PROGETTAZIONE, REALIZZAZIONE ED ANALISI

DI UNA SALA ACUSTICA

THE BEAUTIFUL BUNKER

Diplomando: Mirko Brigo

Matricola: 0067

Relatore: Ing. Matteo Costa

Anno Accademico 2011-2012

Indice

Introduzione, 3

1. Aspetti fisici, 4

a. Isolamento acustico, 4

b. Risonanze acustiche, 6

c. La propagazione sonora in ambienti chiusi, 10

d. Tempo di riverberazione, 13

e. Assorbimento, 16

2. Scelta dei materiali e trattamento acustico, 19

a. La sala, 19

b. Destinazione d’uso della sala, 20

c. Progettazione della sala, 21

d. Trattamento acustico del Bunker, 24

i. Il soffitto, 30

ii. Le pareti, 31

iii. Il pavimento, 33

iv. Trappole cilindriche, 35

v. Postazione di ascolto, 37

3. Misurazione impulsiva della stanza, 38

a. Le tecniche di misurazione acustica, 38

b. Microfoni, attrezzature di registrazione e verifica, 42

c. Posizioni di misura, 44

d. Misure ed analisi, 45

e. Analisi dei risultati, 47

f. Conclusioni, 57

Appendice, 62

Bibliografia, 68

Ringraziamenti, 69

3

Introduzione

Lo scopo di questa tesi è verificare la bontà del trattamento acustico da me attuato su

di uno spazio al fine di renderlo acusticamente fruibile.

Il progetto è articolato in tre parti: la prima parte, è dedicata alle previsioni basate su

formule e nozioni teorico-pratiche; la seconda, si occupa della scelta dei materiali e dei

trattamenti acustici effettuati sull’ambiente per renderlo adatto alla destinazione

d’uso prestabilita; e la terza ed ultima parte, sull’effettivo studio del comportamento

della stanza per mezzo di misurazioni sul campo.

Sono molte le variabili e gli argomenti che concorrono nella progettazione di una sala

acustica, nei prossimi capitoli cercherò di descrivere quelli da me considerati in fase

progettuale.

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1. Aspetti fisici

Isolamento acustico

Potremo definire, l'isolamento acustico (D) come la differenza tra i valori medi dei

livelli di pressione sonora misurati nell'ambiente "sorgente" (L1) e quelli rilevati

nell'ambiente "ricevente" (L2), secondo la seguente relazione: D=L1−L2 (dB).

L'isolamento acustico è un parametro fortemente condizionato dalla specifica

configurazione dell'ambiente in cui viene misurato, e non è dettato esclusivamente

dalle proprietà del singolo materiale:

− le caratteristiche acustiche del singolo componente (solaio, parete, ecc.);

− le proprietà meccaniche delle strutture laterali (tipologia dei giunti, modalità di

posa in opera);

− le proprietà di assorbimento acustico dei materiali delle superfici interne al

locale (negli ambienti riverberanti la riflessione delle onde sonore sulle pareti

determina un aumento del livello complessivo interno al locale).

L’isolamento acustico lo si può ottenere quindi ricercando un adeguato equilibrio tra

assorbimento e riflessione, questo perché quando un’onda di pressione sonora

incontra una superficie vedrà parte della propria energia assorbita, parte riflessa e

parte trasmessa. I materiali porosi o fibrosi aumentano la capacità di assorbimento

all’aumentare della frequenza, diventa quindi impensabile e poco praticabile

realizzare sistemi di isolamento basati sui soli materiali assorbenti, con i quali, per

raggiungere risultati soddisfacenti anche alle basse frequenze, servirebbero cose

come una decina di metri di lana di roccia. L’isolamento si ottiene quindi

preferibilmente tramite la riflessione piuttosto che attraverso l’assorbimento in

quanto quest’ultimo risulta spesso di difficile applicazione.

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Ecco quindi che per comprendere come affrontare il concetto di isolamento acustico

occorre considerare i concetti di massa, rigidità, smorzamento e distanza che

vedremo di analizzare brevemente.

