Tesi di laurea in Fisica Tecnica Ambientale

STUDIO E RIQUALIFICAZIONE ACUSTICA DEL TEATRO A.MANZONI DI CASSINO.

SECONDA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI

DIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA E DISEGNO INDUSTRIALE “LUIGI VANVITELLI”

CORSO DI LAUREA IN ARCHITETTURA

Tesi di laurea in Fisica tecnica ambientale

Studio e riqualificazione acustica del teatro A. Manzoni di Cassino.

Relatore Candidato Prof. Ing. Luciano Conte Gino Iannace matricolaA00/473

ANNO ACCADEMICO 2014/2015

INDICE

Introduzione

Acustica e architettura……………………………………………………………………….1

Capitolo 1 Il suono

1.1 Le grandezze acustiche………………………………………………………………….. 4 1.2 Livelli sonori e scala dei decibel………………………………………………………… 5

Capitolo 2 Il suono degli ambienti chiusi e assorbimento acustico.

2.1 La risposta all’impulso……………………………………………………………………. 7 2.2 Acustica geometrica……………………………………………………………………… 9 2.3 Aspetti soggettivi………………………………………………………………………… 13 2.4 Capacità di integrazione di riflessioni ravvicinate…………………………………….. 15 2.5 Effetto di mascheramento………………………………………………………………. 16

Capitolo 3 La riverberazione e i parametri acustici

3.1 La riverberazione……………………………………………………………………….. 17 3.2 Qualità acustiche di un ambiente……………………………………………………… 22 3.3 Livello di pressione in un ambiente chiuso………………………………………….... 24 3.4 Indici e parametri di caratterizzazione acustica……………………………………. ..26

Capitolo 4 L’assorbimento acustico

4.1 L’assorbimento………………………………………………………………………….. 31 4.2 Materiali porosi………………………………………………………………………….. 33 4.3 Risuonatori acustici…………………………………………………………………….. 35 4.4 Pannelli vibranti…………………………………………………………………………. 36

Capitolo 5 Il teatro A. Manzoni di Cassino

5.1 Cenni sulla città di Cassino…………………………………………………………….. 36 5.2 Cenni di storia del teatro A. Manzoni e stato di fatto………………………………… .38 5.3 Scopo del lavoro………………………………………………………………………... 42

Capitolo 6 L’acustica del teatro Manzoni

6.1 Studio acustico…………………………………………………………………………. .43 6.2 Modello 3D e simulazione computerizzata…………………………………………….47 6.3 Importazione del modello nel software Odeon e taratura…………………………….49 6.4 Valutazione dei risultati………………………………………………………………….52

Capitolo 7 Analisi del suono secondo le componenti 3D

7.1 La registrazione multicanale……………………………………………………………57 7.2 Analisi dei diagrammi dell’impulso……………………………………………………..59

Capitolo 8 Tre progetti in uno: acustica a geometria variabile.

8.1 Geometria variabile……………………………………………………………………...63 8.2 Tre configurazioni in base all’uso: interventi fissi e interventi mobili………………..63 8.3 Configurazione geometrica 1 e 2: passaggio da teatro a musica…………………..66 8.4 Configurazione 3: riduzione del volume della sala…………………………………...70

Capitolo 9 Simulazione acustica delle tre configurazioni

9.1 Simulazione della configurazione 1 e valutazioni……………………………………71 9.2 Simulazione della configurazione 2 e valutazioni……………………………………76 9.3 Configurazione 3: trasformare la sala in un cinema sourround…………………….81

Capitolo 10 Conclusioni

Ringrazio il Prof. Gino Iannace per avermi

guidato giorno per giorno durante questo

lavoro, i miei genitori che mi hanno supportato

e sopportato, parenti e amici e tutti coloro che

mi hanno appoggiato e aiutato nella ricerca

delle fonti, nella scelta del tema e durante la

realizzazione.

Introduzione

Per introdurre i concetti che stanno alla base dell’acustica architettonica è

necessario far comprendere la sua importanza quando parliamo di comfort di un

ambiente antropizzato o più nello specifico di un opera architettonica. Innanzitutto è

necessario dare due definizioni.

L’armonia generalmente è definita come l’ordine, cioè la disposizione finalisticamente

organizzata delle parti di un tutto. Nella musica è l’insieme dei suoni che creano

un’impressione acustica piacevole. Quindi di conseguenza è necessario introdurre il

concetto di suono. Esso viene definito da Boezio, nel De Institutione musica (Boezio

ed 1990), come una percussione dell’aria che non si interrompe fintanto che non

colpisce l’orecchio. Gli esseri viventi percepiscono il mondo e si muovono all’interno

di esso grazie ai sensi e quindi grazie agli organi di senso. Fra tutti, uno dei più

complessi è l’orecchio, inteso come apparato uditivo.

Esso è composto da una struttura passiva di ricezione del suono e da una attiva di

trasformazione del suono in messaggi chimici ed elettrici verso il cervello. Non basta

che il suono arrivi all’orecchio, esso deve anche essere comprensibile, cioè nel modo

più corretto. Esso quindi deve essere contestualizzato ovvero deve essere associato

ad azioni umane o che accadono nell’ambiente. La vita e i nostri ricordi infatti sono

spesso collegati a suoni e possiamo riconoscere un ambiente, specialmente quelli

antropizzati, dal suono che questo emette. Quindi comunichiamo informazioni ed

emozioni attraverso il suono, dunque attraverso onde che viaggiano nell’aria e nelle

quali siamo costantemente immersi.

Detto ciò è quindi necessario progettare e costruire pensando all’acustica ambientale

come necessaria per la percezione di uno spazio costruito o antropizzato. Per tale

motivo possiamo indicare l’acustica architettonica come la disciplina tecnico-

1

scientifica e progettuale che studia la dimensione acustica dell’ambiente antropizzato.

La tecnica e la fisica acustica devono essere affiancate da una buona progettazione

architettonica affinché il risultato degli studi acustici e gli interventi migliorativi della

percezione acustica non danneggino le qualità architettoniche dell’opera. In tal senso,

invece, la progettazione ex-novo o la riqualificazione acustica di un’opera

architettonica possono fornire spunti interessanti e qualificanti per la progettazione

architettonica spaziale, funzionale ed in generale estetica. Ogni tipo di spazio è quindi

sempre da considerarsi uno spazio acustico.

È necessario avere criteri di progettazione e d’intervento per garantire, oltre al

comfort termico, illuminotecnico, impiantistico anche il comfort acustico dell’ambiente

da progettare o da riqualificare. Le ricerche nel campo del comfort infatti negli anni

hanno prodotto soluzioni che riescono a conciliare più aspetti del comfort

architettonico. In alcuni casi, ad esempio materiali fonoassorbenti per l’acustica sono

stati studiati anche per il comfort termico di un edificio.

L’importanza dell’acustica nell’architettura è nota e studiata da sempre nella

storia dell’architettura. Vitruvio stesso nel De Architettura riferendosi ai luoghi del

parlato afferma: “dobbiamo scegliere un posto nel quale la voce possa attenuarsi

soavemente e non ritorni per riflessione in maniera tale da portare un significato

indistinto all’orecchio”. Infine, sempre Vitruvio, paragonando il suono al moto ondoso

marino, afferma:

“…quando incontrano qualche ostacolo, le prime onde, refluendo all’indietro, intersecano

le seguenti e ne turbano i contorni. In modo analogo, anche i suoni si propagano tutto

all’intorno circolarmente; ma mentre nell’acqua le onde si muovono soltanto allargandosi

sul piano della superficie dello specchio acqueo, i suoni non solo si diffondono

orizzontalmente, ma salgono gradatamente anche in altezza” (Vitruvio, sec I a.c.

ed.1829).

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Occorre tuttavia attendere l’inizio del secolo scorso, per la nascita dell’acustica

architettonica come disciplina basata su consolidati principi fisici; prima di allora,

infatti, la progettazione acustica si basava su intuizioni, applicazione di metodi e

modelli empirici, o imitazione di esperienze.

La prima citazione di Vitruvio va di fatto in contrasto con l’abitudine dell’uomo

ad ascoltare suoni o musica spesso in luoghi non progettati per quel determinato

scopo, in luoghi quindi non acusticamente adatti. Questa abitudine frequente di fatto

spesso porta le persone a sottovalutare l’importanza di una buona acustica in

generale. Di frequente, ad esempio, nel mondo della musica, gruppi musicali o

musicisti si trovano purtroppo a dover esprimere la propria arte in luoghi che di fatto

possono condizionare in peggio sia la propria performance che il giudizio degli

ascoltatori. Tali luoghi però possono essere riqualificati e riadattati acusticamente per

un determinato tipo di espressione sonora. Di certo potrebbe verificarsi uno

scollamento tra la funzione per la quale l’architettura è nata, cioè quella presente nel

comune immaginario, e la spazialità sonora che l’auditorio percepisce. Tale effetto

può essere indirizzato verso un risultato piacevole o di sorpresa, ma se mal gestito

potrebbe causare dissociazione e confusione in chi lo percepisce. La spazialità

acustica potrebbe perderebbe la sua contestualizzazione visiva.

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Capitolo 1

Il suono

1.1 Le grandezze acustiche.

Il suono è una sensazione percepibile attraverso l’apparato uditivo che viene

eccitato da onde di pressione in un mezzo elastico, dovute alla rapida successione di

compressioni ed espansioni del mezzo stesso. Ha origine quindi dal movimento di un

corpo con caratteristiche elastiche e si propaga nel mezzo elastico stesso. La

sorgente sonora quindi è un corpo che, vibrando, trasmette variazioni di pressione al

mezzo elastico (solido, liquido, gassoso come l’aria ad esempio), seguendo una

legge matematica in funzione del tempo.

Il suono è una perturbazione di natura ondosa. Si manifesta in un punto di

osservazione, a distanza dalla fonte di suono, come una variazione temporale della

pressione cioè compressione e rarefazione della pressione atmosferica (pressione

statica Po). La differenza istantanea tra la pressione totale P(t) e la pressione statica

Po definisce la pressione sonora istantanea p(t) che è la grandezza fisica di

interesse più generale nell'acustica tecnica. La pressione sonora assume valori molto

piccoli rispetto alla pressione statica. Ad esempio, a 1 m di distanza da una persona

che parla, la pressione sonora è di circa 0,1 Pa, valore molto piccolo rispetto alla

pressione statica che è dell'ordine di 105Pa.

Nel mezzo elastico di propagazione si ha quindi una perturbazione di pressione,

la cui velocità è chiamata velocità del suono. Cioè il suono si propaga, in un certo

intervallo di tempo, periodo, percorrendo una certa distanza. Per cui esiste una

velocità di propagazione, che chiameremo c. Essa è dipendente esclusivamente dal

materiale attraversato e non dal tipo di suono o dalla frequenza di emissione. Quindi,

dato un mezzo elastico e dotato di massa, le onde si propagano all’interno di esso

con una certa velocità caratteristica del mezzo stesso. Nell’aria, la velocità del suono,

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pressoché costante, vale circa 343 m/s.

La lunghezza d’onda rappresenta lo spazio percorso dall’onda in un periodo completo

di oscillazione. L'inverso del periodo definisce, invece, la frequenza f misurata in cicli

al secondo, per cui f = 1/T rappresenta il numero di oscillazioni complete in un

secondo. Dimensionalmente è un tempo -1 e si misura in Hertz (Hz).

Frequenza f (Hz), periodo T (s) e lunghezza d'onda λ(m), sono legate dalla relazione:

c = λf = λ/T

Quindi oltre che in un diagramma ampiezza-tempo la stessa grandezza può essere

rappresentata in funzione della frequenza. Un qualsiasi segnale periodico può essere

inoltre pensato come composto da un dato numero, al limite infinito, di sinusoidi

elementari, di opportuna ampiezza e fase, con frequenze in relazione armonica, cioè

tutte multiple intere di una frequenza fondamentale, analisi di Fourier FFT. Le

relazioni armoniche, ad esempio, nel sistema musicale temperato equabile, sistema

di regole in realtà imperfetto, sono state codificate, in base all’esperienza, nel tempo,

per cercare di definire le leggi alla base dell’armonia musicale. L’orecchio umano è

convenzionalmente considerato sensibile a frequenze all’interno di un intervallo che

va da 20Hz a 20KHz.

1.2 Livelli sonori e scala dei decibel

La pressione sonora, l'intensità sonora, la frequenza e altre grandezze

connesse ai suoni udibili assumono valori che si estendono su un campo che copre

diverse potenze di 10. Ad esempio il valore efficace della pressione sonora di un

suono appena udibile è dell'ordine di 10-5 Pa; quello in prossimità di un grosso razzo

vettore in partenza è dell'ordine di 103 Pa. Risulta allora comoda una scala di tipo

logaritmico che contrae i grandi numeri ed espande i piccoli numeri.

Il livello della pressione sonora è definito dalla relazione:

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Lp = 10 log10 p2/p2rif = 20 log p / prif dB

dove p è il valore efficace della pressione sonora e prif una pressione sonora di

riferimento,

prif = 20 µPa (2 * 10-5 Pa)

La pressione 20 µPa rappresenta la soglia di udibilità a 1000 Hz di un individuo medio

giovane. Il livello della pressione sonora è la grandezza più comune, in quanto la

maggior parte degli strumenti di misura è sensibile alla pressione sonora.

Il livello sonoro equivalente è il livello sonoro di un ipotetico rumore costante

che, se sostituito al rumore reale, variabile nel tempo, comporta le stessa quantità di

energia sonora. L’aggettivo equivalente sottolinea che l’energia associata al rumore

costante e quella del rumore variabile sono uguali, p(t) pressione sonora del rumore

in esame, po è la pressione sonora di riferimento e T il tempo totale di osservazione.

