilegiato

rispetto a quello riverberato, come avviene per le sale cinematografiche e, inrispetto a quello riverberato, come avviene per le sale cinematografiche e, in generale, quando sia presente un sistema elettroacustico di diffusione sonora. In

questi casi infatti si può sopperire mediante l'impianto elettoacustico alla perdita di densità di energia sonora prodotta dal basso contributo del campo di riverberazionedensità di energia sonora prodotta dal basso contributo del campo di riverberazione.

Viceversa i valori ottimali più alti per τ60 si riscontrano nel caso di ascolto di i ll hi I ti i i f tti il f d ll i b i èmusica per organo nelle chiese. In questi casi infatti il fenomeno della riverberazione è

già stato considerato dal compositore di questo tipo di musica come parte integrante del segnale musicale e l'ascolto in un ambiente poco riverberante risulterebbe grandemente


impoverito.

TEMPI DI RIVERBERAZIONE OTTIMALI

Un'altra considerazione di carattere generale riguarda il fatto che il valoreUn altra considerazione di carattere generale riguarda il fatto che il valore

ottimale di τ60 cresce leggermente all'aumentare del volume della sala, per

d t i t d ti i d'una determinata destinazione d'uso.

Ciò corrisponde intuitivamente al fatto che, all'aumentare del volume della sala,

si accetta un lieve peggioramento della intelligibilità in favore del livellosi accetta un lieve peggioramento della intelligibilità in favore del livello

sonoro, assieme alla sensazione soggettiva di maggiore vastità dell'ambiente

h i t t i t d d iù lche viene spontaneamente associata ad una coda sonora più lunga.



3 5

Tempo di riverberazione ottimale per la banda di ottava con frequenza centrale pari a 500 Hz in funzione del volume e della destinazione d'uso del locale

3,5

3,0

musica per organo

sica classica2,5

,

m

sala da concerto per musica

ala da concerto per musica leggera

( tudio di registrazione)

eraz

ione

[s]

2,0

sala d

sala da concerto (studi

sala da ballo1,5

po d

i riv

erb e

la per conferenze

musica operistica (teatro)

tem

p

icoauditori per parlato

1,0 cinema, sala pm

studio televisivo

studio radiofonico0,5


volume della sala [m ]100

0500 1000 5000

310000 50000

TEMPI DI RIVERBERAZIONE OTTIMALIV i i l d l di i b i i l i l l

2

Variazione percentuale del tempo di riverberazione ottimale rispetto al valore a 500 Hz

1 5

2

00 H

z

1

1,5o

di τ

60,o

tt a 5

0

0,5

1

mol

tiplic

ativ

0

0,5

fatto

re

frequenza [Hz]100 200 500 500020001000 10000

Secondo alcuni Autori, la variazione del tempo di riverberazione ottimale in funzione dellafrequenza deve essere contenuta all'interno degli intervalli di variabilità riportati in figura; con talefrequenza deve essere contenuta all interno degli intervalli di variabilità riportati in figura; con talegrafico si possono ottenere i valori del τ60 ottimale per altre frequenze, come scostamentopercentuale dai valori ottimali alla frequenza di 500 Hz. Seguendo questo criterio si ammette cheτ alle frequenze più basse possa anche quasi raddoppiare rispetto al valore corrispondente a 500


τ60 alle frequenze più basse possa anche quasi raddoppiare rispetto al valore corrispondente a 500Hz; secondo altri Autori τ60 dovrebbe risultare il più possibile uniforme per tutte le frequenzeutili dello spettro.


Formule empiriche per il tempo di riverberazione ottimale.

1. ascolto di musica (ambiente di forma compatta)

33ott,60 V1,0=τ

2. ascolto del parlato

4 V105,0 4ott,60

−+=τ

Entrambe le relazioni forniscono il tempo di riverberazione ottimale in secondi se il volume della sala è espresso in m3.


Indici di qualità acustica delle sale

Il tempo di riverberazione è un parametro globale che non si presta a valutazioni locali nei diversi punti di ascolto; esso risulta pertanto insufficiente.

Indici di qualità acusticaIndici di qualità acustica

Ascolto del Ascolto della

I metodi di analisi impiegabili per tentare di valutare la qualità acustica di una

parlatoAscolto della

musicaI metodi di analisi impiegabili per tentare di valutare la qualità acustica di una

sala conducono a risultati più certi nel caso del parlato, per il quale è possibile individuare più facilmente le condizioni ottimali di ascolto in base a

t i tti i (li ll t l / l'i t lli ibilità)parametri oggettivi (livello sonoro, rapporto segnale/rumore, l'intelligibilità).

Inoltre, la tipologia della sorgente, anche al variare dell'oratore, resta in termini


Inoltre, la tipologia della sorgente, anche al variare dell oratore, resta in termini pratici univocamente definita.

Qualità acustica per la musica

Nel caso della musica invece, oltre ad aversi tipologie assai diverse per la sorgente sonora, non è facile raggruppare in pochi parametri le

impressioni che corrispondono ad un buon ascolto soggettivo, allo scopo di valutare la qualità acustica di una saladi valutare la qualità acustica di una sala.

Le grandezze in grado di costituire indici di qualità devono mettere in evidenza gli aspetti locali, in modo da poter eseguire l'analisi acustica in punti diversi di un dato ambiente, e devono prestarsi ad essere correlati con giudizi soggettivi

di ascoltodi ascolto.