Il concetto di massa è legato a quello di inerzia, più pesante è la massa più energia

serve per metterla in movimento quindi con una massa grande si avrà una maggior

riflessione, inoltre una massa non del tutto rigida tenderà a vibrare alla sua frequenza

di risonanza naturale trasmettendo gran parte dell’energia. Consideriamo che è

impossibile ricreare in natura una struttura perfettamente rigida, se ci fosse sarebbe

anche perfettamente isolante.

Lo smorzamento è il grado di assorbimento interno di un struttura rispetto alla

pressione incidente, solitamente però la maggior parte dei materiali con capacità di

assorbimento elevata non è in grado di auto sostenersi o sostenere una struttura.

Per ultimo diamo uno sguardo alla distanza per la quale è elementare intuire che

quanto più ci si sposta dalla sorgente sonora tanto più diminuisce la pressione sonora.

Da queste considerazioni si deduce che l’assorbimento e la rigidità perfetti non

esistono e la massa è utilizzabile fino ad un certo punto e ci porta a vedere un’altra

pratica per migliorare l’isolamento, il disaccoppiamento delle strutture. Il principio si

basa sull’accoppiamento massa-molla-massa il cui effetto è di rendere le due strutture

quella interna e quella esterna, indipendenti, attraverso del materiale elastico

intermedio. Con questa soluzione si riesce a migliorare parecchio l’isolamento,

aumentando la massa mobile e riducendo la rigidità della molla si ottiene un

abbassamento della frequenza di risonanza del nostro sistema.

In conclusione per un buon grado di isolamento la miglior soluzione è una struttura

combinata di sistemi assorbenti/smorzanti/riflettenti.

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Risonanze acustiche

Chiunque di noi è in grado di valutare le condizioni sonore all’interno e all’esterno di

una stanza. Se all’esterno l’unica superficie riflettente è la superficie terrestre,

all’interno dove l’energia rimane imprigionata, a parità di emissione si ha un suono più

forte grazie alle superfici riflettenti.

Prendendo in considerazione le riflessioni provenienti da un’unica parete, si può

notare dall’immagine sottostante che data una sorgente sonora posta ad una data

distanza dalla parete rigida, i fronti d’onda circolari che viaggiano verso destra (linee

continue) sono riflessi da questa superficie (linee tratteggiate). Introduciamo quindi il

concetto di sorgente immagine nello spazio libero, dove le riflessioni provenienti dalla

superficie è come se fossero generate da una sorgente identica all’originale, posta ad

uguale distanza rispetto alla parete ma sul lato opposto.

Se prendiamo due pareti parallele e riflettenti, ed eccitiamo lo spazio tra le due pareti

con una sorgente sonora, il sistema parete-aria-parete avrà una risonanza alla

frequenza f0 = 344/2L dove L è la distanza tra le pareti e 344 è la velocità del suono

in metri al secondo. Altre risonanze si avranno a 2f0, 3f0, 4f0... e così via per tutto lo

spettro. La frequenza fondamentale f0 tra due pareti è quindi associata ad una serie di

modi ciascuno dei quali genera una risonanza. Queste risonanze sono dette anche

risonanze della stanza, frequenze naturali o appunto modi.

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Nella realtà le cose si complicano, per formare un locale rettangolare infatti servono

altre coppie di pareti parallele, quindi altri sistemi di risonanza con la propria

fondamentale e relative serie modali.

In generale tutti i percorsi che un’onda sonora può avere all’interno di una stanza sono

chiamati modi. I modi possono essere infiniti e si dividono tra propri (o risonanti) e

forzati. Mentre i modi forzati cessano all’esaurirsi della sorgente sonora, in quanto

corrispondono alle frequenze non proprie quindi non associate ad onde stazionarie, i

modi propri, che corrispondono ai modi risonanti, corrispondono a quella parte di

energia immagazzinata nelle onde stazionarie.

In una stanza con forma di parallelepipedo ci sono tre modi di risonanza:

− I modi assiali si sviluppano tra pareti parallele e viaggiano parallele ad un

asse. Sono quelli che danno il maggior contributo alle caratteristiche

acustiche di uno spazio. Dato che in un parallelepipedo ci sono tre assi, ci

sono tre frequenze fondamentali con i rispettivi multipli.