L’intensità soggettiva dei suoni (loudness) è quella attribuzione della

sensazione uditiva per il quale un suono viene giudicato più forte o più debole di un

altro. Inoltre Weber e Fechner capirono che tale sensazione cresce su una scala

logaritmica dell’intensità sonora. Se un suono “a” di riferimento è regolato in modo

da dare la stessa intensità di un suono “b” e un suono “c” è regolato per dare la

stessa sensazione di intensità di “b”, allora “c” apparirà all’osservatore della stessa

intensità di “a”. E’ stato assunto come suono di riferimento un’onda piana libera

progressiva alla frequenza di 1000 Hz. Un ascoltatore, otologicamente normale,

regola l’ampiezza della pressione di riferimento, che proviene dalla direzione

frontale, finché la giudica di intensità uguale a quella del suono in esame. Il livello

della pressione sonora del tono puro di 1000 Hz in queste condizioni è la misura

dell’intensità soggettiva del suono in esame. La sensibilità è generalmente

maggiore alle frequenze medio-alte e diminuisce progressivamente verso quelle

basse e quelle molto alte. L’andamento della sensibilità dell’orecchio umano al

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variare dei livelli e della frequenza è stato studiato e rappresentato su un

diagramma chiamato audiogramma normale.

Immagine 0: Audiogramma normale

(https://tecnologiamusicale.files.wordpress.com/2012/08/schermata-2012-08-12-a-10-35-

39.png?w=640&h=529)

Nel diagramma sono riportate le curve isofoniche che rappresentano, al variare

della frequenza, i livelli di pressione sonora in grado di produrre la stessa

sensazione sonora. Ciascuna curva è caratterizzata da un valore di livello di

sensazione sonora, espresso in phon, numericamente uguale al valore di

pressione sonora, espressa in dB, del suono a 1000Hz che ha prodotto la

sensazione sonora. In base a suddetto audiogramma è stato realizzato un filtro

di frequenze detto filtro “A” che permette di misurare la pressione sonora in base

ai parametri dell’orecchio umano. (Benedetto, Gavioso, Albo, Spagnolo, 2015)

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Capitolo 2

Il suono negli ambienti chiusi e assorbimento acustico.

2.1 La risposta all’impulso.

Nell’analisi dell’acustica di un luogo chiuso possiamo avvalerci di alcuni

descrittori acustici. Essi ci danno conto della qualità del suono e sono ottenuti in

base all’utilizzo della tecnica della risposta all’impulso. Si analizza cioè l’impulso

emesso da una sorgente sonora che raggiunge un punto ricevente. La forma della

risposta registrata di un colpo secco, quindi di una sorgente che perturba l’aria in

breve tempo, appare, su un diagramma pressione istantanea p(t) - tempo t (ms),

con una forma apparentemente casuale. Essa in realtà contiene molte informazioni

riguardo l’interazione secondo l’acustica geometrica tra il suono e i confini dell’aria

nella sala.

Immagine 1: Spettro p(t)-t(ms) di risposta all’impulso in una sala. Ecogramma. (da https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcREWvwmTziN-xLd0C_MWzP8JmqF1-

MmnGZ3PRU_PAWB7ms36s6q)

Se immaginiamo l’impulso come una sequenza di pacchetti di energia,

possiamo osservare, e per comodità di letture prendiamo il grafico [p(t)]2, diverse

parti del segnale.

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Immagine 2: Spettro [p(t)]2 – t(ms) di risposta all’impulso di un ambiente chiuso. (da Cingolani, Ianniello, Spagnolo, 2015)

Il tempo di volo è il tempo che impiega l’impulso ad arrivare al ricevitore, subito in

sequenza osserviamo il suono diretto che è il primo ad arrivare al ricevitore.

Successivamente di distinguono il suono di prima riflessione e successivamente le

riflessioni susseguenti. Inoltre un aspetto fisico rilevante è la direzione secondo la

quale arriva ciascuna riflessione

Immagine 3: Percorso del suono diretto (linea nera) e

del suono riflesso (linea blu) da S(sorgente) ad A(ricevitore).

Nell’ immagine 3, osserviamo i percorsi sonori di un suono diretto (da S ad A) e di un

singolo suono riflesso (da S a B, C e A). Le riflessioni si verificano nei punti B e C.

Poiché il percorso SBCA è più lungo del percorso SA, i suoni riflessi giungono alla

posizione dell'ascoltatore sempre dopo il suono diretto. Più in generale, il suono

diretto è sempre seguito da una successione di raggi sonori riflessi che raggiungono

A

C S

B

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l’ascoltatore con vari ritardi temporali. Quando si verifica una riflessione sulle superfici

di una stanza, parte dell'energia del suono incidente è assorbita da pareti, pavimento,

soffitto o ostacoli vari. Inoltre, l'ampiezza dei raggi sonori decresce con la distanza

dalla sorgente (Cingolani, Ianniello, Spagnolo, 2015).

2.2 Acustica geometrica

La qualità acustica di un ambiente dipende principalmente dalla sua geometria,

dal tipo di materiali presenti e dalla loro disposizione rispetto alla sorgente sonora e

agli ascoltatori, e dalla riverberazione del suono. Per chiarire quali sono le proprietà

del campo sonoro responsabili della percezione sonora in un ambiente, è necessario

introdurre un modello di descrizione e analisi del suono. Si parte da una serie di

parametri, i quali, a seconda dei casi, costituiranno dei modelli di riferimento per

analizzare e descrivere l’acustica per lo più di “grandi ambienti”.

In acustica si definiscono “grandi”, gli ambienti di dimensioni molto maggiori

della lunghezza d’onda del suono, che è compresa all’incirca nell’intervallo (17 m., 17

mm.) corrispondente al campo delle frequenze udibili (20 Hz, 20.000 Hz).

Le funzioni a cui è destinato un ambiente di grandi dimensioni implicano sovente una

forma di comunicazione visiva ed acustica, talvolta con una importanza preminente

del canale acustico rispetto a quello visivo, come nel caso degli auditori e delle sale

da concerto.

In generale, le sale dedicate al pubblico possono essere suddivise in due categorie:

quelle ove vengono offerti al pubblico particolari servizi e quelle ove vengono svolte

particolari funzioni.

Nella prima categoria si elencano tutte le sale in cui il pubblico può accedere

liberamente ed è fruitore di servizi: si pensi alle grosse sale di attesa degli aeroporti,

delle stazioni ferroviarie, alle sale di banche, ristoranti, supermercati, e così via. Nella

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seconda categoria, invece, si classificano le sale aperte al pubblico per spettacoli: si

pensi ai teatri, gli auditorium, i cinematografi, le discoteche, le sale per convegni, e

così via. Fanno parte di questa seconda categoria anche le chiese, le sinagoghe, e

altri innumerevoli ambienti destinati al culto. Questa classificazione evidenzia, in

origine, requisiti e prestazioni acustiche diversi per le due categorie di grandi ambienti

dedicati al pubblico. Le prestazioni acustiche, richieste dalla prima categoria di sale,

rientrano nel conseguimento di quelle condizioni ambientali globali comunemente

denominate “comfort” o situazione di “benessere psicofisico”. Quelle richieste dalla

seconda categoria, invece, sono più mirate all’acustica vera e propria, che gioca un

ruolo fondamentale in quanto il buon ascolto è un requisito primario, insieme alla

buona visione dello spettacolo.

La risposta all’impulso è un modo semplice per descrivere e studiare le

caratteristiche di trasmissione da un punto in un altro in una sala e si immagina, come

già detto, che il punto sorgente emetta pacchetti di energia sonora uniformemente in

tutte le direzioni.

Immagine 4: Differenza di percorso tra suono diretto e suono riflesso (http://www.thesoundmaster.it/corso/img/F3_18.jpg)

Questo può essere assimilato, approssimativamente, alla battuta di mani che il

tecnico usa per saggiare l’acustica di un locale. Ciascun pacchetto viaggia

nell’ambiente alla velocità del suono lungo traiettorie rettilinee come è rappresentato

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nell’immagine 4. Il corredo iniziale di energia, di ciascun pacchetto, diminuisce sia

lungo il cammino nell’aria, sia a causa dell’interazione con le superfici di confine della

sala. Dopo ciascuna interazione, in cui parte dell’energia incidente è assorbita,

l’energia residua è usualmente rinviata secondo la legge della riflessione speculare.

Tuttavia, può essere rinviata lungo più direzioni, se le proprietà diffusive di

determinate superfici sono rilevanti. In teoria, il processo descritto si prolunga

all’infinito. Nella pratica del calcolo, ciascun pacchetto viaggiante si estingue quando

si verificano delle condizione prefissate. Questa informazione non appare

direttamente nell’ecogramma, ma è importante per certi aspetti della percezione

acustica in una sala (Cingolani, Ianniello, Spagnolo, 2015).

Nella successione di eventi sonori, prodotta dalla sorgente nel corso del tempo,

i suoni diretti e riflessi, dovuti agli impulsi successivi, transitano, quindi, secondo una

sequenza di ecogrammi parzialmente sovrapposti, ognuno relativo ad un impulso

emesso dalla sorgente, che determinano l’andamento temporale del campo sonoro

in ogni punto dell’ambiente. Queste considerazioni danno vita ad un modello per la

descrizione della diffusione del suono nei grandi ambienti. Si tratta sostanzialmente

di un modello di acustica geometrica, perché rappresenta la propagazione delle onde

sonore attraverso rette normali al fronte d’onda, i raggi sonori, che obbediscono a

leggi analoghe a quelle della riflessione speculare in ottica: complanarità del raggio

incidente e di quello riflesso con la normale alla superficie e uguaglianza degli angoli

di riflessione e di incidenza. Il modello descrive, quindi, la diffusione del suono

attraverso procedure geometriche più o meno complesse, come il “raytracing”

(tracciamento dei raggi sonori) delle sorgenti immagini e di angoli solidi di vario tipo.

Usualmente gli ambienti sono schematizzati con poligoni piani ai quali viene

assegnato un coefficiente di assorbimento dell'energia medio rispetto agli angoli di

incidenza ed alla frequenza. Le ipotesi dell’acustica geometrica alla base del modello,

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avendo ipotizzato la propagazione dei suoni mediante raggi rettilinei e trascurando la

loro natura ondulatoria, sono quindi valide soltanto quando la lunghezza d’onda del

suono è piccola rispetto le dimensioni degli oggetti e delle pareti. La riflessione

speculare viene perciò alterata dalle asperità superficiali e dagli oggetti più piccoli,

come finestre, porte e decorazioni che, determinando una diffrazione delle onde

sonore, modificano l’intensità e la direzione del suono riflesso. Per tener conto in

qualche modo degli aspetti legati alle riflessioni non speculari, il modello descritto può

eventualmente contemplare particolari modalità di rinvio dell’energia di alcune pareti.

Il modello presentato ha un sufficiente riscontro nella realtà. Nello studio dei grandi

ambienti, infatti, le proprietà acustiche di una sala in relazione alla struttura temporale

del suono nel punto di ricezione sono descritte dalla risposta all’impulso emesso da

una sorgente omnidirezionale, cioè dall’andamento temporale della pressione sonora

prodotta in un punto da un evento acustico di brevissima durata (A. Astolfi, F. M. Fazi,

M. Fringuellino, Massimo Garai, 2015).

2.3 Aspetti soggettivi

Un ascoltatore in una sala è investito dal suono diretto e da una moltitudine di

riflessioni che giungono all’orecchio da varie direzioni con livelli e ritardi diversi. In

queste condizioni (a differenza degli spazi aperti, in cui usualmente esistono poche

riflessioni e gli spazi chiusi piccoli, che hanno problematiche diverse) la qualità della

comunicazione sonora percepita è legata alla compresenza di particolari proprietà del

meccanismo uditivo, grazie alle quali l’orecchio elabora l’intricata sequenza di

informazioni contribuendo all’elaborazione soggettiva di particolari sensazioni legate

all’acustica dei grandi ambienti.

L’udito è in grado di individuare la direzione lungo la quale è collocata la

sorgente. La localizzazione avviene sulla base del primo fronte d’onda che lo

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colpisce, anche quando l’energia del suono diretto è alquanto minore di quella

associata a tutte le riflessioni. Il meccanismo usa diversi aspetti fisici per determinare

l’origine del suono. Il primo, prevalente alle basse frequenze, è basato sul fatto che,

essendo la distanza tra i due orecchi di circa 20-23 cm.

Immagine 5: Ricezione del segnale da parte di un ascoltatore. Effetti differenziali e zone d’ombra.

(da http://www.gennarovespoli.it/fig21.gif)

Per la maggior parte delle direzioni di provenienza il tempo con cui il suono

giunge all’orecchio sinistro è diverso da quello con cui giunge all’orecchio destro.

Invece, alle alte frequenze, la testa produce un effetto di ombra acustica per i due

orecchi dipendente dalla posizione della sorgente. Ciò comporta una differenza tra i

livelli della pressione sonora in corrispondenza dei due orecchi dipendente, appunto,

dalla direzione di provenienza del suono. Questi due effetti differenziali non sono

sufficienti a giustificare la capacità di localizzazione della sorgente quando è collocata

simmetricamente, ad esempio di fronte, dietro, o in testa all’ascoltatore. In un campo

di frequenze intermedie, in cui, né le differenze di tempo né le differenze di livello

appaiono sufficienti a giustificare il giudizio sulla provenienza del suono, interviene

un effetto di distorsione in frequenza dipendente dalla direzione. La causa principale

è il padiglione auricolare.

