La qualità acustica degli ambienti interniSoluzioni progettuali, materiali e metodi di verificap g ,

Simone Secchi

nter

ni

Simone Secchi

li am

bien

ti in

Dipartimento di Tecnologie dell’Architettura e Design “Pierluigi Spadolini”

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

i hi@ d ifi i

. S

ecch

i –L simone.secchi@taed.unifi.it

http://www.taed.unifi.it/fisica_tecnica/Secchi/secchi.htm

S

La riflessione e l’assorbimento acusticoLa riflessione e l assorbimento acustico

Ei

Principio del bilancio energetico

nter

ni Ea

Ei

trai EEEE ++=riflessanonEnergia

li am

bien

ti in

=αincidenteEnergia

riflessa nonEnergia

cust

ica

degl

ta

E

EE +=α

La q

ualit

à ac

Et Er

iE

ffi i di bi

. S

ecch

i –L α = coefficiente di assorbimento

acustico

S

Le riflessioni sonoreLe riflessioni sonorent

erni

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

Pressione sonora

Onda diretta

O d ifl

La q

ualit

à ac Onde riflesse

. S

ecch

i –L

S

tempo

Il tempo di riverberazioneTempo impiegato al livello di pressione sonora per ridursi di 60 dB dopo che è cessata l’emissione da parte della sorgente sonora

Nei teatri dove al di

nter

ni

Nei teatri, dove al di sopra della scena è presente un ampio

li am

bien

ti in

p pvolume per il controllo della

fi il

cust

ica

degl scenografia, il

grafico presenta tratti di pendenze

La q

ualit

à ac tratti di pendenze

discontinue a causa dell'interferenza di

. S

ecch

i –L

due riverberazioni distinte: quella della scena e quella dellaS scena e quella della sala

La teoria di SabineLa teoria di Sabine

V Formula valida per ambienti non

SabaS

VT

⋅= 16.060

o u a va da pe a b e t otroppo grandi e che presentano valori del coefficiente medio di

nter

ni

Sabassorbimento piccoli

10000 3< mVmsab asabinianoa ≈) (α

li am

bien

ti in

n

nnm SSS

aSaSaSa

+++⋅++⋅+⋅

=...

...

21

2211 3.0<ma

cust

ica

degl

Diversamente l'ipotesi dell'assorbimento continuo viene a cadere.

La q

ualit

à ac

Condizione contemplata nella formula di Eyringdetta dell'assorbimento discontinuo.

. S

ecch

i –L

VT =

116.060

S

maS

−⋅

11

ln

Tempo di riverberazione ottimaleTempo di riverberazione ottimaleScelta legata al tipo di musica cui è destinato l'ambiente ma anche al volume(spazi per la musica sinfonica sono pensati per ospitare più

nter

ni

persone, mentre l'ascolto di quartetti, ad esempio, per loro natura richiedono ambienti più raccolti)

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

Dipendenza dalla frequenza di T60Dipendenza dalla frequenza di T60

Calcolo riferito alle

nter

ni

Calcolo riferito alle frequenze principali.

li am

bien

ti in

Per la musica sinfonica si può

cust

ica

degl sinfonica si può

pensare di calcolare il T60 alle frequenze

La q

ualit

à ac il T60 alle frequenze

di 125, 250, 500,2000 Hz.

. S

ecch

i –L 500,2000 Hz.

S

Materiali fonoassorbenti

Si classificano in:materiali porosi, risuonatori acustici, pannelli vibranti, sistemi misti.p , , p ,

Valori del coefficiente di assorbimento di materiali e componenti

nter

ni

DescrizioneFrequenza (1/1 ott, Hz)

αw250 500 1000 2000 4000

Lana di legno mineralizzata, spessore 25 mm, applicato a contatto con la parete 0.10 0.30 0.70 0.50 0.50 0.3

li am

bien

ti in

Lana di legno mineralizzata, spessore 35 mm, applicato a contatto con la parete 0.15 0.25 0.50 0.90 0.65 0.3

Lana di legno mineralizzata, spessore 50 mm, applicato a contatto con la parete 0.25 0.65 0.60 0.55 0.90 0.5