− I modi tangenziali si sviluppano tra quattro pareti e viaggiano paralleli alle

altre due. Hanno metà dell’energia dei modi assiali, ciò nonostante il loro

effetto sull’acustica è significativo.

− I modi obliqui coinvolgono tutte le superfici della stanza prima di ritornare

alla sorgente. La loro energia è pari ad un quarto di quella dei modi assiali e

rispetto agli altri due sono meno importanti.

L’ampiezza dei modi tangenziali ed obliqui sarà minore di quella dei modi assiali in

quanto implicano un numero di riflessioni maggiore (rispettivamente 4 e 6 riflessioni

anziché 2); questo determina un maggiore assorbimento dell’energia acustica.

Quando si esamina l’acustica di una sala di piccole dimensioni, è utile considerare il

range delle frequenze udibili come composto da quattro regioni: A, B, C e D delimitate

dalle frequenze di taglio F1, F2, F3.

F1 = 344/2L F2 = �RT60/V F3 = 4/F2

dove:

L = il lato più lungo del locale (m);

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RT60 = tempo di riverberazione del locale (s);

V = volume del locale (m3);

La regione A comprende le frequenze più basse e al di sotto del modo assiale F1: il

suono non viene amplificato dalle risonanze del locale perché non presenti in quella

zona dello spettro.

Nella regione B tutte le dimensioni della stanza sono paragonabili alla lunghezza

d’onda del suono: in questa zona dominano i modi del locale.

La regione D copre le frequenze udibili più elevate le cui lunghezze d’onda sono

adeguate per applicare le regole dell’acustica geometrica: prevalgono le riflessioni

speculari e l’acustica dei raggi.

Nella regione C (regione di transizione tra B e D) dominano la diffusione e la rifrazione:

si tratta quindi di una zona complessa dove le onde spesso sono troppo lunghe per

l’acustica dei raggi e troppo corte per quella ondulatoria.

L’equazione che permette di calcolare la frequenza di tutti i modi assiali, tangenziali

ed obliqui di una stanza parallelepipeda è:

frequenza = c2�p�L� + q�W� + r�H�

dove:

c = velocità del suono, 344m/s;

L,W,H = lunghezza, larghezza ed altezza del locale (m);

p, q, r = numeri di semi onde fra le superfici, 0,1,2,3...ecc.

Con l’aumento della frequenza aumenta notevolmente anche il numeri dei modi. Al di

sopra dei 300Hz la distanza modale è così piccola che in generale la risposta del locale

tende a diventare più uniforme. I problemi infatti si incontrano alle frequenze più

basse, dove i modi sono sufficientemente distinti. Da questo possiamo dedurre che

aumentando le dimensioni della stanza la non linearità si sposta in basso, ma in

particolare che è la forma della stanza ad influire sulla distribuzione dei modi. Se la

stanza fosse cubica le frequenze di risonanza sarebbero comuni per tutte le pareti

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quindi si rinforzerebbero, lo stesso ragionamento lo si può fare anche per stanze con

dimensioni multiple.

Per evitare questo tipo di problemi si progettano quindi sale con pareti non parallele

che in particolare permettono una riduzione dell’energia dei modi di risonanza e non

una completa eliminazione; un ulteriore vantaggio fornito di stanze con queste

caratteristiche è la grossa limitazione di echi o ribattimenti. Dobbiamo però

specificare che per avere dei ribattimenti serve una stanza con una delle dimensioni di

almeno 10 m, per dimensioni inferiori otterremo una colorazione metallica del suono.

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La propagazione sonora in ambienti chiusi

Sarà capitato a tutti di sperimentare la sensazione uditiva all’interno di una grande

sala, la quale è assai diversa da quella che si può percepire all’interno della propria

cucina, camera da letto o bagno. Sono i confini dello spazio in cui ci troviamo ad

intervenire sull’onda sonora e trasmetterci quindi l’informazione di ambiente grande o

piccolo ad occhi chiusi.