Seguono questo criterio gli indici che fanno riferimento ad un buon equilibrio fra campo sonoro utile e rumore di riverberazione.



Uno studio organico sulla qualità acustica delle sale per l’ascolto dellamusica fu fatto da Beranek negli anni ’50 mediante l’introduzione dimusica fu fatto da Beranek negli anni 50, mediante l introduzione dipunteggi in grado di quantificare i numerosi elementi che concorrono alla suadefinizione. Risulta difficile stabilire dei criteri per individuare le condizioniottimali di ascolto della musica, sia per i numerosi parametri qualitativi dellinguaggio musicale sia perché, nella percezione, entrano in gioco giudizi di tipoestetico ed emozionale

Tenuto conto che il massimo punteggio raggiungibile è pari a 100, Beranek

estetico ed emozionale.

p gg gg g p ,prevede la valutazione della qualità della sala secondo cinque categorie:

C t i P t iCategoria PunteggioA’ eccellente da 90 a 100A da ottimo ad eccellente da 80 a 89A da ottimo ad eccellente da 80 a 89B' da buono a molto buono da 70 a 79B da accettabile a buono da 60 a 69C' tt bil d 50 59


C' accettabile da 50 a 59C scarso al di sotto di 50

Qualità acustica per la musicaIndice di chiarezza C: introdotto da Reichardt e Leumann (1974) per valutarela trasparenza temporale (percezione nitida di note musicali suonate insuccessione rapida) e la trasparenza armonica (possibilità di distingueresuccessione rapida) e la trasparenza armonica (possibilità di distinguerechiaramente note di uno o più strumenti suonate contemporaneamente), è ilrapporto fra il suono utile e il rumore di riverberazione, in dB:pp

ms80 2

∫

∫=

∞ 2

0

2

10dt)t(p

dt)t(plog10C

∫ms80

dt)t(p

Il t di i t i d l til i 80 t l iIl tempo di integrazione del suono utile pari a 80 ms proposto per la musicaderiva dalla considerazione che l'intervallo di tempo di integrazionedell'orecchio è più lungo per la musica che per il parlato e che i transitori delladell orecchio è più lungo per la musica che per il parlato e che i transitori dellamaggior parte degli strumenti musicali hanno una durata minore di 100 ms.

Valori ottimali dell’indice di chiarezza per la musica:4 C 2 dB


-4 ≤ C80≤ 2 dB


(E l D Ti EDT) é il t di i b i l l t i(Early Decay Time EDT): é il tempo di riverberazione calcolato suiprimi 10 dB della curva di decadimento, estrapolata fino a 60 dB. Il

t è t l di lt di i i hé èparametro è usato nel caso di ascolto di musica poiché, se essa ècontinua, è possibile sentire dopo ciascuna nota solo i primi 10 dB, circa,del decadimento del suonodel decadimento del suono.

Valori ottimali dell’EDT sono compresi tra 1 8 e 2 6 secondiValori ottimali dell EDT sono compresi tra 1,8 e 2,6 secondi.


Qualità acustica per la musicaIndice di intensità (Sound Strenght) G: rapporto tra la risposta nelpunto di osservazione ad un impulso emesso da una sorgente

idi i l l l i l i t ll t i l iomnidirezionale sul palcoscenico e la risposta allo stesso impulso inun punto fisso della sala a distanza s dalla sorgente (presa pari a 5m); Δt rappresenta la durata dell’impulso diretto:m); Δt rappresenta la durata dell impulso diretto:

( )∫∞=t 2 dttp ( )

( )∫π

∫=

Δ==

tt 2s

2

0t

dtt,sps4

dttplog10G

( )∫π=0t

s dtt,sps4

Valori ottimali di G suggeriti in Letteratura sono i seguenti:

d h t i f i t ti lt ll ti G≥ 35 dB• grande orchestra sinfonica, cantanti molto allenati G≥ -35 dB• piccola orchestra, cantanti allenati G≥ -30 dB• oratori, attori allenati G≥ -25 dB


• strumenti deboli, oratori poco allenati G≥ -20 dB

Qualità acustica per il parlato

Negli anni ’50 Haas e Lochner e Burger, in studi riguardanti il parlato,Negli anni 50 Haas e Lochner e Burger, in studi riguardanti il parlato,prevedevano di suddividere le riflessioni in due gruppi: le prime, checontribuiscono a migliorarne l’intelligibilità, e le successive, che la peggiorano.

Sono stati introdotti degli indici che rappresentano il rapporto tra l’energiaassociata al suono diretto e alle prime riflessioni e l’energia associataassociata al suono diretto e alle prime riflessioni e l energia associataalle successive riflessioni: tanto maggiore sarà tale rapporto, tanto piùelevata sarà la qualità acustica della sala.

Occorre individuare l’istante temporale in corrispondenza del quale avviene lasuddivisione tra riflessioni utili e riflessioni disturbanti:suddivisione tra riflessioni utili e riflessioni disturbanti:A seconda del valore da esso assunto furono proposti degli indici, alcuni deiquali validi per il parlato (Thiele e Shultz proposero, nel 1953, un intervallo

t 0 50 il l t ) lt i l icompreso tra 0 e 50 ms per il parlato), altri per la musica.