Gesso rivestito, spessore 13 mm, 18% di superficie perforata, a 200 mm dal soffitto

0.75 0.78 0.64 0.60 0.58 0.6

cust

ica

degl

so oGesso rivestito, spessore 13 mm, 18% della superficie perforata, a 58 mm dal soffitto

0.40 0.63 0.82 0.64 0.43 0.6

Linoleum 0.10 0.10 0.09 0.10 0.12 0.1

Moquette 0.05 0.10 0.20 0.40 0.81 0.1

La q

ualit

à ac Poliuretano espanso, 30 kg/m3, spessore 13 mm 0.11 0.40 0.90 0.90 0.82 0.4

Poliuretano espanso, 30 kg/m3, spessore 51 mm 0.12 0.25 0.55 0.88 0.96 0.3

Poliuretano espanso, 30 kg/m3, spessore 6 mm 0.30 0.62 0.90 0.99 0.98 0.5

Sedia di metallo 0 015 0 030 0 035 0 025 0 035 0

. S

ecch

i –L Sedia di metallo 0.015 0.030 0.035 0.025 0.035 0

Sedia imbottita 0.23 0.37 0.27 0.25 0.25 0.3

Sughero 0.04 0.08 0.12 0.03 0.10 0.1

Sughero espanso, 80 kg/m3, in pannelli da 25 mm, aderente alla parete 0.04 0.08 0.12 0.03 0.10 0.1

S

Tappeto pesante 0.20 0.25 0.30 0.30 0.30 0.3

Tappeto sottile 0.10 0.15 0.20 0.20 0.20 0.2

Materiali porosi

Assorbimento acustico determinato dalla conversione in calore dell' energia meccanica dell'onda i id

p

incidente.Assorbimento acustico dipendente dalla lunghezza d'onda del suono incidente, dal rapporto tra il volume dei vuoti e quello totale e dallo spessore del materialeA bi t i t l f l d ll t t di t i l

nter

ni

Assorbimento in genere aumenta con la frequenza e con lo spessore dello strato di materiale. Modalità di installazione influenzano l’assorbimento acustico: dove la velocità è massima si ha il massimo di dissipazione della energia sonora in calore e quindi il massimo assorbimento acustico.

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

Snt

erni

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

Risuonatori acusticiSchematizzato come una cavità comunicante con l'esterno attraverso un foro praticato su di una parete non troppo sottile (collo del risuonatore).L'aria contenuta nel collo si comporta come un pistone oscillante; quella nella cavità costituisceL aria contenuta nel collo si comporta come un pistone oscillante; quella nella cavità costituisce l'elemento elastico del sistema.

Massimo assorbimento alla frequenza di risonanza ( )rlV

rcf

612

20

0 +=

ππ

nter

ni

q

co = velocità di propagazione del suono nel mezzo (m/s);r, l = raggio e la lunghezza del collo del risuonatore (m);

( )rlV 6.12 +π

li am

bien

ti in r, l raggio e la lunghezza del collo del risuonatore (m);

V = volume della cavità (m3).

Possibile realizzare risuonatori con frequenza di risonanza bassa: diventano complementari dei

cust

ica

degl

q pmateriali porosi.

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

I risuonatori acusticinella storia

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

Pannelli vibranti

Costituiti da pannelli rigidi piani, disposti ad una certa distanza dalla parete.Possono essere assimilati a masse oscillanti (il pannello) accoppiata ad un elemento elastico (l'aria ( p ) pp (racchiusa nell’intercapedine).

Massimo assorbimento alla frequenza di risonanza ( )f

d0

60=

nter

ni

σ = densità superficiale del pannello (kg/m2);

( )dσ

li am

bien

ti in

d = distanza del pannello dalla parete (m).