Gli aspetti fisici per descrivere la propagazione del suono in uno spazio chiuso sono

molto complessi, rendendo quindi impossibile la realizzazione di un modello

matematico preciso. Per lo studio e l’analisi di spazi chiusi, sono però disponibili dei

modelli semplificati che permettono l’elaborazione di previsioni sufficientemente

attendibili, per valutare e indicare diverse soluzioni progettuali e garantire una buona

diffusione sonora.

Consideriamo che in un ambiente confinato, una sorgente sonora provoca due campi

sonori che si sovrappongono, ovvero un campo sonoro diretto dove si indica il suono

che si propaga direttamente dalla sorgente all’ascoltatore, e il campo sonoro

riverberante prodotto invece dalle riflessioni dell’onda sonora sulle superfici che

delimitano lo spazio. L’onda riflessa giungerà all’ascoltatore in ritardo rispetto all’onda

diretta, tale ritardo dipende dalla lunghezza del percorso dovuto alle riflessioni.

Il campo sonoro diretto dipende dalla distanza tra sorgente ed ascoltatore, il cui

decadimento è pari alla relazione prevista per la propagazione del suono in campo

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aperto. Il campo sonoro riverberante dipende invece dalla geometria dello spazio e

dalle proprietà di assorbimento delle superfici che compongono tale spazio.

Il decadimento sonoro in prossimità della sorgente è controllato esclusivamente dal

suono diretto, mentre a distanze superiori prevale il suono riflesso.

Se sommiamo tutte le riflessioni, le riflessioni delle riflessioni e così via cominciamo a

parlare di riverbero. Si viene pertanto a definire un campo riverberante in cui si

assume che l’energia sonora provenga con uguale probabilità dalle varie direzioni,

inoltre in un ambiente chiuso e delimitato da superfici riflettenti, la densità sonora nei

vari punti tende ad essere costante.

In realtà tale fenomeno è molto più complesso in quanto le pareti non sono dei

riflettori perfetti e si hanno fenomeni diffusivi; ci sono poi, come abbiamo visto, i

fenomeni di risonanza con i modi di vibrazione della stanza.

Considerato che il campo sonoro di ambienti chiusi viene studiato utilizzando la

grandezza densità di energia sonora, si può affermare che:

− la densità di energia sonora di un ambiente chiuso è maggiore di quella che si

avrebbe in campo libero per la stessa sorgente;

− all’accensione della sorgente la densità di energia sonora non raggiungerebbe

immediatamente il valore massimo, ma raggiunge il valore di regime

impiegando un certo tempo, detto anche transitorio iniziale;

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− allo spegnimento della sorgente sonora in un ambiente chiuso la densità di

energia sonora non si annulla istantaneamente, ma ci impiega un certo tempo,

detto transitorio di estinzione o coda sonora.

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Tempo di riverberazione

Come abbiamo visto, se all’interno di un ambiente si interrompe l’emissione sonora, il

livello di pressione sonora in un generico punto non si annulla immediatamente; a

causa delle riflessioni multiple sulle pareti, che proseguono il loro percorso alla

velocità del suono anche dopo lo spegnimento della sorgente, il livello sonoro

decresce più o meno rapidamente a seconda delle dimensioni della stanza, delle

caratteristiche fonoassorbenti delle pareti e degli oggetti in essa contenuti.

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

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

punto della sala giunge, sebbene con un certo ritardo, anche il suono riflesso dalle

pareti. Tale fenomeno è noto con il nome di riverberazione.

In particolare è quest’ultimo punto che ci interessa analizzare, la coda sonora, in

quanto il tempo necessario al decadimento di un suono dipende dalla distanza delle

riflessioni fra le pareti e dall’assorbimento delle superfici.

Tenendo conto che il percorso libero medio (distanza media che un suono percorre

prima di decadere) risulta essere:

l = ⋅"#

dove V è il volume in m3 ed S è la superficie totale i m2;

che il tempo che un’onda impiega a percorrere il percorso libero medio è:

t = ⋅"#⋅&

dove cè la velocità del suono in m/s;

ipotizzando che l’assorbimento sia un fenomeno continuo, (in realtà non lo è perché si

manifesta ad ogni riflessione), possiamo quantificare quanto tempo impiega la coda

sonora a decadere.