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Immagine 6: Schema dell’interazione del suono con le cavità del padiglione auricolare (da http://www.comefunziona.net/img/come-funziona-l-udito-tutto-su-l-orecchio-it.jpg)

Infatti, il suono primario che giunge all’imbocco del meato uditivo, interferisce

costruttivamente e distruttivamente con campi secondari, generati dall’interazione del

suono primario con le pieghe, le protuberanze e le cavità del padiglione come

mostrato nell’immagine 6. Questi effetti di distorsione spettrale sono sufficienti a

giustificare una certa capacità di localizzazione anche con un solo orecchio. Esiste

anche una soglia differenziale, nel senso che la capacità di cogliere lo spostamento

di una sorgente sonora o di distinguere le direzioni di due sorgenti puntiformi è nulla

al di sotto di 6° orizzontali e di 8° verticali circa. L’intensità non sembra influire

sull’identificazione, sia assoluta che differenziale, della provenienza dei suoni.

Per quanto riguarda la frequenza, invece, bisogna dire che la capacità di

riconoscimento della direzione diminuisce notevolmente a frequenze molto basse,

fino a risultare problematica ai margini inferiori del campo di udibilità (G.Benedetto, A.

Moleti, R. Sisto, 2015)

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2.4 Capacità di integrazione di riflessioni ravvicinate

Le sensazioni caratteristiche della acustica dei grandi ambienti dipendono, tra

l’altro, anche dalla capacità dell’orecchio di distinguere e, viceversa, integrare il suono

diretto e le varie riflessioni di un impulso sonoro recepite in istanti diversi. L’apparato

uditivo, infatti, è caratterizzato da una certa inerzia, dovuta al fatto che la sua risposta

agli stimoli, indotti dal campo sonoro, richiede un tempo molto limitato, ma non nullo,

che rappresenta una soglia di percezione differenziale di tipo temporale. Per un

ritardo di qualche millisecondo il suono secondario non viene distinto da quello diretto,

qualunque sia la sua intensità, e la loro integrazione produce un potenziamento del

segnale, anche se il livello del suono secondario supera quello diretto di una dozzina

di dB. A questi livelli un aumento del ritardo inizia a produrre errori di localizzazione

della sorgente.

A partire da 35 ms di ritardo l’orecchio integra solo le riflessioni di livello inferiore a

quello del suono diretto, mentre quelle di livello superiore vengono percepite

separatamente come eco. Questa soglia, valutata sperimentalmente, viene innalzata

a 50 ms per il parlato e 80 ms per la musica, per adeguarla alla realtà fisica, nella

quale i suoni riflessi non sono mai isolati. Al di sotto di questa soglia i suoni (diretto o

riflessi) vengono percepiti come un segmento unico, e si ha l’impressione che la

direzione della sorgente sia quella da cui arriva il suono riflesso. Tra i 50 ms e i 100

ms l’integrazione è parziale: i due suoni si sovrappongono ma si percepisce una coda

sonora quasi separata. Infine, al di sopra di 100 ms si ha l’eco, una riflessione molto

ritardata, di sufficiente intensità tale da disturbare l’ascoltatore. La qualità del suono

percepito dipende dall’ intensità dei suoni. L’eco è un fenomeno prodotto dalla

riflessione di onde sonore contro un ostacolo, che vengono a loro volta nuovamente

percepite dall’emettitore più o meno immutate e con un certo ritardo rispetto al suono

diretto. Tale ritardo non deve essere inferiore ad 1/10 di secondo. Al di sotto di tale

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valore non si può più parlare di eco ma di semplice riverbero (velocità del suono

massima di 40 ms).

Tipico esempio di riverbero è quello, prodotto in una stanza dalla riflessione delle

onde sonore sulle pareti perimetrali, quando il soggetto si trova ad una distanza di

almeno 3 metri dalle pareti e quindi suono diretto e suono riflesso risultano essere

integrati e non distinguibili. Quando invece le distanze sono superiori ai 25 metri e la

velocità del suono è superiore ad 80 ms si verifica il fenomeno dell’eco e l’onda

riflessa viene percepita in leggero ritardo rispetto a quella diretta. Quando invece si

instaurano onde stazionarie si ha il fenomeno del flutter eco, che si verifica

maggiormente quando vi sono superfici parallele e l’onda diretta, entrando in fase con

l’onda riflessa, risulta ripetuta. È un fenomeno molto fastidioso, ma evitabile con

un’attenta progettazione.

2.5 Effetto di mascheramento

L’ effetto di mascheramento è il fenomeno per il quale due o più suoni diversi

percepiti insieme si disturbano reciprocamente. Il caso più evidente di

mascheramento è quello in cui suoni forti coprono suoni deboli. Può verificarsi, però,

anche l’inverso, cioè che un suono forte sia disturbato da uno meno intenso. Il

fenomeno tende a manifestarsi con regolarità alle diverse intensità ma dipende dalla

frequenza, perché i bassi mascherano più facilmente suoni più alti. L’effetto di

mascheramento, inoltre, diminuisce con l’allargarsi dell’intervallo fra la frequenza del

suono mascherante e di quello mascherato (G.Benedetto, A. Moleti, R. Sisto, 2015)

17

Capitolo 3

La riverberazione e i parametri acustici

3.1 La riverberazione

Le proprietà della funzione uditiva assumono una particolare importanza

nell’acustica dei grandi ambienti, perché contribuiscono a determinare degli aspetti

della percezione del campo sonoro, tipici di questi ambienti, che fanno sì che

l’esperienza uditiva sia molto diversa da quella all’aperto o in spazi chiusi più piccoli.

Ad esempio, a parità di potenza emessa, l’intensità sonora è molto maggiore che

all’aperto. In una sala, infatti, il livello sonoro diretto decresce continuamente

all’aumentare della distanza dalla sorgente come all’aria aperta ma, a causa delle

riflessioni, l’intensità percepita è molto maggiore, soprattutto in virtù della capacità di

integrazione del suono diretto e delle prime riflessioni da parte dell’orecchio. La

caratteristica più evidente che si percepisce in un ambiente chiuso di grandi

dimensioni è la riverberazione.

Immagine 7: Riverberazione in un ambiente chiuso. (da http://www.acustica-edilizia.it/images/gyp%20ass%20fig%201.jpg)

Consiste in una coda sonora percepita a partire dall’istante di interruzione

dell’emissione del suono, che si affievolisce più o meno rapidamente a seconda della

natura dell’ambiente. La riverberazione è causata da onde riflesse che, arrivando in

rapida sequenza all’orecchio dell’ascoltatore dopo il suono diretto, vengono percepite

18

come un suo prolungamento, dando vita ad un unico suono continuo di intensità via

via decrescente (a causa dell’assorbimento di energia delle pareti, degli oggetti e

dell’aria, l’intensità delle onde riflesse diminuisce dopo ogni riflessione).

Nella musica e nel parlato la riverberazione produce una parziale

sovrapposizione di più impulsi sonori emessi in successione e, quindi, può indebolire

o inibire del tutto, per effetto di mascheramento, la percezione di alcuni suoni,

riducendo la chiarezza del linguaggio. Nella musica in particolare la riverberazione

influenza l’attacco e l’estinzione delle note, attributi dipendenti anche dalle

caratteristiche degli strumenti e della tecnica esecutiva. L’aspetto negativo prevale,

in genere, nelle musiche ricche di fraseggi melodici, veloci con armonie ed

orchestrazioni complesse. Quello positivo prevale, invece, in musiche

armonicamente semplici e con melodie più ariose. La riverberazione è descritta

quantitativamente dal tempo di riverberazione, introdotto alla fine dell’ottocento da

Wallace Clement Sabine (1868 - 1919), un giovane fisico statunitense che pose le

basi dell’acustica architettonica.

A lui si deve il primo studio scientifico nell’ambito dell’acustica degli ambienti

chiusi che; in particolare, l’occasione si presentò a seguito di un incarico affidato a

quest’ ultimo dalla Harvard University, allo scopo di rimediare alle difficoltà acustiche

della nuova sala per le lezioni inaugurata all’interno del Fogg Art Museum di Boston.

La suddetta sala risultava, infatti, caratterizzata dal fatto che le parole

pronunciate si sovrapponevano l’una all’altra in modo tale da rendere incomprensibile

qualunque tipo di discorso. Sabine studiò le relazioni analitiche del tempo di

riverberazione, considerato fondamentale per l’equilibrio acustico complessivo di tutti

gli ambienti, giungendo alla formulazione dell’equazione matematica sul tempo di

riverberazione in maniera sperimentale. Egli utilizzò per la sua ricerca una serie di

strumenti quali un organo a canne come sorgente, un buon orecchio, un cronometro,

19

e dei cuscini come sistemi fonoassorbenti mobili. Lavorò in una stanza nella quale,

posizionando e rimuovendo i cuscini imbottiti, cronometrava il tempo impiegato dal

suono della canna d’ organo per scomparire alla percezione, a partire dal momento

della disattivazione della sorgente sonora. Misurava, dunque, il tempo che

intercorreva tra l’interruzione della sorgente e il completo dissolvimento del segnale

acustico. Tutto ciò lo portò a formulare la seguente relazione, ancora oggi valida:

RT60 = 0,161 V/S*𝛼𝛼

V = volume del locale (m³);

Si= superfici delle unità assorbenti (m²);

αi= coefficienti di assorbimento acustico.

Sabine fu il primo a definire il tempo di riverberazione. Secondo quest’ ultimo il

tempo di riverberazione era “il tempo impiegato da un suono riverberante per divenire

appena udibile”. Si ricorda che Sabine, definì, agli inizi del novecento, anche, i

requisiti fondamentali per una buona ricezione all’ interno di una auditorium qualsiasi:

• che il suono sia sufficientemente intenso;

• che le componenti simultanee di un suono complesso mantengano in modo

appropriato le loro intensità relative;

• che suoni che si succedano con un’articolazione rapida, che si tratti di parola

o di musica, siano chiari e distinti, indipendenti e scevri di rumori estranei.

Queste sono le tre condizioni necessarie, e del tutto sufficienti, per il buon ascolto.

Con specifico riferimento ad un ambiente adibito a concerti, va ricordato che il valore

ottimale del tempo di riverberazione dipende anche dal tipo di esecuzione musicale,

poiché intervengono importanti fattori di ordine psicologico nella definizione della

gradevolezza della risposta acustica della sala rispetto al tipo di performance che vi

20

si svolge. In relazione ai generi del repertorio concertistico si possono individuare

alcuni intervalli (Tab 1).

Tab 1: Relazione tra il valore ottimale di T60 ed il tipo di esecuzione

A seconda della destinazione d’uso, i valori ottimali del tempo di riverberazione

in funzione del volume del locale, quali risultato dall’esperienza, sono deducibili dal

diagramma (Immagine 8).

Immagine 8: Valori ottimali del tempo di riverberazione al variare di attività e volume della sala

(da http://media.teknoring.it/immagini/news/23053_571489.JPG)

Tempo di riverberazione ottimale

musica per organo oltre 2.5 sec

musica del periodo romantico 1.8 – 2.2 sec

musica classica 1.6 – 1.8 sec

opera 1.3 – 1.8 sec

musica da camera 1.4 – 1.7 sec

teatro 0.7 – 1.0 sec

21

Il valore del tempo di riverberazione ottimale è indicato per la banda di ottava con

frequenza centrale pari a 500 Hz, in funzione del volume e della destinazione d’uso

del locale.

L’andamento del tempo ottimale cambia anche in funzione della frequenza,

pertanto al valore del T60 a 500 Hz viene associata una curva di correzione che

permette di ottenere i valori del T60 ottimale per altre frequenze come scostamento

percentuale dai valori ottimali alla frequenza di 500 Hz (S. Cingolani, C. Ianniello, R.

Spagnolo, 2015) (Immagine 9).

Immagine 9: Curva di correzione

3.2 Qualità acustiche di un ambiente

I requisiti essenziali che determinano le migliori condizioni di comfort acustico,

inteso come la condizione psicofisica di soddisfacimento delle esigenze acustiche

espresse dall’utente, che portano al conseguimento delle condizioni ottimali di ascolto

sono:

a) L’assenza di disturbo

b) La buona ricezione

c) L’intelligibilità di parola 22

L’ambiente acusticamente confortevole deve, pertanto: essere dotato di tutti

quegli accorgimenti che consentano di evitare la propagazione del rumore, sia per

via solida che per via aerea, dall’esterno e/o dagli ambienti confinanti verso l’interno

e viceversa; deve garantire una diffusione uniforme dei livelli sonori nonché una

buona ricezione del segnale sonoro sia dal punto di vista della composizione in

frequenza sia per quanto riguarda gli sfalsamenti temporali (ritardi, mascheramenti,

echi, ecc). Il corretto approccio al problema passa necessariamente attraverso una

accurata analisi che prevede, in primis, la raccolta dei dati (teorici e/o sperimentali)

che caratterizzano l’acustica dell’ambiente in esame.

Ultimamente, grazie anche all’ausilio di software dedicati, si possono sviluppare

sofisticati modelli previsionali di calcolo in grado di individuare correttamente le

tecniche ed i materiali più idonei per raggiungere risultati di eccellenza e, quindi,

prevedere a priori e con buona precisione, quali dovranno essere gli accorgimenti più

idonei da adottare per ottenere i risultati ad obiettivo. Le dimensioni, la forma e la

natura dei materiali costituenti i confini del recinto determinano fortemente la qualità

della comunicazione acustica.

Analizziamo allora condizioni di comfort acustico.

a) Assenza di disturbo

Parlando di assenza di disturbo si può intendere non solo l’assenza di un rumore di

fondo che maschera il suono prodotto da un parlatore, provocando una riduzione di

intelligibilità del parlato, ma anche l’assenza di un suono non gradito in grado di

provocare una sensazione uditiva sgradevole e fastidiosa, e quindi uno stato generale

di insoddisfazione verso l’ambiente acustico.

b) Buona ricezione

La buona ricezione è legata alla presenza di un sufficiente livello sonoro in ambiente

e alla percezione ottimale delle onde sonore dirette e riflesse dalle superfici

23

dell’ambiente, sia per quanto riguarda la loro composizione in frequenza, sia per

quanto riguarda gli sfasamenti temporali che le caratterizzano. Per ottenere una

buona ricezione in un ambiente destinato all’ascolto della parola si fa riferimento a

requisiti quali l’adeguato livello sonoro (Lp) e la sua uniformità spaziale, e il

contenimento temporale della riverberazione sonora, valutato attraverso il valore

assunto del tempo di riverberazione (T) (S. Cingolani, C. Ianniello, R. Spagnolo, 2015).