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

Il calcolo secondo la norma UNI EN 12354-6

(s)16,0 V

T = (s) A

T

o pn

nter

ni

)1 1

,,1

,2(m ∑ ∑∑

= ==

+⋅++⋅=j

p

kairkksjogg

iiis ASASA αα

li am

bien

ti in j

cust

ica

degl

αs = coefficiente di assorbimento della superficie i di area S;A bi t i l t d ll’ tt j

La q

ualit

à ac Aogg = assorbimento equivalente dell’oggetto j;

αk = coefficiente di assorbimento dell’insieme di elementi kA = assorbimento equivalente dell’aria (trascurabile per

. S

ecch

i –L Aair = assorbimento equivalente dell aria (trascurabile per

volumi piccoli)S = area della superficie coperta dall'insieme di elementi kS Sk = area della superficie coperta dall insieme di elementi k

Il calcolo secondo la norma UNI EN 12354-6Il calcolo secondo la norma UNI EN 12354 6

( ) )(m14A 2i ψ−= mV ( ) )(m 14Aair ψmV

m = coefficiente di assorbimento dell’aria (Neper per metro);

nter

ni

V = volume dell’ambiente (m3);ψ = frazione del volume occupata da oggetti chiusi

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

Tipici valori di α di materiali (UNI EN 12354-6)Tipici valori di α di materiali (UNI EN 12354 6)

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

Tipici valori di α di oggetti (Pr EN 12354-6)Tipici valori di α di oggetti (Pr EN 12354 6)nt

erni

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

Tipici valori di α di configurazioni di oggettiTipici valori di α di configurazioni di oggetti(Pr EN 12354-6)

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

La valutazione secondo legge (DM 18/12/75)La valutazione secondo legge (DM 18/12/75)

Il TEMPO DI RIVERBERAZIONE deve essere riferito al volumedell'ambiente mediante il diagramma 1.Il valore così ottenuto deve essere moltiplicato per i valori del diagramma 2

i l i li i ll i f

nter

ni

per ottenere i valori limite alla varie frequenze.La verifica si esegue in funzione della frequenza alle bande di ottavacaratterizzate da frequenza centrale di 250 500 1000 e 2000 Hz

li am

bien

ti in caratterizzate da frequenza centrale di 250, 500, 1000 e 2000 Hz.

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

Figura 1 Figura 2

La situazione delle scuole superiorill i i di Finella provincia di Firenze

(dati ARPAT – ASL)

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS Distribuzione delle aule censite per rapporto tra tempo di riverbero e limite normativo - valore della banda d’ottava peggiore

La sperimentazione al Salveminint

erni

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

La situazione al Salvemini:l’aula 8 prima e dopo l’interventol aula 8 prima e dopo l intervento

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

La situazione al Salvemini:l’aula 8 prima e dopol aula 8 prima e dopo

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

La situazione al Salvemini:l’aula 7b prima e dopo l’interventol aula 7b prima e dopo l intervento

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

La situazione al Salvemini:l’aula 7b prima e dopol aula 7b prima e dopo

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

La situazione al Salvemini:l’aula 3 prima dell’interventol aula 3 prima dell intervento

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

La situazione al Salvemini:l’aula 3 prima e dopol aula 3 prima e dopo

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

La situazione al Salvemini:l’aula 4 dopo l’interventol aula 4 dopo l intervento

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

La situazione al Salvemini:l’aula 4 prima e dopol aula 4 prima e dopo

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

Un caso studio: il progetto di correzione acustica p gdell’aula magna del dipartimento TAD

(tesi di laurea di Francesca Degiampietro)( g p )

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

L i t i tt li i tLe ipotesi progettuali esaminate

SOLUZIONI FISSE

nter

ni

• Teli tesi a livello dell’imposta della volta• Pannelli in fibre di poliestere rivestiti con tessuto verniciato

li am

bien

ti in

• Tende in velluto pesante alle finestre• Tende in velluto pesante in corrispondenza delle porte• Poltroncine imbottite

cust

ica

degl • Poltroncine imbottite

SOLUZIONI MOBILISOLUZIONI MOBILI

La q

ualit

à ac SOLUZIONI MOBILISOLUZIONI MOBILI

• Telo teso a livello dell’imposta della volta

. S

ecch

i –L • Telo teso a livello dell imposta della volta

• Tende in velluto pesante tese a contatto con la parete

S

TELI TESI ALL’IMPOSTA DELLA VOLTA

7

8

nter

ni

4

5

6

rive

rber

o (

sec)

li am

bien

ti in

1

2

3

Tem

po

di r

cust

ica

degl

0

125 250 500 1000 2000 4000

Frequenze (Hz)