Arriviamo quindi ad introdurre il tempo di riverberazione, il quale indica il tempo in

secondi, necessario affinché, in un punto di un ambiente chiuso, il livello sonoro si

riduca di una certa entità rispetto a quello che si ha nell’istante in cui la sorgente

sonora ha finito di emettere.

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Di norma, viene utilizzato il tempo di riverberazione RT60, cioè l’intervallo di tempo in

cui l’energia sonora decresce di 60 dB dopo lo spegnimento della sorgente.

Ci sono numerose equazioni per il calcolo del tempo di riverberazione, in quanto non

ne esiste una che vada bene per tutte le occasioni, ma ce ne sono alcune che si

adattano alla maggior parte dei casi. In questo caso citiamo la più antica ed usata

formula, quella di Sabine che iniziò gli studi sul calcolo del tempo di riverbero.

Secondo l’equazione di Sabine otteniamo:

RT() = 0.161 VS ⋅ α

dove:

RT() = tempo di decadimento in secondi;

V = volume dell’ambiente in m3;

S = superficie totale in m2;

α = coefficiente medio di assorbimento della sala;

0.161 = costante.

La determinazione del tempo di riverberazione di un ambiente è pertanto

fondamentale per poter giudicare le sue caratteristiche acustiche e decidere se

intervenire sulle strutture che la delimitano aumentandone le capacità di

fonoassorbimento. Infatti si dovrà intervenire se il valore del tempo di riverberazione

RT() non sia almeno pari al valore ottimale.

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Nel grafico di cui sopra sono riportati i valori ottimali di tempo di riverberazione a

seconda del volume della sala e della sua destinazione d’uso.

Il tempo di riverberazione è uno dei parametri più importanti per definire la qualità

acustica di un locale.

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Assorbimento

Le proprietà assorbenti dei materiali sono quantificate attraverso il coefficiente di

assorbimento acustico α, che si definisce come rapporto tra la potenza sonora

assorbita e la potenza sonora incidente. Il valore di α rappresenta quindi la frazione di

energia sonora assorbita da un determinato materiale e può variare fra 0, nel caso in

cui tutta l’energia incidente è riflessa, e 1, nel caso in cui tutta l’energia incidente è

assorbita. Se il valore di α è pari a 0,7 significa che il 70% dell’energia incidente sulla

superficie del materiale è assorbita.

Tuttavia, per un medesimo materiale il coefficiente di assorbimento 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) sono

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

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.

I principi attraverso cui un sistema assorbe energia sonora sono diversi e vengono

generalmente suddivisi in tre classi:

− assorbimento per porosità;

− assorbimento per risonanza di cavità;

− assorbimento per risonanza di pannello.

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La superficie di un elemento è tanto più assorbente quanto maggiore è la sua capacità

di trasformare l’energia sonora incidente in calore per attrito nelle microcavità del

materiale. I migliori materiali acustici sono, infatti, quelli porosi e fibrosi di cui esistono

vari tipi, quali: lane di vetro e di roccia, schiume di poliuretano espanso a celle aperte,

fibre di legno, feltri, ecc..

Il coefficiente di assorbimento di tali materiali dipende da: porosità, spessore, densità,

frequenza del suono incidente e forma.

La porosità è definita come rapporto tra il volume occupato dai pori e il volume totale.

L’assorbimento acustico cresce all’aumentare della porosità. I materiali che assorbono

il suono con maggiore efficacia hanno una porosità molto elevata, anche oltre il 90%.

Lo spessore del materiale condiziona l’entità dell’energia sottratta all’onda incidente.

In prossimità di una parete rigida, il primo punto corrispondente al massimo della

velocità di pressione delle particelle si trova ad una distanza d=λ/4 dalla parete,

distanza corrispondente alla massima ampiezza della lunghezza d’onda da trattare.

Ne consegue che l’assorbimento cresce all’aumentare dello spessore per le basse

frequenze, mentre cresce in misura poco significativa per quelle alte.