3.3 Livello di pressione in un ambiente chiuso.

Per quanto riguarda il livello sonoro, il campo sonoro che tende a stabilirsi in

condizioni stazionarie in un ambiente chiuso è dato dalla sovrapposizione del campo

sonoro diretto e dal campo riverberato, costituito dall’insieme di tutte le onde riflesse,

che si susseguono con regolarità. Il suono diretto si riduce in intensità in funzione del

quadrato della distanza della sorgente, ma viene contemporaneamente integrato

dalle riflessioni provenienti dalle superfici delimitanti il locale. Per il suono riverberato

si distinguono le prime riflessioni, che pervengono all’ascoltatore entro poche decine

di millisecondi dopo il suono diretto e che contribuiscono insieme a questo a costituire

il segnale utile, dalle successive che risultano mascheranti. Nel grafico dell’immagine

10 è riportato l’andamento del livello sonoro in dB in funzione della distanza dalla

sorgente. Dal grafico si può notare che la curva che rappresenta il livello sonoro

diretto è una retta decrescente. La curva che rappresenta il livello riverberante invece

si stacca dalla curva del livello diretto e decresce fino ad un certo punto dopo di che

diventa una retta orizzontale. In particolare, la linea tratteggiata mostra il decadimento

perfettamente rettilineo che si avrebbe considerando solo il suono diretto. Si possono

distinguere, pertanto, all’ interno del grafico tre aree ben distinte intesi come campi di

interazione con il suono.

24

Immagine 10: Andamento del livello di pressione sonora.

Il campo libero precede la retta verticale passante per il punto di intersezione

delle due curve. In questa zona siamo in prossimità della sorgente, dove prevale il

contributo dell’energia diretta, rispetto alla quale il contributo di tutte le riflessioni

risulta trascurabile.

Il campo semi-riverberante va dal campo libero fino alla retta verticale passante

nel punto di intersezione tra la retta del suono diretto e una retta orizzontale con

ordinata costante di 10 dB in meno rispetto alla retta orizzontale del suono

riverberante. Nel campo semi-riverberante il livello sonoro diminuisce di 6 dB ogni

raddoppio di distanza.

Il campo riverberante va dal campo semi-riverberante in poi. In questa area il

livello del suono diretto è trascurabile. Dal grafico è possibile scorgere anche la

distanza critica, quella distanza alla quale suono diretto e suono riverberato sono

uguali. La distanza critica è estremamente importante in termini di qualità e

comprensione del messaggio che viene riprodotto. Infatti se ci si trova entro tale

distanza dalla sorgente, il suono diretto sarà predominante sul campo riverberante. Il

suono diretto è chiaro, è nitido e porta un’informazione perfettamente intelligibile,

25

viceversa il suono riverberante è confuso. Quindi, soprattutto per quanto riguarda la

comprensione della parola, è importante che l’ascoltatore venga a trovarsi entro la

distanza critica dalla sorgente, ma ciò non sempre è possibile. Agli ascoltatori devono

arrivare suoni con livello sufficientemente alto: in linea di massima si ritiene che

l’ascoltatore più sfavorito debba ricevere un livello di almeno 45 dB. Il livello di

potenza sonora per la voce umana nel parlato normale è in media attorno ai 70 dB.

3.4 Indici e parametri di caratterizzazione acustica

La qualità acustica di uno spazio può essere definita, come suddetto, mediante

attributi soggettivi quantificabili con parametri acustici oggettivi ad essi correlati.

Per attributi acustici soggettivi si intendono qualità percepite concernenti un evento

sonoro che si instaura nell'ambiente, di qualunque natura esso sia. Tra gli attributi

soggettivi più significativi si può individuare il grado di riverberazione percepita, la

chiarezza della percezione musicale, la qualità della comprensione del parlato,

l'intensità percepita del rumore di fondo. I parametri acustici oggettivi, invece, sono

indici ottenuti a partire da misure sperimentali o da calcoli e detti comunemente

descrittori acustici.

RT Tempo di Riverberazione: definito, come suddetto, dall’architetto statunitense

Sabine alla fine dell’800 come il “tempo necessario affinché il livello della pressione

sonora decada di 60 dB dal momento in cui la sorgente viene disattivata”.

Immagine 11: Curva di decadimento del livello della pressione sonora in dB

26

Tanto più lungo è questo tempo, tanto maggiore è il contributo del suono riflesso

rispetto a quello diretto.

Tuttavia, però, poiché nella realtà non si verifica quasi mai uno smorzamento di

60 dB nel livello di pressione sonora, a causa della presenza di rumore ambientale

elevato, il criterio generale, riportato in tutte le norme ISO di riferimento, vuole che la

dinamica su cui effettuare il calcolo dell’RT sia 20 o 30 dB. E’ stato, dimostrato, infatti

che, nel valutare la qualità della voce o della musica, per l’orecchio umano sono

importanti i primi 20-30 dB del decadimento. È importante escludere i primi 5 dB di

decadimento dalla misura del tempo di riverberazione per evitare l’influenza di prime

riflessioni particolarmente forti. Dal grafico osserviamo chiaramente una linea retta,

la retta di regressione, che approssima la curva di decadimento del livello sonoro. La

gamma di calcolo viene, dunque, individuata scartando i primi 5 dB sulla retta di

regressione che individua il decadimento e misurando il tempo necessario per un

decadimento di 20 o 30 dB. Il tempo rilevato per un decadimento di 20 dB viene poi

triplicato, allo scopo di poterlo rapportare al decadimento nominale di 60 dB, e verrà

per convenzione denominato T20, mentre, il decadimento sui 30 dB verrà duplicato

e denominato T30 (Immagine 11).

• T20: è il tempo che si ottiene estrapolando, dalla curva di decadimento del

livello di pressione sonora a -60 dB, la pendenza media dei primi 20 dB (per un

intervallo compreso tra -5 e -25 dB).

• T30: è il tempo che si ottiene estrapolando, dalla curva di decadimento del

livello di pressione sonora a -60 dB, la pendenza media dei primi 30 dB (per un

intervallo compreso tra -5 e -35 dB).

• EDT, Tempo di primo decadimento (EARLY DECAY TIME): è definito come

“sei volte il tempo di riverberazione calcolato sui primi 10 dB del decadimento sonoro”.

Si ottiene estrapolando, dalla curva di decadimento del livello di pressione sonora a

27

-60 dB, la pendenza media dei primi 10 dB (per un intervallo compreso tra 0 e -10

dB) (Img.12). I valori di EDT sono quasi sempre inferiori a quelli del T60 e l’entità della

discrepanza costituisce un buon giudizio dell’imperfetta diffusione locale. L’EDT si

dimostra un parametro particolarmente sensibile alla posizione del punto di ascolto e

alla geometria della sala; diminuisce allontanandosi dalla sorgente ed è utile per

confrontare diversi punti di una sala. L’ EDT viene quindi utilizzato perché risulta

meglio correlato al giudizio soggettivo di ascolto del più tradizionale RT, in quanto

prende meglio in considerazione l'influenza delle prime riflessioni che sono più vicine

alla risposta soggettiva di spazialità degli spettatori. Di solito entrambi gli indici EDT

e RT sono misurati a varie frequenze (analisi per ottave o per terzi di ottave).

I valori ottimali dell’EDT, riferiti alla media dei valori nelle due bande centrali di 500 e

1000 Hz, sono:

EDT < 1 (s) PARLATO 1,8 < EDT < 2,6 (s) MUSICA

Immagine 12: Estrapolazione del T20, T30 e dell’EDT dalla curva di decadimento

del livello della pressione sonora in dB

L’ EDT è solitamente usato in caso di ascolto della musica in quanto, se essa è

continua, è possibile sentire dopo ciascuna nota, solo i primi 10 dB circa del

decadimento del suono.

28

• D50_Indice di definizione: introdotto da Thiele e Mayer (1953), sulla base di

studi compiuti da Hass (1951), costituisce una misura della chiarezza con cui

l’ascoltatore recepisce il messaggio parlato: è un parametro di qualità ma è anche

importante per l’intelligibilità del parlato. Si ottiene dal rapporto tra l’energia che arriva

al punto di ricezione nei primi 50 ms di emissione del suono, e l’energia dell’intero

segnale, cioè sino alla fine del suo decadimento; in sintesi è dato dal rapporto tra

energia utile ed energia totale.

D50 = (Energia Utile)/(Energia Totale)

dove: l’energia utile al trasferimento di informazioni è quella presente nei primi 50

ms, l’energia totale è invece costituita dalla somma di energia utile più energia

disturbante.

Si può calcolare con la seguente formula:

D50 = ∫ 𝑝𝑝2(𝜏𝜏)𝑑𝑑𝜏𝜏50𝑚𝑚𝑚𝑚0

∫ 𝑝𝑝2(𝜏𝜏)𝑑𝑑𝜏𝜏∞0 𝑚𝑚𝑚𝑚

In questo caso p(τ) rappresenta la pressione acustica istantanea nel punto di ascolto.

Con τ=0 si intende l’istante in cui il segnale diretto raggiunge il ricevitore. Il limite di

integrazione al numeratore di 50 ms deriva da considerazioni di carattere

psicoacustico, infatti l’intervallo di tempo di integrazione dell’orecchio è più breve per

il parlato che per la musica. Il D50 è correlato all’ intelligibilità delle sillabe nel parlato,

che risulta tanto maggiore quanto più è elevato il valore dell’indice di definizione.

Questo parametro è una grandezza adimensionale, un numero che può variare da 0

a 1; in caso di presenza di solo suono diretto vale 1, mentre, nel caso ideale di

completa assenza di suono diretto ed esclusiva presenza di campo riverberante il

valore limite del rapporto tende a 0. I valori ottimali per l’indice di definizione D50

risultano essere:

D50 >0,5 PARLATO.

29

I valori del D50 sono espressi in percentuale (%), pertanto ambienti con valori

dell’indice di definizione maggiori al 50 % sono adatti per il parlato, viceversa ambienti

con valori dell’indice di definizione inferiori al 50 % sono adatti per la musica.

• C80_Indice di chiarezza: introdotta da Reichardt e Leumann (1974) è un

descrittore ottenuto dal rapporto tra “l’energia che giunge all’ascoltatore entro i primi

80 ms di emissione del suono (comprensiva di energia diretta ed energia delle prime

riflessioni), e l’energia che perviene negli istanti successivi (ovvero l’energia delle

successive riflessioni)”. E’, quindi, un rapporto in cui al numeratore c’è il suono utile

e al denominatore il suono dannoso, entrambi espressi in dB:

C80 = 10 log ∫ 𝑝𝑝²(𝜏𝜏)𝑑𝑑𝜏𝜏80𝑚𝑚𝑚𝑚0

∫ 𝑝𝑝²(𝜏𝜏)𝑑𝑑𝜏𝜏∞80 𝑚𝑚𝑚𝑚

[dB]

dove, p(τ) è la pressione acustica istantanea nel punto di ascolto. Con τ=0 si intende

l’istante in cui il segnale diretto raggiunge il ricevitore.

L’ indice di chiarezza ha il fine di valutare la possibilità, per un ascoltatore, di percepire

nitidamente note musicali suonate in rapida successione, nonché di distinguere

chiaramente più note suonate contemporaneamente da uno o più strumenti.

L’estensione del limite a 80 ms deriva dal fatto che, per la musica, è accettabile un

grado di sovrapposizione fra le note, al contrario che per la parola; per la musica,

poiché si punta ad un suono più legato, più mescolato, si accettano riflessione più

tardive. Infatti, una riflessione che arriva 70 ms dopo il suono diretto è già dannosa

per il parlato ma è ancora utile per la musica. Di conseguenza, da ciò, deriva che il

C80 si considera in relazione alla musica. Valori ottimali del C80 sono:

C80 ≥ 3 (dB) PARLATO -2 ≤ C80 ≤ 2 (dB) MUSICA.

Quanto più il valore dell’indice di chiarezza risulta elevato, tanto più il suono risulta

chiaro. Al fine di ottenere un unico valore puntuale per C80, vengono generalmente

mediati i dati ottenuti nelle bande di ottava centrale di 500, 1000, e 2000 Hz, poiché 30

la risposta temporale dell’orecchio alle basse frequenze (125 e 250 Hz) è trascurabile.

Valori di chiarezza positivi (1, 2 dB) indicano un campo sonoro molto chiaro, troppo

chiaro dopo i 2 dB; viceversa valori negativi (-1, -2 dB) indicano un campo sonoro

poco chiaro, e valori inferiori ai -2 dB non sono considerati accettabili (S. Cingolani, C.

Ianniello, R. Spagnolo, 2015).

Capitolo 4

L’assorbimento acustico

4.1 L’assorbimento

L’ assorbimento acustico è l’attitudine di un materiale a dissipare l’energia

sonora incidente e a far sì che questa non venga completamente riflessa. Per ogni

materiale si può definire un coefficiente di assorbimento acustico dato dal rapporto

tra la potenza sonora assorbita e la potenza sonora incidente. Esso è un numero

puro variabile fra 0 e 1 ed esattamente è uguale a 0 se l’energia incidente è

completamente riflessa e uguale a 1 se è completamente assorbita. Pertanto, se il

valore di α pari a 0,7 significa che il 70% dell’energia incidente sulla superficie del

materiale è assorbita.