La q

ualit

à ac

Attuale D.M.18/12/75 Dopo l'intervento

. S

ecch

i –L

• Marcato abbattimento del tempo di riverbero alle

alte frequenze

• Impatto visivo piuttosto forteS • Impatto visivo piuttosto forte

PANNELLI A PARETE IN FIBRA DI POLIESTERE RIVESTITI IN TESSUTO VERNICIATORIVESTITI IN TESSUTO VERNICIATO

7

8

ec)

nter

ni

4

5

6

rive

rber

o (

se

li am

bien

ti in

1

2

3

Tem

po

di

cust

ica

degl 0

125 250 500 1000 2000 4000

Frequenze (Hz)

Att l D M 18/12/75 D l'i t t

La q

ualit

à ac Attuale D.M.18/12/75 Dopo l'intervento

B t i i f b ti ll f

. S

ecch

i –L • Buone prestazioni fonoassorbenti alle frequenze

medie

• La verniciatura favorisce la mimetizzazione con

S

La verniciatura favorisce la mimetizzazione con

l’azzurro delle pareti

TENDE IN VELLUTO ALLE FINESTRE

7

8

c)

nter

ni

4

5

6

rive

rber

o (

sec

li am

bien

ti in

1

2

3

Tem

po

di

r

cust

ica

degl

0

125 250 500 1000 2000 4000

Frequenze (Hz)

La q

ualit

à ac

Attuale D.M.18/12/75 Dopo l'intervento

. S

ecch

i –L

• Buone prestazioni fonoassorbenti soprattutto alle

frequenze più alte

S

• Facile inserimento nell’ambiente

TENDE IN VELLUTO SULLE PORTE

7

8

(sec)

nter

ni

3

4

5

6

iriv

erb

ero

(

li am

bien

ti in

0

1

2

3

Tem

po

di

cust

ica

degl 0

125 250 500 1000 2000 4000

Frequenze (Hz)

Att l D M 18/12/75 D l'i t t

La q

ualit

à ac Attuale D.M.18/12/75 Dopo l'intervento

Rid i li it t d l t di i b i

. S

ecch

i –L • Riduzione limitata del tempo di riverberazione;

le superfici fonoassorbenti introdotte non sono

sufficienti

S

sufficienti

• Impatto architettonico minimale

POLTRONCINE IMBOTTITE

7

8

c)

nter

ni

4

5

6

iver

ber

o (

sec

li am

bien

ti in

1

2

3

Tem

po

di

ri

cust

ica

degl

0

1

125 250 500 1000 2000 4000

Frequenze (Hz)

La q

ualit

à ac

Attuale D.M.18/12/75 Dopo l'intervento

. S

ecch

i –L

• Buone prestazioni fonoassorbenti a tutte le bande

di frequenza considerate

S

• Soluzione migliorativa rispetto allo stato attuale

TELO TESO ALL’IMPOSTA DELLA VOLTA

6

7

8

(sec

)

nter

ni

3

4

5

di

rive

rber

o

li am

bien

ti in

1

2

3

Tem

po

d

cust

ica

degl 0

125 250 500 1000 2000 4000

Frequenze (Hz)

La q

ualit

à ac Attuale D.M.18/12/75 Dopo l'intervento

• Buone prestazioni fonoassorbenti alle frequenze

. S

ecch

i –L • Buone prestazioni fonoassorbenti alle frequenze

più alte

• Nonostante si tratti di una soluzione mobile,

S

l’impatto architettonico con il telo disteso è

piuttosto forte

TENDE IN VELLUTO TESO ALLE PARETI

6

7

8

(sec)

nter

ni

3

4

5

6

di r

iverb

ero

li am

bien

ti in

0

1

2

Tem

po

d

cust

ica

degl 125 250 500 1000 2000 4000

Frequenze (Hz)