Indici di qualità per il parlato

Nel caso del linguaggio parlato l’esigenza fondamentale è la corretta comprensione del messaggio trasmesso ossia la sua intelligibilità intesa comacomprensione del messaggio trasmesso, ossia la sua intelligibilità, intesa coma percentuale di parole o frasi correttamente comprese da un ascoltatore rispetto

alla totalità delle frasi pronunciate da un parlatore

Indice di definizione D50 (Thiele e Mayer): rapporto fra il suono utile e il

alla totalità delle frasi pronunciate da un parlatore.

suono utile più il suono disturbante (%):

ms50

∫

∫=

∞ 2

ms50

0

2

50dt)t(p

dt)t(pD

∫0

2 dt)t(p

È correlato all'intelligibilità delle sillabe nel parlato tanto maggiore quanto piùÈ correlato all intelligibilità delle sillabe nel parlato, tanto maggiore quanto più è elevato il valore di D.

Valori ottimali dell’indice di definizione sono superiori al 50% per il


parlato, inferiori al 50% per la musica

Indici di qualità per il parlatoIndice di chiarezza C50 ( rapporto suono utile/riverberato): definito come C80, è calcolato sui primi 50 ms;

ms50

∫

∫∞=

ms

d

dttpC

2

50

0

2

10

)(

)(log10 valori ottimali: C50 > 3 dB.

Rapporto Energia Utile/Energia Dannosa Ut: (Lochner e Burger,1964), è il

∫ms

dttp50

2 )(

rapporto tra l’energia riflessa che arriva all’ascoltatore in un intervallo temporale t e la somma dell’energia riflessa che arriva all’ascoltatore dopo l’intervallo t e dell’energia associata al rumore di fondo:dell energia associata al rumore di fondo:

⎟⎞

⎜⎛ −

=LL

tt

pr

Clog10U

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

++ 10LL

t

pr

101C1Ct è il rapporto lineare tra l’energia utile e l’energia dannosa dovute alle sole t pp g griflessioni (senza considerare il rumore di fondo), Lr e Lp rappresentano il livello del rumore di fondo e il livello del parlato nel punto di ascolto. V l i tti li di Ut U >+1 dB l l ti h U >+4 dB bi ti di


Valori ottimali di Ut: U50>+1 dB per aule scolastiche, U80>+4 dB per ambienti di maggior volume, a 1000 Hz.

Indici di qualità per il parlato: STI e Rasti

Speech Transmission Index (STI): sviluppato a partire dal 1973 da Houtgast,Steeneken e Plomp, si basa sulla funzione di trasferimento di modulazionedella sala (MTF, "Modulation Transfer Function") e sul concetto di segnalimodulati in ampiezza Un segnale modulato in ampiezza è dato da un segnalemodulati in ampiezza. Un segnale modulato in ampiezza è dato da un segnaledi frequenza f1 (portante), che assume ampiezza variabile nel tempo secondouna legge imposta da un segnale di frequenza più bassa f2 (modulante). Se2entrambi sono sinusoidali:

)tf2(senS)t(s 1π= portante

)tf2(senm)t( 2π=μ modulante

Il segnale modulato in ampiezza è:


)tf2(sen))tf2(senm1(S)t(s 12 ππ+= m = indice di modulazione

Indici di qualità per il parlato: STI e Rasti

In molti casi un segnale complesso può essere considerato in termini di segnaledi inviluppo di bassa frequenza; un esempio tipico è quello del segnale vocale chedi inviluppo di bassa frequenza; un esempio tipico è quello del segnale vocale, chepuò essere rappresentato come un segnale di frequenze comprese nella banda acusticainviluppato da un segnale di bassa frequenza (inferiore a 20Hz), legato al ritmo con cuisi susseguono i singoli fonemisi susseguono i singoli fonemi.

In questi termini quando un segnale acustico raggiunge un punto di ascolto in unasala, il suo inviluppo viene alterato rispetto a quello originario della sorgente.Tradizionalmente questa alterazione dovuta alle caratteristiche della sala vienequantificata attraverso il tempo di riverberazione.q p

La relazione fra l'inviluppo del segnale di ingresso (emesso dalla sorgente) e quello diuscita (rilevato in un punto di ascolto) è governata dalla funzione di trasferimentouscita (rilevato in un punto di ascolto) è governata dalla funzione di trasferimentodella sala, la quale agisce sul segnale come un filtro passa-basso.

Poiché le applicazioni del metodo sono state fatte dagli Autori essenzialmente sulPoiché le applicazioni del metodo sono state fatte dagli Autori essenzialmente sulsegnale vocale, il calcolo della MTF viene effettuato per valori di frequenza compresi fra300 e 4000 Hz, per una banda di frequenza del segnale di inviluppo compresa fra 0,4 e20 H ddi i i 18 i t lli di t di tt


20 Hz, suddivisa in 18 intervalli di terzo di ottava.

Indici di qualità per il parlato: STI e RastiCiascun valore della funzione di trasferimento di modulazione viene convertito in termini di rapporto segnale/disturbo apparente S/N:

⎞⎛⎞⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

)(1)(log10 10 Fm

FmNS

F

F è una delle frequenze del segnale di inviluppo, m(F), pari al 100% nelsegnale emesso dalla sorgente sonora, è l’indice di modulazione della portante.m(F) subisce una riduzione in un generico punto della sala dopo aver subitom(F) subisce una riduzione in un generico punto della sala, dopo aver subitol'azione di filtraggio passa-basso propria della funzione di trasferimento frasegnale e punto di ascolto considerato. Ciò dà luogo a diversi valori delrapporto S/N apparente, al variare del punto di osservazione e della frequenzaF. Poiché per F vengono scelti 18 valori standardizzati, per ogni punto siconsiderano 18 valori di rapporto S/N Ciascuno di essi viene inoltre limitato adconsiderano 18 valori di rapporto S/N. Ciascuno di essi viene inoltre limitato adun campo di escursione compreso fra -15 e +15dB, cioè se S/N è <15dB vieneconsiderato il valore assunto realmente, se S/N>15dB si prende un valore disaturazione pari a 15dB.Si considera poi il seguente valore: ∑ ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ 20

181

NS

NS


∑=

⎟⎠

⎜⎝

⎟⎠

⎜⎝ 4,018 F FNN

Indici di qualità per il parlato: STI e RastiViene infine effettuata una normalizzazione in modo da ottenere un indice STI(Speech Transmission Index) i cui valori siano compresi fra 0 e 1:

⎞⎛

30

15+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

= NS

STI

L'indice STI, pertanto, rappresenta il valore medio del rapporto S/Napparente (derivato dai valori della MTF) in un campo di frequenze che

it t i t ti l d l i di i il d l l

30

sono ritenute importanti per la modulazione di inviluppo del segnalevocale. Successivamente è stato proposto, e normalizzato dalla ISO, l'indiceRASTI (Rapid Speech Transmission Index), il quale non aggiunge( p p ), q gg gconcettualmente nulla a quanto detto in precedenza, ma si tratta di unprocedimento rapido per calcolare con buona approssimazione l'indice STI.

Cl di lità di t i i d l l t RASTIClasse di qualità di trasmissione del parlato RASTICattiva < 0,32Mediocre 0 32 0 45Mediocre 0,32 - 0,45Discreta 0,45 - 0,60Buona 0 60 - 0 75


Buona 0,60 - 0,75Eccellente >0,75

Esempio di misura dell’indice RASTI: mappaturamappatura


Indici di qualità per il parlato: test ALCONS

• Per valutare l’intelligibilità del parlato si ricorre frequentemente ad un test avocabolario condotto secondo quanto prescritto dalla norma ISO/TR 4870vocabolario, condotto secondo quanto prescritto dalla norma ISO/TR 4870.Il test denominato ALCons (dall’acronimo anglosassone Articulation Lossof Consonants) è basilare per avere una conoscenza della risposta dialcuni soggetti tipo nella comprensione del parlato. La necessità disvolgere questi test è dovuta al fatto che le misure dei descrittori acustici,sono normalmente svolte senza l’ausilio di controlli e filtri dell’impianto disono normalmente svolte senza l ausilio di controlli e filtri dell impianto dielettrodiffusione i quali normalmente entrano in funzione quando l’oratoreparla al microfono: i risultati pertanto sono indicativi per determinare lafunzionalità acustica del binomio sala-impianto.

• La norma presenta alcune definizioni riguardo la tipologia dei fonemi chei ti d t il t t i ti i di hsono pronunciati durante il test e ai tipi di prove che possono essere

effettuate.• Esempio: studio della qualità acustica del Duomo di Perugia• Esempio: studio della qualità acustica del Duomo di Perugia



• Uno dei test più diffusi è quello a lista chiusa, o test a vocabolario: esso sibasa su di una sorta di dettato in cui un certo numero di lettoribasa su di una sorta di dettato in cui un certo numero di lettoriprovvede a leggere alcuni gruppi di parole, non necessariamente disignificato compiuto: agli ascoltatori, di età compresa tra i 20 e i 62anni, distribuiti in maniera omogenea e a copertura dell’areainteressata, sono forniti dei moduli in cui devono riconoscere ilfonema che hanno udito scegliendolo tra diverse possibilitàfonema che hanno udito scegliendolo tra diverse possibilità.

• Il set di vocaboli di ogni scelta è creato ad hoc, affinché i fonemi variantirisultino prossimi e quindi facilmente confondibili nella dizione. Sip qcitano come esempio le voci per la lingua italiana TIna e DIna (la primacon suono dentale esplosivo sordo, la seconda esplosiva sonora), PIna eBI (l bi l l i d i tti t ) CABIna (labiale esplosiva sorda e sonora rispettivamente) oppure CAna eGAna (di pronuncia gutturale).

• Le parole devono essere incluse in una frase detta portante del tipo:• Le parole devono essere incluse in una frase detta portante del tipo:“Segnate ora la parola …..”. La frase portante è tale che la correttacomprensione dello stesso fonema non dipenda dal suo contesto e dal suosignificato.



• I lettori (almeno due secondo le norme americane, un maschio e unafemmina) vanno scelti fra i parlatori medi (non professionisti cioè nonfemmina) vanno scelti fra i parlatori medi (non professionisti, cioè nonattori o doppiatori), rappresentativi per lingua madre, età e sesso di chisarà l’utilizzatore dell’impianto analizzato; non devono evidenziare alcungrave difetto di pronuncia o inflessione dialettale non locale.