Tuttavia, per un medesimo materiale il valore di α varia al variare delle frequenze

e dell’angolo di incidenza dell’onda acustica, quindi i coefficienti di assorbimento

acustico (sia teorici come α, sia determinati sperimentalmente come αsabine) sono

espressi in funzione della frequenza in banda d’ottava o 1/3 d’ottava

Nelle schede tecniche fornite dal produttore, compare spesso il coefficiente di

riduzione del rumore NRC (Noise Reduction Coefficient), il quale è calcolato

mediando i valori di alle frequenze di 250, 500, 1000 e 2000 Hz. In alternativa, è

utilizzato il coefficiente di assorbimento acustico ponderato αw ottenuto mediante

confronto con una curva di riferimento secondo il metodo indicato dalla norma UNI

31

EN ISO 11654.

L’impiego di tali descrittori semplificati, seppur utili per un rapido confronto dei

diversi materiali, non fornisce un adeguato supporto per la progettazione delle

qualità acustiche di un ambiente confinato.

I materiali che forniscono le migliori prestazioni fonoassorbenti presentano

bassa massa, alta porosità, superficie cedevole; viceversa i materiali che danno le

migliori garanzie di fonoisolamento hanno massa elevata, superficie continua, sono

rigidi e non porosi. Solo accoppiando opportunamente materiali dei due tipi è

possibile contemporaneamente ottenere un buon grado di isolamento e di

assorbimento acustico.

La misura in laboratorio dei valori dei coefficienti di assorbimento acustico

avviene, di norma, con due metodi:

1. Metodo delle onde stazionarie in tubo, per incidenza normale del suono, per

campioni di piccole dimensioni.

2. Metodo per incidenza casuale, eseguito in camera riverberante per campioni di

grandi dimensioni (almeno 10 di superficie) secondo la ISO 354.

Il metodo per incidenza casuale è quello che meglio approssima i casi reali,

poiché le onde sonore incidono sulla superficie della partizione (pavimento,

solaio, pareti) secondo diversi angoli.

L’assorbimento acustico di un materiale avviene grazie alla conversione in

calore di parte dell’energia incidente sul medesimo, anche se, nella realtà, tale

meccanismo è certamente più complesso.

A seconda del loro principio di funzionamento si possono suddividere in tre

categorie:

• Materiali porosi (sfruttando la dissipazione viscosa)

• Risuonatori acustici o di Helmholtz (sfruttando la risonanza delle cavità)

32

• Pannelli o membrane vibranti (sfruttando la risonanza del pannello)

Ciascuno di questi meccanismi di assorbimento acustico è maggiormente

efficiente in un determinato campo di frequenza.

Immagine 13: Andamento del coefficiente di assorbimento in funzione della frequenza e dello

spessore del materiale.

Soltanto dalla combinazione di più meccanismi di assorbimento si riesce ad

avere materiali che assorbono su tutto il campo di frequenza udibile.

4.2 Materiali porosi

In questo caso l'assorbimento acustico è dovuto al fenomeno della viscosità: la

dissipazione dell'onda sonora avviene per trasformazione del suono in energia

cinetica allorché lo stesso attraversa il materiale e la capacità fonoassorbente è

influenzata da densità e spessore di quest'ultimo.

I materiali assorbenti per porosità si possono a loro volta distinguere in:

• materiali fibrosi (lana di vetro, lana di roccia, truciolati di legno, sughero, fibre di

poliestere, gesso, cartongesso)

• materiali a cellule aperte (schiume poliuretaniche, poliuretano espanso, foam

melamminico)

33

• materiali fibrosi (moquette, linoleum, tendaggi, tessuti naturali e artificiali di vario

tipo)

L'assorbimento per porosità risulta generalmente elevato alle frequenze medie e

medio-alte mentre per ottenere un significativo smorzamento delle basse frequenze

si richiede l'utilizzo di spessori elevati di materiale. Per un'efficace impiego del

materiale fonoassorbente occorre discostarlo di qualche centimetro (minimo 5 cm

fino ad oltre 30 cm) dagli elementi strutturali piani (si pensi al caso dei controsoffitti

in cartongesso con eventuale aggiunta di lana minerale). Per aumentare il potere

fonoassorbente dei materiali porosi piuttosto che utilizzare quelli di tipo liscio (fig.

A) è possibile conformarli con sagomature tali da aumentarne la superficie totale di

contatto con l'onda sonora, per una migliore dissipazione cinetica come nel caso

dei materiali fonoassorbenti piramidali (fig. B), bugnati (fig. C) o dei baffles sfaccettati

di tipo Keller (fig. D) (G. Benedetto, M. Fringuellino, G. Iannace, A. Schiavi,

R.Spagnolo, 2015).

34

4.3 Risuonatori acustici

L'assorbimento avviene per viscosità che si realizza all'imboccatura (collo) di un

area cava all'interno del materiale, che pertanto si presenta forato o fessurato, tramite il

principio di funzionamento del cosiddetto risuonatore di Helmoltz.

Si tratta di una forma di assorbimento molto selettiva che agisce su una gamma parecchio

ristretta di frequenze. E' la soluzione elettiva per quelle fattispecie di correzioni acustiche

ambientali limitate a specifiche e omogenee fonti di disturbo (es: voce umana, macchinari

rumorosi analoghi tra di loro).

Naturalmente qualora le esigenze di fonoassorbimento riguardino uno spettro sonoro

particolarmente ampio si potrà ricorrere a soluzioni miste che adottano

contemporaneamente le tecnologie suddette (es: materassino assorbente per porosità

posto dietro pannelli forati che assorbono per risonanza di cavità) (G. Benedetto, M.

Fringuellino, G. Iannace, A. Schiavi, R.Spagnolo, 2015).

Immagine 14: Sistema risonante massa-rigidezza. La massa oscillante è l’aria contenuta nel collo del risuonatore. La rigidezza è quella dell’aria nella cavità.

35

4.4 Pannelli vibranti

L'assorbimento avviene tramite il posizionamento di un pannello di buona densità

a distanza di qualche decina di centimetri dalla parete di modo che lo smorzamento si

verifica tramite il sistema massa-aria-massa che entra in gioco anche per realizzare

prestazioni di tipo fonoisolante. Il pannello risuona alla sua frequenza di coincidenza e

l'energia sonora viene smorzata dal cuscino d'aria retrostante. Naturalmente l'efficacia

di questo sistema è limitata all'assorbimento di quelle frequenze per le quali avviene la

risonanza, tuttavia è sufficiente frapporre nell'intercapedine del materiale fonoassorbente

di tipo poroso o fibroso per aumentare l'efficacia fonoassorbente su una gamma sonora

ben più ampia (G. Benedetto, M. Fringuellino, G. Iannace, A. Schiavi, R.Spagnolo, 2015).

Capitolo 5

Il teatro A. Manzoni di Cassino

5.1 Cenni sulla città di Cassino

Una ricostruzione storica del prof. Emilio

Pistilli ci da un breve ma, a mio avviso, chiaro

inquadramento storico della città di Cassino:

“Secondo una fantasiosa ipotesi di Marco

Terenzio Varrone il toponimo della città deriva

dall’osco “Casnar” o “Cascum”, cioè “vecchio”,

tesi decisamente rifiutata dai linguisti. Solo in

epoca romana la città venne chiamata

“Casinum”.

36

Immagine 15

Capoluogo storico del Lazio meridionale, nodo geografico, economico e culturale tra le regioni

del Lazio, della Campania, del Molise e dell’Abruzzo. La città sorge sulle propaggini sud orientali

del monte che ha il suo nome. È bagnata dai fiumi Rapido e Gari; quest’ultimo ha le sorgenti

nel cuore antico della città, dove in tempi remoti veniva venerata la divinità delle acque

Deluentinus; sullo stesso fiume Marco Terenzio Varrone costruì la sua famosa villa. La città fu

fiorente in epoca romana col nome di Casinum: ebbe un anfiteatro, un teatro, diversi templi,

terme nella villa di Varrone, due fori per il commercio e gli affari, un imponente acquedotto di

oltre 22 km. Sontuose ville di potenti di Roma sorsero sparse sull’ameno territorio circostante.

Sotto la dominazione romana fu colonia, prefettura e municipio; ottenne la piena cittadinanza

nel 188 a.C. Fin da tempi immemorabili fu cinta da poderose mura che si estendevano fin

sull’acropoli, a quota 519, dove Benedetto da Norcia pose la sua dimora. Per la sua importanza

e per la sua posizione geografica fu tappa preferita dai barbari durante le loro frequenti incursioni

e ciò determinò la sua rovina insieme all’impero di Roma. La città tornò a vivere solo qualche

secolo dopo la venuta di S. Benedetto sul suo monte, ma su un sito diverso, quello attuale – un

chilometro più a nord –, e con nome diverso, quello di S. Germano. Seguì, nella buona e cattiva

sorte, le vicende della gloriosa abbazia benedettina; nella sua chiesa cattedrale l’imperatore

Federico II firmò il trattato di pace con Gregorio IX nel 1230 (la Pace di S. Germano). Fu capitale

del piccolo ma importante “Stato di S. Germano” sottoposto all’autorità degli abati di

Montecassino. Nel corso della sua storia subì più volte devastazioni da parte di truppe straniere:

giorni terribili la città dovette vivere nel 1799 con l’arrivo delle armate francesi, che arrecarono

morte e distruzioni. Nel 1863 la città abbandonò il nome S. Germano per quello attuale di

Cassino. La tranquilla ma dignitosa vita di cittadina di provincia fu sconvolta e interrotta

tragicamente nel 1944 dai bombardamenti anglo-americani: la città, con la sua abbazia, fu

caposaldo della Linea Gustav. Per nove mesi, dal settembre 1943 al maggio 1944, eserciti di

tutto il mondo, nella loro marcia verso Roma, fronteggiarono, senza esito e con ingenti perdite,

l’accanita resistenza germanica attestata sui monti retrostanti l’abbazia di Montecassino.

Furono effettuati bombardamenti a tappeto sul monastero (15 febbraio 1944) nella convinzione

errata che ospitasse capisaldi tedeschi e su Cassino (15 marzo successivo) per snidare le

micidiali postazioni nemiche. La distruzione fu totale, le perdite umane gravissime; per questo

la città meritò l’appellativo di “Città Martire per la Pace” e fu decorata con Medaglia d’Oro al 37

valor Militare. Oggi Cassino ha l’aspetto e l’economia di una città moderna: è sede

dell’Università di Cassino e del più importante tribunale tra Roma e Napoli; nel suo hinterland

la FIAT ha realizzato il più moderno stabilimento automobilistico d’Europa. Grazie all’abbazia di

Montecassino, ai cospicui resti archeologici, alle numerose testimonianze artistiche medioevali,

alle sue sorgenti, le più grandi d’Europa, Cassino è richiamo turistico di prim’ordine, con circa

un milione e mezzo di presenze l’anno. La moderna città sorge nella piana dominata dalla

maestosa mole di Montecassino e dalla Rocca Janula, fortificazione del sec. X costruita in difesa

del monastero; lì, su un picco roccioso, si eleva il monumento per la pace, opera dello scultore

Umberto Mastroianni”.

(da E. Pistilli, Storia di Cassino http://www.comune.cassino.fr.it/pagina2294_la-

storia.html, ultima modifica 2014).

5.2 Cenni di storia del teatro A. Manzoni di Cassino e stato di fatto.

La costruzione del teatro intitolato ad A. Manzoni a Cassino ha avuto una travagliata

storia dovuta alle vicende storiche che hanno interessato la città dall’unità d’Italia fino ad

oggi. Di fatto dobbiamo parlare di un teatro storico e del nuovo teatro-auditorium

attualmente esistente. Il vecchio teatro fu costruito tra il 1867 e il 1875 (inaugurazione),

sotto il mandato amministrativo del sindaco Benedetto Nicoletti. Per la realizzazione fu

utilizzato, riadattandolo, un vecchio edificio già stazione ferroviaria dismesso perché

spostata altrove. Nello stesso edificio furono ubicati anche gli uffici comunali e più tardi

anche il liceo-ginnasio.

38

Immagine 16: Pianta del vecchio teatro Manzoni realizzata “a memoria”, nel dopoguerra.

Sul progettista del teatro comunale non si hanno fonti certe. Forse fu utilizzato il primo

progetto degli architetti Antonio Bellini e Oreste Toscani del 1865 approvato dalla

Deputazione provinciale di Caserta ma non realizzato allora per via del successivo

spostamento del sito stesso. Una volta ultimato fu definito “meraviglia del paese”.

Si è detto che come struttura fosse il gemello di quello di Santa Maria Capua Vetere

ma non ci sono elementi certi di confronto e in considerazione del fatto che il Manzoni

dovette adattarsi alla struttura esistente che lo ospitava, sembra improbabile la similarità.

Qualcuno lo ha raffrontato al teatro Verdi di Busseto progettato dall’architetto

governativo Pierluigi Montecchi e non è da escludere che per risparmiare sulle spese di

progettazione, il Ministero dei Lavori pubblici o Istruzione pubblica da cui dipendevano i

teatri avesse imposto al comune un progetto già pronto.

Durante la Seconda Guerra Mondiale la città fu quasi rasa al suolo e così il teatro

andò distrutto. Vari tentativi di ricostruzione di un nuovo teatro fallirono fino al 1997 quando

si costituì un “Comitato pro Teatro Manzoni” su iniziativa di un gruppo di cittadini.

39

Necessariamente nel 1998 si optò per una struttura di nuova concezione per un

edificio per un uso polivalente. Il nuovo teatro Manzoni fu costruito abbattendo il vecchio e

pericolante edificio dell’ex convento dei Francescani, di fianco la chiesa di S. Antonio,

previo protocollo d’intesa con l’Università di Cassino a cui anni prima era stato donato il

sito per ergere il Rettorato che però non fu mai costruito. I lavori, iniziarono nel 2000 dopo

l’approvazione da parte della sovrintendenza per i beni archeologici, poiché dalla

demolizione del vecchio edificio emersero resti di epoca medioevale. Gli architetti che

firmarono il progetto furono Antonio Casella e Silvio Pulcinelli con l’ingegnere Persechino.