Normalmente per migliorare le capacità di assorbimento nelle medio-basse frequenze

senza aumentare in maniera considerevole lo spessore dei materiali, si usa interporre

un’intercapedine d’aria tra la superficie da trattare e il pannello assorbente, il quale

dovrà essere posto ad una distanza dalla superficie (parete o soffitto) corrispondente

al massimo dell’ampiezza dell’onda sonora, ossia a λ/4.

Un altro sistema per migliorare l’efficienza del materiale alle medio-basse frequenze è

di utilizzare materiali porosi con maggiore densità, ad esempio lane minerali con

densità fino a 100 kg/m3.

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Per ultima vediamo la forma, in quanto può estendere la superficie di contatto del

materiale con l’onda incidente favorendo la dissipazione dell’energia sonora. Tra le

soluzioni più diffuse quella di ricoprire un lato del materiale con protuberanze di forma

piramidale.

Le strutture di risonanza sono costituite da pannelli di materiale non poroso (ad es.

una lastra di gesso) sui quali vengono praticati dei fori di opportune dimensioni e

vengono montati ad una certa distanza dalla superficie da trattare. Tale sistema di

fonoassorbimento si fonda sul principio d Helmhotz. La massa d’aria contenuta nei

fori del pannello costituisce con il volume d’aria dell’intercapedine retrostante un

sistema meccanico del tipo massa-molla, dotato quindi di una propria frequenza di

risonanza, in corrispondenza della quale il sistema è in grado di assorbire una

considerevole parte di energia.

L’assorbimento di un risonatore di questo tipo è molto selettivo intorno alla frequenza

di risonanza e quindi particolarmente efficace nel caso di toni puri di bassa frequenza

compresi fra 50 e 400 Hz. Se l’interno del risonatore è rivestito con materiale

assorbente poroso il valore del coefficiente di assorbimento alla frequenza di

risonanza diminuisce ma si allarga l’intervallo di frequenze in cui l’assorbimento è

efficace.

Nel caso dei pannelli flessibili (legno, gesso, ecc.), l’assorbimento acustico è in

funzione della loro elasticità, in quanto le onde sonore incidenti creano una serie di

pressioni e depressioni che provocano un’inflessione del pannello verso la parete

mettendolo pertanto in vibrazione. In particolare, il comportamento di un sistema

costituito da un pannello sottile collocato di fronte ad una parete rigida, ad una

distanza non troppo elevata, può essere analizzato con lo stesso metodo utilizzato per

il risonatore di Helmholtz, ossia il pannello si comporta come una massa vibrante,

mentre l’aria contenuta nella cavità come una molla acustica caratterizzata dalla sua

rigidità. Anche questo sistema è molto selettivo ed è utile per assorbire suoni incidenti

caratterizzati da basse frequenze (200÷300 Hz), dove i materiali fonoassorbenti sono

poco efficaci e i risonatori di Helmholtz assumerebbero dimensioni troppo grandi.

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2. Scelta dei materiali e trattamento acustico

La Sala

Il Bunker, ovvero lo spazio oggetto di questa tesi, nasce nel 2010 dall’esigenza di

individuare un luogo nel quale poter eseguire musica in qualsiasi momento della

giornata senza arrecare disturbo al vicinato.

La struttura di cui stiamo parlando è un doppio garage realizzato interamente in

cemento armato e ricavato da un incavo del Monte Castello. Quattro dei sei lati che

costituiscono il Bunker poggiano infatti sulla roccia. La parete più esposta che

consente l’accesso allo spazio è dotata di due porte basculanti ed una finestra.

Il contesto nel quale ci troviamo è quello dei Colli Euganei, più precisamente Arquà

Petrarca.

Nei pressi di tale garage in posizione opposta rispetto alla parete d’ingresso si trova,

ad una distanza di circa 6m, una casa disabitata, mentre a lato a circa 20m, su di un

dislivello di 1.5m, c’è l’abitazione dei vicini.