• Gli ascoltatori scelti (in numero pari o superiore ai lettori) devono esseret ti i li d tà di hi à il f itrappresentativi per lingua madre, età e sesso di chi sarà il fruitore

dell’ambiente analizzato, non devono evidenziare alcun grave difettopercettivo. Gli ascoltatori devono distribuirsi in maniera casuale nell’areaploro destinata.

• Il metodo di valutazione consiste nel ricavare il numero percentuale diparole correttamente percepite in rapporto al totale delle parole che sonostate lette. Dall’analisi dei moduli compilati da ciascun ascoltatore èpossibile ricavare un punteggio percentuale dell’intelligibilità dellapossibile ricavare un punteggio percentuale dell intelligibilità dellaparola, espresso come:

W100T = numero totale di fonemi del test;N = numero di risposte alternative fornite agli ascoltatori, N≥2


)1N

WR(T

100(%)I−

−= R = numero di voci correttamente percepite dagli ascoltatori;W = numero sbagliato di voci.

Indici di qualità per il parlato: test ALCONS% di parole comprese Grado di intelligibilità

< 35% cattivo

65% scarso

80% sufficiente

95% buono95% buono

> 95% ottimo

In ultimo, una volta ottenuta l’intelligibilità media per posizione dell’ascoltatore, si è ricavata l’intelligibilità media globale della sala. Un’ulteriore relazione matematica lega il valore dello STI al giudizio di intelligibilitàUn ulteriore relazione matematica lega il valore dello STI al giudizio di intelligibilità del test ALCons.

ALCons = )STI(419,5e5405,170 −

Valori di ALcons Giudizio di intelligibilità0 - 5 Ottimo

5 - 10 Buono10 - 15 Sufficiente15 20 Scarso


15 - 20 Scarso> 20 Cattivo

Progettazione acustica delle sale

La progettazione acustica di una sala, soprattutto se deve rispondere arequisiti impegnativi come avviene nel caso di un auditorium di un teatro orequisiti impegnativi come avviene nel caso di un auditorium, di un teatro odi uno studio di registrazione, deve essere impostata correttamente findalla forma geometrica.dalla forma geometrica.

La soluzione di problemi acustici gravi risulta complessa sia conl’inserimento di materiali e/o strutture con spiccate qualita’ acustiche siacon l’ausilio di impianto di elettrodiffusione

Le condizioni necessarie per ottenere una buona risposta acustica in una salaLe condizioni necessarie per ottenere una buona risposta acustica in una salasono le seguenti:

1) f t i di i i t tt i ti h d i t i li1) forma geometrica, dimensioni opportune e caratteristiche dei materiali;2) livello sonoro sufficiente per tutti i punti di ascolto;3) assenza di rumori disturbanti, ovvero elevato rapporto segnale/disturbo;


3) assenza di rumori disturbanti, ovvero elevato rapporto segnale/disturbo;4) tempo di riverberazione ottimale.

Forma della sala e caratteristiche di assorbimento e riflessione acustica delle pareti

Geometria

p

I difetti acustici legati alla forma della sala sono:- focalizzazione del suono;

d i idd tti ti di (li lli di i ibil t- presenza dei cosiddetti punti sordi, (livelli di pressione sonora sensibilmente più bassi del valore medio;

- fenomeni di eco.

Alcune forme delle pareti di confine concentrano localmente l’energia sonora, mentre altri p nti non rice ono abbastan a energia riflessamentre altri punti non ricevono abbastanza energia riflessa

livello sonoro insufficientelivello sonoro insufficiente


Influenza della formaFocalizzazione del suono in presenza di superficie concave e di piani a

base circolare o ellittica.

Esempio di movimentazione di una superficie concava con un opportunoEsempio di movimentazione di una superficie concava con un opportuno

rivestimento, in modo da introdurre fenomeni di diffusione, che


impediscano la concentrazione del suono.

Influenza della forma

La forma dell'ambiente deve essere possibilmente compatta, conp p ,

dimensioni non molto diverse fra loro.

È consigliato separare architettonicamente la sala da corridoi di

accesso, dalla tromba delle scale e da altre zone con forma particolare,

che possono costituire cavità di risonanza.p


L’eco

Si manifesta quando vi è una riflessione particolarmente intensa rispetto al livello medio del campo riverberato, che giunge nel punto di ascoltolivello medio del campo riverberato, che giunge nel punto di ascolto con un ritardo rispetto al suono diretto superiore a 70 - 100 ms.

Tenuto conto della velocità del suono nell'aria, ad un tale tempo di ritardo corrisponde un percorso superiore a circa 24 m, per cui l'eco può

manifestarsi solo in ambienti piuttosto grandi .

Per avere il fenomeno dell’eco non basta la sola condizione geometrica , ma devono coesistere 2 ulteriori condizioni:

1. il suono riflesso deve avere una intensità non troppo diversa dal suono diretto;;

2. l'intervallo di tempo intercorrente tra il suono diretto e quello riflesso deve essere di relativo silenzio, senza cioè che tra i due suoni si manifesti la presen a di na intensa ri erbera ione


presenza di una intensa riverberazione.

L’ecoNel caso di presenza di eco, un possibile rimedio consiste nel rendere lasuperficie che rinvia il suono diffondente (movimentando la superficie in

d l t i t l fi i ) / b tmodo analogo a quanto visto per la superficie concava) e/o assorbente.