L’inaugurazione avvenne nel 2006 (E. Pistilli, 2006).

Come riporta Pistilli dalla relazione preliminare dei progettisti:

“L’attacco prospettico di detto complesso, alla facciata della chiesa è concepito come una

grande sola vetrata (ingresso alla sala), con una pensilina, sempre in vetro, sospesa da cavi

d’acciaio. Detta vetrata costituisce un distacco dalla chiusa e compatta massa dell’edificio sacro

e serve a ridare più significato a quest’ultimo e maggior distinguo al plesso progettato. La sala

apparirà sulla piazza Diamare con una facciata a portali di pietra, di grande respiro, che daranno

unità e importanza alla stessa e ricostruiranno l’allineamento prospettico. Esternamente la curva

vetrata di chiusura, posizionata in arretramento ai portali, permetterà in questo spazio il percorso

dei pedoni nella piazza come in un portico e, nell’interno, la vista degli spettatori a quota

soprelevata, nei percorsi esterni alla sala, determinerà una continuità visiva tra i fruitori della

sala e quelli della piazza. […] L’innovativa presenza dell’acciaio, del vetro, dell’alluminio, a

contrasto con la forte presenza della pietra, dateranno e indicheranno l’attualità dell’organismo

architettonico. La copertura a forma di onda, concava e convessa, sarà di legno lamellare

ricoperto da un pacchetto coibentante e isolante, protetto da guaina ardesiata.

Dimensionalmente l’intervento interesserà una superficie di circa 2350 mq ed una cubatura di

21000 mc. […] L’organismo progettato, opportunamente dotato dei necessari impianti e comfort,

con poltrone imbottite nella sala, delle infrastrutture tecnologiche, con un vasto atrio dove sono

ubicati bar, guardaroba, biglietteria e servizi, zone di attesa, ha come traguardo finale

l’identificazione, nell’immagine del “teatro”, occasione colta per la città, un’esigenza tanto

40

sentita, desiderata ed auspicata proprio perché mancante” (Relazione preliminare di progetto,

in E. Pistilli, 2006).

Di fatto attualmente, a circa dieci anni dall’inaugurazione il teatro appare come una

brutta copia dell’idea iniziale in quanto a qualità dei materiali e realizzazione. È apparsa

subito chiara la mancata attenzione al comfort acustico, dato che nella sala soprattutto per

l’uso come cinema, l’audio degli spettacoli è risultato spesso incomprensibile.

Recentemente il teatro ha accolto un intervento di correzione acustica ma, come vedremo

in seguito dai risultati dei rilievi in loco, la sala presenta ancora molte problematiche dal

punto di vista acustico sia per l’utilizzo come cinema (sourround), sia come auditorium

musicale e teatro (Piante e sezione e render in allegati 1-8)

Immagine 17: Prospetto dal progetto originale

41

Immagine 18: Sala teatro lato destro

Immagine 19: Sala teatro vista del palco

42

5.3 Scopo del lavoro

Scopo del presente lavoro è quello di studiare l’acustica del teatro auditorium A.

Manzoni per renderlo adatto non solo per l’utilizzo come teatro, ma anche per esecuzioni

musicali e cinema sourround. A tale scopo ho inteso concepire un intervento a geometria

variabile cioè modificabile in base all’utilizzo che volta per volta si farà della sala. Attraverso

il rilievo acustico in loco si sono acquisiti tutti i parametri (tempo di riverbero etc.) che

insieme ai coefficienti di assorbimento dei materiali e al modello 3D geometrizzato

(“pannellizzato”), saranno inseriti all’interno di un software di simulazione acustica

(Odeon). Tutto questo ci permette di valutare lo stato di fatto e di poter intervenire, laddove

ce ne sia la necessità, attraverso una correzione acustica con simulazione

computerizzata. Inoltre in questa occasione per la registrazione è stato usato un microfono

tridimensionale quadri-canale per l’analisi del suono secondo i tre assi cartesiani così da

poter studiare il comportamento acustico della sala nelle varie componenti direzionali.

43

Capitolo 6

L’acustica del teatro Manzoni

6.1 Studio acustico

Il procedimento di misurazione impiegato è il “metodo della risposta integrata all’ impulso”.

La risposta all’ impulso di un ambiente sono gli echi che l’ ambiente genera in risposta ad

un singolo, brevissimo impulso.

Esistono diversi modalità di eccitazione del campo acustico per la determinazione della

risposta all’impulso.

Per l’eccitazione del campo acustico si utilizza o una sorgente sferica omnidirezionale,

oppure segnali di tipo impulsivo come lo scoppio di raudi o palloncini.

Nel nostro caso abbiamo utilizzato palloncini gonfiati ad aria posizionati in un unico punto

sorgente (sul palco ad 1,5 m di altezza da questo) sono stati fatti esplodere al momento

opportuno ed hanno generato un impulso sonoro.

Sul decadimento dell’eccitazione impulsiva è stato calcolato il tempo di riverberazione e

da questo tutti gli altri parametri necessari.

La risposta all’impulso è stata rilevata da un fonometro Brahma, registratore digitale a 4

canali su scheda SD. Tale microfono rende possibile registrazioni “sourround”

tridimensionali ed un eventuale possibile utilizzo anche come sonda intensimetrica.

Immagine 20: esempio di microfono utilizzato Brahma. (presentazione Ingegneria Industriale Parma

http://images.slideplayer.it/1/522243/slides/slide_25.jpg)

44

L’impulso sonoro è stato elaborato con il software Dirac il quale fornisce i parametri acustici

monoaurali (T30, EDT, D50, C80).

Attraverso l’ uso del programma Excel, è stata effettuata una media dei valori misurati

nei diversi punti (punti di ricezione). I valori dei parametri acustici sono stati mediati e sono

riportati in funzione della frequenza in bande di ottava nel range compreso tra 63 Hz e 4

KHz e attraverso i grafici di andamento (Allegato 9)

Immagine 21 Impulso sonoro elaborato attraverso il software Dirac

45

Media parametri 63 125 250 500 1000 2000 4000 EDT [s]: 1,66 2,25 2,13 1,76 1,74 1,75 1,58 T20 [s]: 1,64 2,46 2,23 1,86 1,91 1,87 1,63 T30 [s]: 1,44 2,62 2,42 1,95 1,99 1,96 1,70 C80 [dB]: 4,69 -0,38 -0,63 0,55 0,56 0,51 1,41 D50 [-]: 0,60 0,36 0,36 0,39 0,38 0,37 0,44

Tab 2: valori medi degli indici descrittori della sala del teatro Manzoni.

Immagine 22: Grafico dell’andamento medio del T30 [s], tempo di reverberazione.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

125 250 500 1000 2000 4000

EDT [s]:

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

125 250 500 1000 2000 4000

T30 [s]:

46

Immagine 23: Grafico dell’andamento medio dell’EDT (Early Decay Time),

tempo di primo decadimento della sala.

Immagine 23: Grafico dell’andamento medio del valore della chiarezza C80 (dB).

Immagine 23: Grafico dell’andamento medio del valore della chiarezza C80 (dB).

La tabella e i grafici qui riportati sono estratti dalla tabella delle medie (Allegato 9).

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

63 125 250 500 1000 2000 4000

D50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

125 250 500 1000 2000 4000

C80 [dB]:

47

6.2 Modello 3D e simulazione computerizzata

Una volta realizzati il rilievo planimetrico e le misure acustiche e una volta estratte le

medie dei vari ricevitori si è proceduti nella realizzazione di un modello virtuale, necessario

per lo studio dell’acustica dell’ambiente oggetto d’analisi.

E’ stato realizzato un modello virtuale semplificato al CAD. Semplificato perché privo di

dettagli non acusticamente rilevanti che appesantirebbero le elaborazioni. Il modello per

Odeon è realizzato attraverso facce tridimensionali e le superfici curve approssimate in un

numero limitato di superfici piane (pannellizzazione).

Immagine 23: Modello 3D CAD sfaccettato per Odeon

Il software di simulazione acustica utilizzato per realizzare un ambiente uditivo virtuale è

stato Odeon 11.1 Combined. Prodotto dal “Department Of Acoustic Technology” della

48

Technology University Of Denmark di Lyngby(Danimarca), è dedicato alla valutazione

acustica di un ambiente tramite simulazioni, mediante l’uso di un metodo delle sorgenti

immagini. ODEON fornisce due metodi diversi di calcolo. Il metodo “Quick Estimate”

(Stima rapida) che permette una rapida valutazione dell’effetto del cambiamento di un

materiale. Non restituisce risultati particolarmente precisi e utilizza un coefficiente di

assorbimento medio da inserire nella formula di Sabine, Eyring e Arau-Puchades per il

tempo di riverberazione. Il metodo “Global Estimate” fornisce risultati di alta qualità ed

esso calcola i valori di T20, T30, il volume della sala, il cammino libero medio e una stima

delle curve di decadimento. In ultima fase il calcolo più completo che può effettuare il

software si ottiene creando una Job list e lanciando il calcolo. Esso può essere effettuato

solo al fine di ottenere i valori energetici o se si utilizza la modalità Grid (Griglia) il calcolo

analizza i valori energetici nei vari punti di una griglia virtuale che suddivide in porzioni

l’area della sala coperta dal pubblico restituendoci una mappatura dei valori in relazione

alla posizione dei vari ascoltatori (Odeon, Room Acoustics Software).

49

6.3 Importazione del modello in Odeon e taratura

Il modello realizzato in CAD è stato importato, in formato DXF, nel software di

simulazione e sono state definite le caratteristiche dei materiali e le caratteristiche e le

posizioni delle sorgenti e dei ricevitori.

Immagine 24: Modello 3D importato in Odeon

È fondamentale assicurarsi che il modello non sia mancante di superfici, per evitare la

fuoriuscita di raggi sonori che comprometterebbero la simulazione.

Per verificare tale problematica ed analizzare l’andamento del suono all’interno della sala,

viene utilizzato il comando “Ray Tracing” (Img 25).

Si tratta di una funzione che ci consente di capire visivamente il percorso dei raggi sonori

all’interno dell’ambiente, e soprattutto a partire da una determinata sorgente, inserita in un

certo punto della sala, come e quanto il suono si propaga man mano che ci si allontana da

essa.

50

Immagine 25: Ray Tracing nella sala

Per la procedura di simulazione è stata riprodotta la stessa collocazione dei punti sorgente

e ricevitori adottata durante la fase di misure sperimentali al fine di poter effettuare un

confronto puntuale tra i risultati sperimentali e quelli simulati (Img 26).

Immagine 26: Modello 3D importato in Odeon

Per poter garantire l’affidabilità dei risultati è necessario procedere alla taratura del

modello virtuale sui valori ottenuti dalle misure in loco. Durante il procedimento di Taratura 51

del modello virtuale vanno innanzitutto assegnati i materiali reali alle singole superfici del

modello, affinché si possa considerare il comportamento delle onde sonore che incidono

sulle pareti e sul piano di calpestio.

Una prima fase consiste nell’assegnare ai materiali virtuali già presenti nel database del

programma i coefficienti di assorbimento dei materiali reali o in alcuni casi con la creazione

del materiale ex novo se esso non è presente in archivio.

La taratura viene effettuata sui valori dei descrittori acustici più significativi e affetti da

minor incertezza di misura, definendo un intervallo di accettabilità in funzione dello scarto

tipo tra i valori misurati e quelli simulati.

Per intervallo di accettabilità si intende quella minima differenza al di sotto della quale la

loro differenza non risulta percepibile da un ascoltatore medio.

Si usa quale parametro di confronto tra il misurato e il calcolato, il T30, ossia, si ritiene

che il modello numerico corrisponda allo stato reale, quando il T30 misurato e quello

calcolato coincidono. Nello specifico, la media del T30 ottenuta tra tutti i punti ricevitori è

stata assunta come riferimento al fine di tarare il modello tridimensionale in ODEON con

lo scopo di ottenere il comportamento acustico virtuale tanto più vicino possibile a quello

reale ricavato dalle misure. Imponendo al modello numerico tali valori si è verificato che il

tempo di riverberazione medio alle varie frequenze (T30) calcolato con Odeon coincide con il

tempo di riverberazione medio misurato.

La funzione utilizzata per ottenere il tempo di riverberazione medio in sala è il

“Global Estimate”. La fase di taratura del modello si conclude con la verifica della

vicinanza tra i valori simulati e quelli misurati degli altri parametri presi in considerazione.

63 125 250 500 1000 2000 4000

52

Tab3:

Modello 3D importato in Odeon

Immagine 27: Taratura del T30

Considerando come valido il modello virtuale a seguito della taratura del T30 e ho

paragonato i valori teorici e quelli sperimentali e le differenze ottenute sono state mediate

e confrontate con gli scarti ammissibili. Ho ottenuto così risultati di confronto in termini di

validazione del modello. E’ stato possibile conoscere, previa verifica della coerenza

globale degli altri parametri acustici ricavati sperimentalmente, molti valori utilizzabili come

EDT [s]: 1,66 1,66 1,66 1,66 1,66 1,66 1,66 T20 [s]: 1,64 2,46 2,23 1,86 1,91 1,87 1,63 T30 [s]: 1,44 2,70 2,42 1,95 1,99 1,96 1,70 C80 [dB]: 4,69 -0,38 -0,63 0,55 0,56 0,51 1,41 D50 [-]: 0,60 0,36 0,36 0,39 0,38 0,37 0,44

T30 [s]: 125 250 500 1000 2000 4000

T30 [s] misurato 2,70 2,42 1,95 1,99 1,96 1,70

T30 [s] calcolato 2,65 2,59 1,90 2,00 1,91 1,73

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

125 250 500 1000 2000 4000

Taratura T30

T30[s] misurato T30[s] calcolato

53

indicatori acustici. T30, EDT, C80, C50, D50, STI, ottenuti dalla simulazione in Odeon con

il modello dello stato attuale.