Attuale D.M.18/12/75 Dopo l'intervento

La q

ualit

à ac

• Buone prestazioni fonoassorbenti alle frequenze

. S

ecch

i –L

più alte

• La possibilità di avvolgere le tende e la scelta di

t lità i i ll d ll ti dS una tonalità vicina a quella delle pareti rendono

questa soluzione compatibile con l’ambiente

La qualità acustica delle grandi salent

erni

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

Snt

erni

li am

bien

ti in

cust

ica

degl

La q

ualit

à ac

. S

ecch

i –L

S

Auditorium di Turku (Finlandia)

Tempo di riverberazione ottimaleTempo di riverberazione ottimale (secondo Barron)

M i Olt 2 5

nter

ni

Musica per organo Oltre 2.5 sec

Musica del periodo romantico 1 8 2 2 sec

li am

bien

ti in Musica del periodo romantico 1.8 - 2.2 sec

Musica classica 1 6 - 1 8 sec

cust

ica

degl Musica classica 1.6 - 1.8 sec

Opera 1 3 - 1 8 sec

La q

ualit

à ac Opera 1.3 1.8 sec

Musica da camera 1.4 - 1.7 sec

. S

ecch

i –L Musica da camera 1.4 1.7 sec

Teatro 0.7 - 1.0 sec

S

Valori raccomandati del tempo di riverberazioneValori raccomandati del tempo di riverberazione

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

Presenza di pubblico nella salaPresenza di pubblico nella sala

Calcolo del tempo di riverberazione nei tre casi di auditorio completoCalcolo del tempo di riverberazione nei tre casi di auditorio completo,ridotto a ¾ e vuoto

τ τ τ

nter

ni

τ60,completo τ60,3/4 τ60,vuoto

L' ti di i b i d bb i t l t 3/4 di

li am

bien

ti in L'optimum di riverberazione dovrebbe essere raggiunto a sala vuota o a 3/4 di

occupazione

cust

ica

degl

Questo per il motivo che raramente una sala per concerti raggiunge il pienoaffollamento

La q

ualit

à ac

L'uniformità dei tempi di riverberazione in condizione diversa di affluenzad l bbli ò i t tt l' tili di lt ti

. S

ecch

i –L del pubblico può essere ricercata attraverso l'utilizzo di poltrone aventi un

coefficiente di assorbimento tale che, in caso di non occupazione da parte diuna persona, eguagli o si avvicini alla condizione di occupazione.

S

una persona, eguagli o si avvicini alla condizione di occupazione.

Il ritardo delle prime riflessioniIl ritardo delle prime riflessioni(early sound e late sound)

Da un punto di vista psicoacustico durante

nter

ni

psicoacustico durante un'esecuzione musicale, l'early sound contribuisce

li am

bien

ti in l early sound contribuisce

alla chiarezza e alla definizione del suono

cust

ica

degl definizione del suono,

mentre il late sound crea il sostegno sonoro sul quale il

La q

ualit

à ac sostegno sonoro sul quale il

suono diretto e le prime riflessioni vengono distinte

. S

ecch

i –L riflessioni vengono distinte

dall'orecchio.

S

comportamento di una sala di media grandezza

Il tempo di ritardo inizialeIl tempo di ritardo iniziale(Initial-Time-Delay-Gap)

Diff t il t i i t d l i

“The greater the time delay of the reflection, the less pleasant the music becomes”(Beranek)

nter

ni

Differenza tra il tempo impiegato dal primo raggio riflesso a raggiungere un dato ascoltatore e quello impiegato dal raggio

li am

bien

ti in

diretto.Problema solitamente associato ad una sala dal grande volume

cust

ica

degl dal grande volume.

Secondo Beranek valore ottimale del tempoiniziale di ritardo dell'ordine di25 illi di

La q

ualit

à ac 25 millisecondi.

Ottenimento di questo valore spesso difficileper le dimensioni delle grandi sale per

. S

ecch

i –L p g p

musica sinfonica odierne.Studi sperimentali compiuti nelle nuove saleriscontrano valori dell' I T D G prossimi aS riscontrano valori dell I.T.D.G prossimi a30 millisecondi.

Il tempo di ritardo inizialeIl tempo di ritardo iniziale(Metodo grafico di stima)

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS

Il tempo di ritardo iniziale(Metodo grafico di stima)

nter

nili

ambi

enti

incu

stic

a de

glLa

qua

lità

ac.

Sec

chi –

LS