Le superfici riflettenti devono essere disposte in modo che le onde di primariflessione abbiano un ritardo, rispetto all'onda diretta, inferiore a 50 ms, cosìda essere percepite come rafforzamento dell'onda diretta stessa.

Se la sorgente è posta in prossimità di una parete della sala, è buona regolaricoprire la parete con materiale riflettente, in modo che le onde riflessepossano rafforzare l'onda direttapossano rafforzare l onda diretta.Un altro fenomeno sgradevole che può manifestarsi è l'eco multipla, che si

verifica in presenza di due pareti riflettenti parallele fra loro e in presenza di segnali acustici di breve durata.

Viene percepito come una vibrazione legata alla frequenza di ripetizione del suono tra un rinvio e l'altro delle pareti opposte che si sovrappone al suonosuono tra un rinvio e l altro delle pareti opposte, che si sovrappone al suono

utile. Questo fenomeno non è legato al vincolo geometrico della distanza visto nel


caso precedente, ma si manifesta per un esteso campo di valori della distanza fra le pareti.

L’eco

In una sala destinata all'ascolto bisogna porre molta attenzione quando si utilizza una galleria sovrapposta alla platea allo scopo di aumentare il numeroutilizza una galleria sovrapposta alla platea, allo scopo di aumentare il numero

di posti utili.

Se la galleria è di una certa profondità, la parte coperta della platea può soffrire facilmente del fenomeno dell'eco multipla.

Il rimedio in questi casi consiste già in fase di progettazione:Il rimedio in questi casi consiste, già in fase di progettazione:

-evitare gallerie troppo estese (come orientamento di profondità non superiore g pp ( p pa 4-5 m);

-prevedere il soffitto della platea non parallelo al pavimento, con una inclinazione tale da favorire una buona diffusione del suonoinclinazione tale da favorire una buona diffusione del suono.


Posizione reciproca sorgente - ascoltatori

Nella disposizione dei posti degli spettatori, di solito si segue il criterio di l fil di lt d lt di i i li tporre le file di poltrone ad altezze diverse, su un piano inclinato o sopra una

gradinata, in modo da avere una buona visione in ogni punto della sala, senza essere ostacolati dagli spettatori che precedono.senza essere ostacolati dagli spettatori che precedono.

Ove non sia possibile disporre i posti nel modo sopra descritto, si può p p p p , pcercare di ottenere lo stesso effetto ponendo la sorgente sonora più in alto

rispetto alla platea.

Questa disposizione viene seguita in alcune sale cinematografiche o in occasione di spettacoli all'aperto ove non sia prevista una disposizione p p p p

fissa delle poltrone


Posizione delle superfici riflettenti e delle superfici assorbenti

•Evitare di rivestire con materiale fonoassorbente alcune superfici che possonocostituire dei riflettori utili ai fini di un buon ascolto come ad esempio la parete

superfici assorbenti

costituire dei riflettori utili ai fini di un buon ascolto, come ad esempio la paretealle spalle della sorgente, nel caso di una sala destinata alla diffusione del parlato (aulascolastica o sala per conferenze). Infatti, il suono da essa riflesso sarà poco ritardatorispetto al suono diretto e contribuirà ad elevare il livello del suono utile.

•Una funzione altrettanto utile può essere svolta da una parte del soffitto prossimo allasorgente sonora Se il soffitto è sagomato in modo opportuno è possibile realizzaresorgente sonora. Se il soffitto è sagomato in modo opportuno, è possibile realizzareriflettori in grado di rinforzare il suono diretto, anche nei punti più lontani dalla sorgentesonora, mediante onde di prima riflessione aventi un ritardo contenuto (entro circa 30ms) rispetto al suono diretto e perciò utili per l'ascolto. Per questo motivo, le sale digrandi dimensioni assumono forme non parallelepipede, in modo da favorire le primeriflessioni e distribuirle in modo uniforme su tutta l'area occupata dagli spettatori.riflessioni e distribuirle in modo uniforme su tutta l area occupata dagli spettatori.

•Per quanto riguarda la parete di fondo della sala, essa non deve rinviare il suono indirezione della sorgente, per evitare pericolosi fenomeni di eco se la sala è di grandi

ff f Sdimensioni e in ogni caso indesiderabili effetti di interferenza col suono diretto. Sequesta parete è riflettente deve essere rientata in modo da rinviare il suono verso gliultimi posti della sala, oppure è necessario che sia rivestita di materiale assorbente eultimi posti della sala, oppure è necessario che sia rivestita di materiale assorbente ediffondente.


Posizione delle superfici riflettenti e delle superfici assorbentisuperfici assorbenti


Livello sonoro sufficiente in tutti i punti di ascolto

Un aspetto molto importante per l'ascolto è legato al livello sonoro nei vari punti

ascolto

p p p g pdella sala. Se non si vogliono sottoporre gli ascoltatori ad uno sforzo di

attenzione esagerato, un livello minimo di 65 dB è necessario per assicurare una buona intelligibilità della parola.

Un mezzo per aumentare il livello sonoro consiste nel disporre di un rinforzo del suono diretto mediante opportuni riflettori che consentano di sfruttare isuono diretto mediante opportuni riflettori che consentano di sfruttare i

principi della riverberazione direzionale.

Sezioni longitudinali di sale la cuiforma contribuisce a rinforzarel’intensità del campo direttol’intensità del campo diretto.