Nella simulazione è stato tenuto in conto una presenza media di spettatori, sedie

mediamente occupate. Considerando che riteniamo acusticamente più rilevanti per

l’orecchio umano le frequenze meno attenuale dall’udito (Filtro A) quindi da 125Hz a 4kHz,

sono riportati i grafici delle medie dei suddetti valori e le mappe della loro distribuzione

nella sala.

Immagine 28: Simulazione T30 della sala allo stato di fatto

Immagine 29: Simulazione EDT della sala allo stato di fatto

54

Immagine 30: Grafico C80 della sala allo stato di fatto

Immagine 31: Grafico D50 della sala allo stato di fatto

Immagine 32: Mappatura di distribuzione del T30 della sala allo stato di fatto

55

Immagine 33: Mappatura di distribuzione dell’EDT della sala allo stato di fatto

Immagine 34: Mappatura di distribuzione del C80 della sala allo stato di fatto

56

Immagine 35: Mappatura di distribuzione del D50 della sala allo stato di fatto

Dallo studio delle mappe di distribuzione si vede che mentre il tempo di reverbero è

pressoché uniforme in tutta la sala ed è eccessivamente alto a tutte le frequenze, gli altri

valori come ad esempio l’EDT e la chiarezza diminuiscono in modo evidente man mano

che ci si allontana dalla sorgente.

Per quel che riguarda l’EDT il suo valore non uniforme nella sala è dovuto come

sappiamo alla distanza dalla sorgente in quanto questo valore tiene in considerazione i

primi 50 ms dell’impulso e quindi è fondamentale l’impulso diretto.

E’ evidente che la chiarezza e la definizione raggiungono livelli molto bassi in fondo alla

sala. Dunque se consideriamo la sala come auditorium musicale, i valori di chiarezza tra

la prima e la sesta fila potrebbero essere accettabili ma il resto della sala non avrà una

percezione chiara del suono e lo stesso vale per la definizione in caso di utilizzo della sala

come sala operale e teatrale (i valori energetici acustici della sala allo stato di fatto sono

riportati in allegato)

57

E’ quindi necessario andare a correggere tali valori e ad abbassare globalmente il tempo

di reverbero della sala.

Capitolo 7

Analisi del suono secondo le componenti 3D

7.1 La registrazione multicanale

Nello studio dell’acustica del teatro, il rilievo degli impulsi (metodo della risposta

all’impulso), che di solito si può effettuare con un semplice fonometro (o microfono), è stato

effettuato registrando gli impulsi con un microfono multicanale Brahma. Questo microfono

di nuova generazione di tipo tetraedrico è l’evoluzione del microfono Soundfield inventato

da Gerzon e Craven nel ’73.

Immagine 36: microfono tetraedrico Brahma e microfono Soundfield moderno (Alberto Amendola tesi di dottorato 2013)

Esso registra 4 componenti diverse del suono ambientale che vengono estratte

digitalmente dal microfono sotto forma di un segnale originale di tipo “A format” che

convertito in B-format tramite un software integrato (Brahma Volver), sviluppato in questo

caso dall’Università di Parma, ci restituisce i segnali componenti le armoniche sferiche

secondo gli assi (velocità) X, Y e Z. Da qui possiamo ricavare direttamente 4 segnali: 58

W(centrale), X front-rear, Y left-right e Z asse verticale. Questi 4 impulsi, analizzati e

confrontati ci forniscono indicazioni della spazializzazione del suono e delle sue

caratteristiche.

Immagine 37: diagramma di direttività della registrazione a 4 canali. (http://pcfarina.eng.unipr.it/Dispense01/arpaio130684/Arpaio130684_file/image068.jpg )

Dallo studio effettuato dal ricercatore Alberto Amendola (tesi di dottorato) possiamo

leggere:

La maggior parte delle misure acustiche sono fatte usando un singolo microfono di pressione omnidirezionale, ma anche le altre come lo IACC e la Lateral Fraction, che di microfoni ne usano due, e inoltre direttivi, concentrano la loro attenzione, più sulla posizione “dell’effetto” e non su quello “della causa”. Tutto questo, quindi è buono per ricavare dalla IR ottenuta, il tempo di riverbero, ed altri parametri monofonici. Ma che informazioni possiamo ottenere riguardo la provenienza del suono? Cosa sta causando una riflessione non voluta? Se noi diamo un'occhiata alla IR possiamo individuare una riflessione, la distanza temporale fra essa ed il suono diretto, e grossomodo risalire anche alla distanza in metri fra la causa della riflessione e la sorgente dentro la sala che stiamo analizzando.

La cosa funziona, ma per capire quale fra le varie pareti che circondano la sorgente sia la vera causa della riflessione, occorre affidarsi alla "Intuizione" per ricreare mentalmente una sorta di spazialità del percorso sonoro, e spesso non basta neanch'essa quando vi sono ostacoli o pareti quasi equidistanti dalla sorgente. Nel nostro caso occorre invece rilevare separatamente la pressione acustica proveniente da varie direzioni e per questo è necessario fare uso non più di un microfono direzionale ma direttivo, e più è spiccata la direttività di tale microfono e più è alta la definizione sulla provenienza di un suono in quanto l'area sottesa dal microfono è minore. […] Il primo passo per giungere ad una analisi spaziale del suono sarà quindi quello di fare uso di microfoni direttivi che assicurino, in modo più o meno definito a seconda del microfono adoperato, di spezzare l'ambiente circostante in tante aree più o meno ristrette. Tuttavia l'uso di un solo microfono non permette di poter cogliere effetti al di fuori dell'area coperta dalla sua direttività, né tanto meno di poter riprendere fenomeni contemporanei in arre diverse una volta che si decidesse di spostarlo in altre direzioni. Per poter quindi avere una cognizione sia complessiva che contemporanea di tutto l'ambiente che circonda lo strumento di indagine occorrerà che questo non sia un unico microfono, ma un array microfonico formato da numerosi microfoni direttivi tali da ricoprire l'intera area di indagine, che spesso coincide con l'intero ambiente che circonda la sonda a 360°. (Alberto Amendola, 2013)

59

Sono stati così selezionati 3 punti di ricezione della sala e sono stati riportati i diagrammi

dell’impulso, analizzati nel software Dirac, per ciascun punto.

60

Immagine 38: IR analisi spaziale impulso 1

Immagine 40: IR analisi spaziale impulso 2

61

Immagine 41: IR analisi spaziale impulso 3 62

Analizzando le 3 componenti è emerso chiaramente che per quanto riguarda l’asse X,

quello con la componente diretta, esso presenta il picco dell’impulso diretto e la prima

riflessione 0,1 sec evidentemente minore dell’impulso diretto. La componente del suono

secondo l’asse Z, cioè quella riflessa dal soffitto arriva all’ascoltatore molto smorzata

l’impulso diretto è minore dei picchi di prima riflessione e successive. Ma dato che come

detto la percentuale di pressione sonora è bassa ed è principalmente a basse frequenze,

meno udibili dall’orecchio umano, l’effetto di fastidio delle riflessioni a maggiore latenza

viene percepito di meno. Analizzando invece IR sull’asse Y cioè la componente proveniente

dai lati dell’ascoltatore quindi dalle pareti laterali notiamo che la pressione sonora è molto

maggiore anche dell’impulso diretto proveniente dalla direzione dell’asse X. Le riflessioni

delle pareti sono quindi molto fastidiose e addirittura possono coprire l’impulso diretto su

componente Y rendendolo difficile da sentire. Questo aspetto ha guidato quindi la ricerca

progettuale in modo tale da intervenire principalmente sulla causa del fastidio, ovvero le

riflessioni multiple e intense provenienti principalmente dalle pareti laterali e da quella di

fondo palco.

63

Capitolo 8

Tre progetti in uno

8.1 Geometria variabile

Come riportato in precedenza al paragrafo 3.1 ogni tipo di uso di una sala necessita

di un tempo di reverbero adeguato al tipo di rappresentazione/funzione. In generale quindi

per la progettazione di nuovi edifici sarebbe più indicato destinare la sala ad un unico utilizzo

così da realizzare una configurazione geometrica ad hoc per il tipo di rappresentazione. Per

quanto riguarda il teatro-auditorium Manzoni (sala polivalente), invece da quanto emerge

dall’analisi dei valori, non è stato tenuto in conto alcun fattore di peculiarità della sala poiché

essa è stata pensata come ambiente multiuso. In realtà, appare chiaro che, in fase di

progettazione, non ci sia stata quasi alcuna attenzione all’acustica della sala.

Nei casi in cui il committente necessiti di una sala polivalente una soluzione che è

possibile adottare è quella dell’acustica a geometria variabile. Cioè si interviene installando

dispositivi di controllo del tempo di reverbero che abbiano la potenzialità di cambiare

disposizione oppure dispositivi che agiscano sulla modifica del volume geometrico della

sala, dato che il calcolo del tempo di reverbero (Sabine) dipende dal rapporto tra volume

dell’ambiente e superfici con i relativi coefficienti di assorbimento α (alfa) dei materiali

presenti sulle superfici stesse. Quindi è possibile intervenire sul tempo di reverbero

aumentando o diminuendo il volume della sala.

8.2 Tre configurazioni in base all’uso: interventi fissi e interventi mobili

In base al principio della correzione acustica a geometria variabile quindi ho ritenuto

giusto pensare alla riqualificazione come un unico progetto che può permettere alla sala di

assumere 3 principali configurazioni in base alla rappresentazione che si va ad eseguire

nell’auditorium. L’intervento infatti prevede che si abbiano tre diverse risposte della sala in 64

base al fatto che essa venga utilizzata per musica operale e teatro oppure per musica

leggera e classica o ancora come cinema sourround. La musica operale e in generale le

rappresentazioni teatrali hanno come tempo di reverbero ottimale (media tra 500 e 1000

Hz), nel caso di una sala di circa 21000 mc, un valore che si aggira intorno a 1,4 secondi.

Per concerti musicali si preferiscono tempi di reverbero più alti (tra 1,8 - 2,5 secondi), mentre

per un cinema sourround è necessario che i valori di T30 alle varie frequenze siano

decisamente più bassi (suono più asciutto) (0,7 s).

Per questo motivo ho ritenuto necessario abbassare globalmente il tempo di reverbero

della sala attraverso l’uso di pannelli fissi fonoassorbenti porosi di Mappyfiber piano da

40mm (Scheda tecnica in allegato 10) ( “Mappyfiber”

http://www.mappyitalia.com/siti/sito_website1430/upload/documenti/676_52411.pdf)

. Per la fascia ad altezza uomo ho scelto di inserire un sistema di protezione del

materiale poroso tramite pannelli di legno forato Topakustik (allegato 11) a copertura del

materiale stesso. In fine per il controllo del reverbero alle frequenze basse ho previsto

l’inserimento di grandi teli fissi di Barrisol tesi a soffitto (Scheda tecnica materiale

“Barrisol”, http://it.barrisol.com/soffitto-teso-acustico-dettagli-a15.php )(Img.42).

Immagine 42: Alfa Barrisol

65

Questi teli, utilizzati come membrane vibranti che assorbono l’energia cinetica dell’onda

sonora vibrando e trasformandola così in parte in energia cinetica della membrana e in fine

in energia termica (calore), hanno una curva di assorbimento la cui posizione (non la forma)

varia al variare della distanza dell’intercapedine tra essi stessi e il soffitto. Man mano che li

si allontana dal soffitto il picco di assorbimento scende su frequenze più basse. In più ho

predisposto pannelli mobili sulle pareti laterali che salendo modificano l’acustica della sala

andando a coprire la pannellatura fissa e quindi aumentando il tempo di reverbero. Per

quanto riguarda il raggiungimento del T30 desiderato utile per un cinema sourround è stato

necessario sfruttare il cambio di geometria della sala inserendo dei pannelli fissi su un

portale esistente di chiusura del boccascena e considerando di tenerlo chiuso durante la

proiezione di un film.

Immagine 43: Schizzo di progetto intervento su pareti e soffitto della sala

66

8.3 Configurazione geometrica 1 e 2: passaggio da teatro a musica

La prima configurazione studiata può restituirci un’impronta acustica tale da permettere

che la sala venga utilizzata come teatro. Dall’immagine del ray tracing (Img.25) si vede che

il volume della sala, in cui si diffondono i raggi (di pacchetti di energia acustica) comprende

anche il volume del palco e della torre scenica. Quindi è stato necessario intervenire per

correggere il tempo di reverbero anche sul retro della torre scenica con una grande

pannellatura sulla enorme parete di fondo del palco e sulla parete del boccascena. Del

materiale fonoassorbente Mappyfiber (img.44) è stato applicato anche sulla parete di fondo-

sala e principalmente sulle pareti laterali della sala.

Immagine 44: Mappyfiber piano 40mm. Caratteristiche acustiche di fabbrica (in allegato 10)

Infatti dall’analisi 3D del suono è emerso che la pressione sonora maggiore che

percepisce lo spettatore, oltre a quella dell’impulso diretto, secondo la direzione X, proviene

dalle riflessioni sulle pareti e quindi secondo l’asse Y. Le riflessioni secondo l’asse verticale

Z, cioè provenienti dal soffitto, arrivano si all’ascoltatore con ritardo rispetto a quelle

provenienti dalle pareti (quindi abbiamo un reverbero maggiore) ma sono prevalentemente

riflessioni alle basse frequenze (quindi meno fastidiose per l’orecchio umano) e arrivano

dopo che hanno perso molta energia (pressione sonora minore). Proprio sulle pareti laterali

67

della sala ho studiato un intervento con pannelli mobili a scorrimento, verticali, su guide con

sistema di bloccaggio ogni metro in altezza.