Livello sonoro sufficiente in tutti i punti di ascoltoascolto

All'aumentare del volume della sala mantenendo sufficiente il livello sonoro occorre diminuire le unità assorbenti, fino ad un valore tale da non ,

compromettere l'intelligibilità. Ne consegue che esiste un volume della sala oltre il quale non è più possibile assicurare un livello sonoro

soddisfacente senza un deterioramento della qualità dell'ascolto.

Esiste cioè un volume limite dell'ambiente oltre il quale per assicurare un livello

Il valore di questo limite dipende anche dalla potenza sonora erogata dalla

Esiste cioè un volume limite dell'ambiente oltre il quale, per assicurare un livello sonoro soddisfacente, è necessario ricorrere ad un impianto di amplificazione.

Il valore di questo limite dipende anche dalla potenza sonora erogata dalla sorgente e quindi dalla natura della sorgente stessa (oratore, coro, musica

da camera, ecc.). , )Sorgente sonora Volume massimo della sala (m3)

Oratore 3000Oratore 3000Oratore addestrato (attore, predicatore) 6000Cantante o solista strumentale 10000Cantante o solista strumentale 10000Orchestra sinfonica 20000


Assenza di rumori disturbanti

Oltre ad assicurare un livello soddisfacente del suono, occorre che questo non i lti di t b t d ll di i ttibili i i i ti ll'i t d llrisulti disturbato dalla presenza di rumori percettibili, sia originati all'interno della

sala sia di provenienza esterna. In ogni caso occorre rilevare il rumore di fondo e il suo spettro di frequenzaIn ogni caso occorre rilevare il rumore di fondo e il suo spettro di frequenza.

Il livello di rumore in una sala vuota non deve superare 35 dB. p

Esempio: rumore esterno = 75 dB, occorrerà prevedere un isolamento acustico di almeno 40 dB per rispettare le specifiche del rumore di fondo interno.


Tempo di riverberazione ottimalePer il tempo di riverberazione, valgono le considerazioni già viste a proposito della destinazione d'uso della sala. Il valore del tempo di riverberazione deve

essere anche sufficientemente indipendente della frequenza per avere un buonessere anche sufficientemente indipendente della frequenza per avere un buon equilibrio fra le varie componenti del suono all'interno dell'ambiente.

Andamento del tempo diriverberazione ottimale per unriverberazione ottimale per unauditorio per parlato di 500m3 in funzione dellafrequenzafrequenza

2

1,5

di τ

60,o

tt a 5

0 0 H

z

il tempo di riverberazione ottimale a 500 Hz è pari a 0,75 s, mentre alle altre frequenze assume i seguenti valori:

τ60 ott(500) *0,83 < τ60 ott(250) < τ60 ott(500) * 1,30,5

1

fatto

r e m

oltip

licat

ivo


τ60,ott(500) 0,83 τ60,ott(250) τ60,ott(500) 1,3τ60,ott(500) * 0,83 < τ60,ott(1000) < τ60,ott(500) * 0,88τ60,ott(500) *0,8 < τ60,ott(4000) < τ60,ott(500) * 0,88 frequenza [Hz]

0100 200 500 500020001000 10000

Contributo del pubblicoUn’osservazione a parte merita l'effetto fonoassorbente dovuto alla presenza

del pubblico in sala. L'assorbimento acustico prodotto dalle persone è tutt'altro p p pche trascurabile. A titolo orientativo, per la frequenza di 500 Hz, si può stimare

in circa 0,5 unità assorbenti totali il contributo per ciascuna persona. Poiché il tempo di riverberazione varia sensibilmente tra le condizioni di sala

vuota di spettatori e sala piena, per la valutazione del tempo di riverberazione tti l d l h t lottimale occorre procedere con qualche cautela.

1. Nei casi meno impegnativi ci si può riferire a condizioni intermedie,calcolando i valori corrispondenti alle situazioni estremecalcolando i valori corrispondenti alle situazioni estreme.

2. Nelle grandi sale di elevata qualità acustica si possono impiegare dellepoltrone realizzate in modo da avere le stesse unità assorbenti siapquando il posto è vuoto che quando è occupato. In questo modo lariverberazione nella sala, vuota o piena, resta la stessa. Realizzazioni diquesto tipo, oltre a funzionare in modo ottimale in ogni condizione diaffluenza di pubblico, sono molto apprezzate dai musicisti, che possonosuonare durante le prove in condizioni del tutto simili a quellesuonare durante le prove in condizioni del tutto simili a quelledell'esecuzione pubblica.


Progettazione

Noti i valori del tempo di riverberazione ottimale alle varieNoti i valori del tempo di riverberazione ottimale alle varie frequenze, si valutano, mediante la relazione di Sabine le unità

assorbenti ottimali A (f ) relative alla banda di frequenza fassorbenti ottimali Aott (fi) relative alla banda di frequenza ficonsiderata:

)f(V16,0)f(A

iott,60iott τ=

La scelta dei materiali, della tipologia delle pareti e degli arredi va effettuata in modo da garantire che:va effettuata in modo da garantire che:

)f(A)f(A )f(A)f(A iotti =


Correzione acusticaQuando un ambiente già in opera è caratterizzato da una cattiva qualità

acustica, è necessario ricorrere alla cosiddetta correzione acustica. I casi che si possono presentare sono due:possono presentare sono due:

1. ambiente troppo riverberante, quando il tempo di riverberazione è superiorea quello ottimale;

2 ambiente sordo quando il tempo di riverberazione è inferiore a quello2. ambiente sordo, quando il tempo di riverberazione è inferiore a quelloottimale.

Nel caso 1), che è anche quello più frequente, devono essere aggiunte unitàassorbenti Aagg (fi) in modo da soddisfare la seguente relazione:

)f(A)f(A)f(A iiottiagg −= )()()( iiottiagg

⎞⎛ 11

Che in termini di tempo di riverberazione, può essere riscritta come:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

τ−

τ⋅=

)f(1

)f(1V16,0)f(A

i60iott,60iagg


Per ciascuna banda di frequenza si ottiene un diverso valore delle unitàassorbenti da aggiungere.

Correzione acusticaL'aggiunta delle unità assorbenti viene perseguita mediante l'applicazione dipannelli fonoassorbenti, il coefficiente di assorbimento e la superficie dei quali

di i ti i b l l di A (f ) S i f i iti dsono dimensionati in base al valore di Aagg (fi). Se non si fosse riusciti adottenere τ60,ott a tutte le frequenze, si sarebbe dovuto scegliere unpannello con caratteristiche diverse oppure si sarebbero dovute installarepannello con caratteristiche diverse oppure si sarebbero dovute installarepiù tipologie di pannelli, ciascuno con α(f) elevato solo su una strettabanda di frequenze.

Per apportare la correzione acustica nel caso di ambiente sordo, deve esserediminuito il valore delle unità assorbenti con lo stesso procedimento, fino adiminuito il valore delle unità assorbenti con lo stesso procedimento, fino araggiungere quello ottimale alle varie frequenze.Alternativamente si può introdurre un impianto elettroacustico di diffusioned l i d d ti i li ll di i i t tti idel suono, in modo da garantire un maggior livello di pressione sonora in tutti ipunti della sala. Nel momento in cui il tempo di riverberazione, dopo lacorrezione, rientra entro i valori ottimali, anche gli altri indici di qualità acusticacorrezione, rientra entro i valori ottimali, anche gli altri indici di qualità acusticadelle sale migliorano, avvicinandosi ai valori ottimali. Ciò può essereagevolmente verificato mediante misure prima e dopo la realizzazioned ll’ tt i l i i di t t i di i di l l


dell’opera, ovvero attraverso simulazioni mediante opportuni codici di calcolo.

Esempio di correzione acusticaLa misura del tempo di riverberazione avviene in conformità alla UNI 3382,con il metodo della stazionarietà interrotta o con il metodo dell’impulso.

Supponendo di aver misurato il tempo di riverberazione prima dell’intervento,si possono calcolare le unità assorbenti presenti:p p

frequenza (Hz)

tempo di riverberazione misurato (s)

unità assorbenti presenti (m2)(Hz) misurato (s) presenti (m )

250 1,3 62500 1 0 80500 1,0 801000 0,9 894000 1,8 444000 1,8 44

frequenza (Hz) τ60 ottimale(s) A ottimali (m2) A aggiuntive (m2)250 0 80 100 38250 0.80 100 38500 0,75 107 271000 0 64 125 361000 0,64 125 364000 0,63 127 83


Esempio di correzione acusticaPer l'aggiunta di tali unità assorbenti si applica un pannellofonoassorbente con coefficiente di assorbimento α elevato allaf di 4000 H i hé il i l d ll ità b ti dfrequenza di 4000 Hz, poiché il massimo valore delle unità assorbenti daaggiungere si ha a 4000 Hz.Se il pannello mostra, ad esempio, α(4000) = 0,78, la superficie diSe il pannello mostra, ad esempio, α(4000) 0,78, la superficie dipannello da aggiungere è:

10678,0

838,0

)4000(AS agg === (m2)

frequenza (Hz)

α del sughero

A aggiunte (m2) τ60 finale(s) τ60 ottimale(s)

250 0,35 37,1 0,81 0.80500 0,40 42,4 0,65 0,751000 0,40 42,4 0,61 0,644000 0,78 83,0 0,63 0,63

Tempo di riverberazione dopo l'intervento.


Fasi della progettazione degli interventi di correzione acusticacorrezione acustica

Generalmente, la correzione acustica è articolata nelle seguenti fasi:

1. caratterizzazione dello stato attuale mediante una campagna di misure dei principali descrittori acustici della sala (tempo di riverberazione, indici di definizione chiarezza RASTI STI);di definizione, chiarezza, RASTI, STI);

2. progettazione degli interventi;p g g

3. simulazioni dello stato di progetto( ad esempio, impiegando Ramsete), al fine di prevedere lo stato acustico dopo la realizzazione delle correzionial fine di prevedere lo stato acustico dopo la realizzazione delle correzioni acustiche;

4. misure di verifica dei principali descrittori acustici della sala (tempo di riverberazione, indici di definizione, chiarezza, RASTI, STI) dopo la realizzazione dell’opera


realizzazione dell opera.

Esempio: studio di fattibilità per la riqualificazione dell’Aula Magna dell’Università di Perugiadell Aula Magna dell Università di Perugia


Studio di fattibilità per la riqualificazione dell’Aula Magna dell’Università di PerugiaMagna dell Università di Perugia


1. Acustica architettonica.ppt [modalità compatibilità] · della sala ggg piunge, sebbene con un...

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