Con questo movimento si può effettuare il passaggio dalla configurazione per

rappresentazioni teatrali a quella per la musica. Lasciando i pannelli in posizione iniziale

(Im. 45,46), cioè bassi a coprire la parete laterale lasciano scoperti i pannelli soprastanti.

Ho così un brano di parete più grande con materiale fonoassorbente che collabora ad

abbassare il tempo di reverbero. Sulla fascia con pannellatura mobile abbassata verrà

sovrapposto un telo a maglia larga di Juta così da nascondere nella fascia più visibile i

montanti e traversi della griglia metallica a supporto dei pannelli mobili sotto la quale

andranno a trovarsi e si muoveranno li stessi. Alzando i pannelli mobili fino alla massima

altezza questi stessi si vanno a sovrapporre alla grande pannellatura fissa posta in alto,

coprendola quasi interamente, quindi lasciando scoperta una fascia intera di parete

intonacata (Img.47,48). Così facendo è possibile controllare manualmente il reverbero della

sala e la sua resa acustica prima di ogni spettacolo in maniera agevole. La correzione

acustica alle basse frequenze come precedentemente detto anche per la configurazione 1,

avviene tramite 4 teli di Barrisol di circa 58 mq l’uno tesi a soffitto tra una trave in legno

curva e l’altra. Questa disposizione dei teli, pur coprendo parte delle doghe in legno, mette

in risalto le travi emergenti curve in legno. Ho inoltre voluto che l’illuminazione della sala in

ingresso e a fine spettacolo avvenga in parte mettendo in risalto il movimento dei pannelli

laterali e in parte dalla retroilluminazione dei teli di Barrisol.

68

Immagine 45: vista prospettica della sala in configurazione 1 a luci accese (come in allegato 12)

Immagine 46: Sezione con pannellature fisse e pannellature mobili nascoste.

Configurazione 1: spettacoli teatrali e operali 69

Immagine 47: vista prospettica della sala in configurazione 2 a luci accese (come in allegato 13)

Immagine 48: Sezione con pannellature fisse e pannellature mobili visibili.

Configurazione 2: spettacoli musicali e musica classica 70

8.4 Configurazione 3: riduzione del volume della sala

Immagine 50: vista prospettica della sala in configurazione 2 a luci accese (come in allegato 13)

Per quel che riguarda l'uso della sala come cinema sourround è stato necessario, dati

i premessi requisiti desiderati, prevedere la chiusura del boccascena tramite dei portali a

scorrimento già esistenti, ma rivestiti con pannelli di materiale fonoassorbente. Infatti

sappiamo che per una resa ottimale delle sale ad uso di cinema sourround è necessario

che il valore di T30 rimanga all'interno di un determinato range di valori, alle bande ottave,

riportati nel grafico (Img.49). Quindi è stato realizzato il modello 3D di simulazione con

boccascena chiuso. Esso è stato infine importato in Odeon.

71

Immagine 49: Range di valori per cinema sourround

Capitolo 9

Simulazione acustica delle tre configurazioni

9.1 Simulazione della configurazione 1 e valutazioni

Per verificare che la scelta progettuale abbia soddisfatto i requisiti desiderati nella

configurazione per teatro (Img.4) ho realizzato le opportune modifiche al modello 3D così

da simulare quella determinata situazione in Odeon. Impostando i dovuti parametri materici

e di calcolo ho ottenuto i valori di T30 e gli altri parametri energetici con la loro rispettiva

distribuzione nella sala (Img.51-55, Tab.4)

Immagine 51: Grafico T30 di progetto. Configurazione 1

Immagine 52: Grafico EDT di progetto. Configurazione 1

72

Immagine 53: Grafico EDT di progetto. Configurazione 1

Immagine 54: Grafico D50 di progetto. Configurazione 1

Immagine 55: Grafico C80 di progetto. Configurazione 1

73

Frequenze 125 250 500 1000 2000 4000 T(30) s Taratura 2,6 2,59 1,90 2,00 1,91 1,73 T(30) s Configurazione 1 1,82 1,62 1,34 1,32 1,24 1,13 D(50) 0,56 0,69 0,79 0,84 0,82 0,88 C(80) dB 2,8 5,6 8,5 10 9,7 9,6 EDT s 1,82 1,34 0,96 0,74 0,75 0,72

Tab 4: Valori media (average), taratura e correzione. Configurazione 1

Mettendo in relazione i parametri di progetto con quelli iniziali di taratura, si osserva

che c’è stato un abbassamento del tempo di reverbero con conseguente miglioramento

anche dei valori di EDT, D(50). Il valore del C80 è risultato essere molto alto ma questo

particolare valore è riferito prevalentemente alla chiarezza nell’ascolto musicale, mentre

questa prima configurazione della sala è prevalentemente pensata per un corretto ascolto

del parlato nel teatro e nell’opera. Quindi possiamo considerare questo parametro meno

influente per una valutazione dell’acustica della sala con questa disposizione di progetto.

Il parametro di riferimento T30 è sceso al di sotto del massimo valore del range adatto per

teatro e musica operale. Per questo motivo possiamo considerare questa configurazione

come acusticamente valida allo scopo.

Riporto di seguito le mappe di distribuzione dei vari parametri più rilevanti al fine di

visualizzare meglio la qualità acustica della sala nei vari punti di ascolto.

74

Immagine 56: Griglia di distribuzione del T30(1kHz). Configurazione 1

Immagine 57: Griglia di distribuzione dell’EDT(1kHz). Configurazione 1

75

Immagine 58: Griglia di distribuzione del D50(1kHz). Configurazione 1

Immagine 59: Griglia di distribuzione STI(1kHz). Configurazione 1

76

9.2 Simulazione della configurazione 2 e valutazioni

La configurazione 2 prevede, come detto, che si debba andare a modificare la

posizione delle pannellature laterali, ma è necessario, nel caso in cui si voglia ospitare un

concerto di musica classica o corale coprire con un telo, non permeabile all’aria, le

pannellature a fondo palco così che il tempo di reverbero aumenti quanto desiderato. Con

questa configurazione abbiamo i seguenti risultati simulati (Tab.5,6) (Img.60-62)

Tab 5: Risultati con minimi, massimi, media e deviazione standard. Configurazione 2

77

Immagine 60: Grafico T30. Configurazione 2

Immagine 61: Grafico EDT. Configurazione 2

Immagine 62: Grafico C80. Configurazione 2

78

La distribuzione del suono nel teatro, visibile attraverso i vari parametri energetici

applicati alla griglia del pubblico sono riportati sotto nelle mappe di colore (Img.63-66).

Immagine 63: Griglia di distribuzione del T30(1kHz). Configurazione 2

Immagine 64: Griglia di distribuzione del EDT(1000Hz). Configurazione 2

79

Immagine 65: Griglia di distribuzione del C80. Configurazione 2

Immagine 66: Griglia di distribuzione STI (Parametro relazionato all’ascolto di voce). Configurazione 2

80

Frequenze 125 250 500 1000 2000 4000 T(30) s Taratura 2,6 2,59 1,90 2,00 1,91 1,73

T(30) s Configurazione 1 1,82 1,62 1,34 1,32 1,24 1,13 T(30) s Configurazione 2 2,08 1,82 1,44 1,36 1,32 1,22

Tab 6: Valori media (average), taratura e correzione. Configurazione 1 e Configurazione 2 a confronto

Dalla lettura di grafici e tabelle riportati emerge che la configurazione 2 di progetto ha

effettivamente valori del tempo di reverbero T30 più alti rispetto alla configurazione 1, quindi

più adatti a spettacoli musicali e corali. Tali valori in realtà, a livello di percezione soggettiva,

risultano apparentemente più alti, quindi ancora migliori a causa dovuto al fatto che i

padiglioni auricolari dell’ascoltatore ricevono molte delle riflessioni, come da analisi

spaziale, dalle pareti laterali, quindi scoprire parte dell’intonaco su dette pareti aumenta la

percezione del reverbero. Le mappe di distribuzione ci dicono che questa è rimasta

pressoché uguale con una più omogenea distribuzione del T30 rispetto alla configurazione

2 e valori di chiarezza (C80) nell’ascolto della musica più bassi quindi più corretti. Il

reverbero più alto serve a far sentire la musica in maniera più morbida e le note appaiono

meno sconnesse l’una dall’altra cosa che rende la percezione di un brano musicale più

piacevole.

81

9.3 Configurazione 3: trasformare la sala in un cinema sourround

La terza configurazione di progetto prevede come descritto prima la modifica spaziale

della sala riducendo, anzi, quasi dimezzando il volume intero della sala, cosicché nella

formula del T reverbero di Sabine che mette in relazione volume e superfici della sala il loro

rapporto sia inferiore. Come evidenziato in pianta, il volume della sala viene in questo caso

separato dal volume del palco e della torre scenica. Questo intervento fa sì che non solo il

suono resti imprigionato nella sala, ma anche che esso venga in parte assorbito, oltre che

dai pannelli della sala stessi fissi e mobili, in configurazione abbassata, anche da pannelli

posti sui portali di chiusura del boccascena.

Immagine 67: Pianta della sala con chiusura del boccascena

82

La riduzione di volume è evidente nel grafico del raytracing con la configurazione 3

dove è chiaro che i raggi blu vanno a riempire esclusivamente il volume della sala

fermandosi sul portale.

Immagine 68: Raytracing configurazione per cinema sourround

Con questa configurazione la simulazione ci da determinati risultati che si avvicinano

di molto alla soglia del range di valori consigliato per cinema sourround. E’ importante

notare che detto intervallo di valori è riferito a sale di piccola e media dimensione. Per quel

che riguarda la sala in questione, data la grande altezza del soffitto potremmo catalogarla

come sala medio/grande. Quindi valori di T30 con una variazione maggiore sono allo stesso

modo accettabili. Riporto quindi i grafici dei parametri acustici estrapolati dalla simulazione.

Immagine 69: Grafico T30(1000Hz). Configurazione 3

83

Immagine 70: Grafico media EDT(1000Hz). Configurazione 3

Immagine 71: Grafico media D50. Configurazione 3

T30 [s], Manzoni 1,08 0,8 0,67 0,64 0,67 0,63 upper limit 0,98 0,8 0,7 0,7 0,68 0,64 lower limit 0,41 0,41 0,41 0,3 0,25 0,19

Tab7: T30 simulato e range consigliato per sala piccola e media

84

Immagine 72: Grafico T30 e range consigliato per cinema (configurazione 3)

Anche in questo caso i valori ottenuti confermano che la scelta progettuale è verificata

dal punto di vista acustico. Per il caso in cui si andrà ad utilizzare la sala come cinema

anche l’illuminazione può variare la temperatura di colore (Kelvin), impostando per il prima

e dopo la proiezione luci con colorazione meno calda di momenti ad uso teatrale, così da

accentuare anche visivamente il cambio di configurazione. L’intento è quindi di esaltare il

trasformismo della sala dando un’ambientazione del cinema, più legata al mondo della

tecnologia che della storia. Proiezione e audio corretti e all’avanguardia, con

un’illuminazione che comunica la stessa informazione.

In seguito sono riportate le mappe di distribuzione dei parametri acustici per una

lettura più dettagliata del risultato acustico della sala.

85

0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,8

125 250 500 1000 2000 4000

T30,

s

Frequency, Hz

T30 [s], Manzoniupper limit

Immagine 73: Griglia di distribuzione media T30(1000Hz). Configurazione 3

Immagine 74: Griglia di distribuzione media EDT(1000Hz). Configurazione 3

86

Immagine 75: Griglia di distribuzione media STI. Configurazione 3

Immagine 75: Griglia di distribuzione media D50. Configurazione 3

87

Capitolo 10

Conclusioni

Il lavoro svolto ha consentito di ottenere una caratterizzazione approfondita ed

esauriente del teatro A. Manzoni con il fine di comprendere i motivi di tutti i difetti in parte

già evidenti all’esperienza collettiva dei cittadini che si sono trovati ad assistere a spettacoli

teatrali o cinematografici a volte acusticamente incomprensibili. Ho cercato, quindi, di

mettere in luce i problemi acustici relativi ad un ambiente chiuso, allo scopo di prevedere

meglio gli effetti delle modifiche all’interno della sala applicando provvedimenti per il

controllo dell’acustica. I parametri utilizzati sono stati misurati con strumenti appositi e

confrontati con quelli tarati con il modello realizzato in “Odeon 11.0”. I valori emersi

durante queste misurazioni hanno permesso di capire le lacune che presentava la sala

vuota e con audience medio nell’assorbire i tempi di riverbero inerenti al parlato, alla

musica ed eventualmente al suono per cinema. Inoltre è stata utilizzata una tecnica nota

ma non sempre praticata di analisi spaziale del suono attraverso la registrazione con

microfono multicanale multidirezionale. Ho scelto allora di prevedere un intervento a

geometria variabile che potesse rendere la sala adatta ad ogni esigenza, con pochi minuti

di preparazione prima di ogni spettacolo. Tali configurazioni, intercambiabili

quotidianamente, sono state predisposte nel software di simulazione tramite modelli 3D

diversi. Le simulazioni, volta per volta, hanno indicato quale scelta architettonica fosse

acusticamente più efficiente. I grafici finali, comparati con quelli dello stato attuale,

mostrano il miglioramento generale della sala grazie alla correzione acustica. Danno

riferimenti sulla riuscita dell’intervento, ottenuto applicando azioni passive di fono

assorbenza, viscosa per porosità, e con membrane vibranti, in una combinazione

geometrica e architettonica. Il progetto è stato pensato anche in termini di costi (non riportati

nel testo), in vista di una ipotetica realizzazione, quindi con lo scopo di dare ai cittadini,

88

finalmente, un teatro acusticamente valido, sulla scia della tradizione millenaria di teatri

della città di Cassino.

Bibliografia

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8. A. Armani, M. Garai, Trasduttori, strumenti, tecniche di misurazione, in Acustica,

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90

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91