Possiamo considerare l’ambiente come un parallelepipedo di dimensioni 8m x 6m x

2.75m dotato di un buon livello di isolamento acustico sicuramente offerto dalla

struttura in cemento armato accostata alla roccia. Va da sé che, come suggerito dal

concetto di inerzia, (tanto più pesante è la massa, tanta più energia serve per metterla

in movimento), l’enorme massa costituita in questo caso dalla struttura in cemento

armato accoppiata alla pietra del Colle che la accoglie, costituisce un elevato grado di

isolamento della sala. Questi materiali influenzano però negativamente l’acustica

interna dal momento che rendono le pareti completamente riflettenti.

Un altro elemento sfavorevole riguarda l’altezza del soffitto troppo bassa e quindi non

ottimale alla nuova destinazione d’uso del locale.

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Destinazione d’uso della sala

Per realizzare un ambiente confortevole e funzionale risulta necessario comprendere

le esigenze alle quali tale luogo deve rispondere.

Come già indicato, lo scopo iniziale era quello di allestire una sala prove da utilizzarsi

in qualsiasi momento della giornata e che offrisse la possibilità e comodità di lasciare

montati e quindi pronti all’uso gli strumenti musicali.

In seguito, incentivato dal buon risultato acustico ottenuto dai primi interventi

strutturali effettuati sullo spazio nonché dal crescente desiderio di cimentarmi nel

campo della registrazione, le attività svolte nel Bunker sono via via cominciate ad

aumentare. Le numerose sessioni di improvvisazione con svariati musicisti e quelle

semplici di registrazione hanno fatto sì che il Bunker oltre che una sala prove

diventasse anche una sala di ripresa.

Considerate queste nuove applicazioni è emersa la necessità di un buon punto di

ascolto: l’ambiente si è così arricchito di una postazione con monitor audio e computer

per riascoltare il materiale registrato e sviluppare lavori di post-produzione.

Data la sua molteplicità d’uso mi piace pensare al Bunker come ad un laboratorio.

Proprio questa concezione ne ha determinato i vari trattamenti acustici eseguiti in più

tranche. In fase di cambio d’uso da garage a sala prove sono stati fatti gli interventi

maggiori ma in seconda e terza battuta ulteriori operazioni hanno migliorato l’intero

sistema. E non escludo implementazioni future.

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Progettazione della sala

Nell’immaginare il Bunker, una delle caratteristiche principali alle quali doveva

rispondere questo ambiente era quella di soddisfare il benessere psicofisico una volta

immersi in un campo sonoro al suo interno.

Pur trattandosi di un elemento soggettivo, legato ad esigenze personali e/o a

particolari sensibilità individuali, si è reso necessario tenerne conto in fase di

progettazione e nel corso degli interventi di miglioria acustica.

Come abbiamo visto, per determinare la qualità acustica di un ambiente, disponiamo

di alcuni indici che consentono di valutare differenti aspetti della percezione sonora, ai

quali naturalmente corrispondono anche giudizi soggettivi.

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

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

regole:

1. il suono deve giungere sufficientemente intenso in tutti i punti di ascolto della

sala;

2. i suoni che si succedono con rapida emissione devono arrivare all'ascoltatore

chiari e distinti mantenendo la loro individualità;

3. le componenti spettrali di un suono complesso devono mantenere in modo

inalterato le loro intensità relative.

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

nell’ambiente e alla percezione ottimale delle onde sonore dirette e riflesse, sia per

quanto riguarda la loro composizione in frequenza, sia per quanto riguarda gli

sfasamenti temporali che la caratterizzano.

In particolare, il contributo delle onde riflesse deve essere tale da instaurare una

situazione favorevole di compromesso, in modo che possano contribuire al rinforzo

del livello sonoro diretto, senza che una durata troppo lunga della coda sonora

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mascheri i segnali successivi. In questo caso, il tempo di riverberazione resta quindi un

parametro oggettivo molto utile per valutare la buona ricezione in un ambiente.

Al fine di poter improntare correttamente la progettazione acustica di una sala è

necessario tener conto di alcuni importanti aspetti, quali:

− la forma;

− il trattamento acustico.

La scelta della forma ha un’importanza fondamentale perché è necessario ridurre al

minimo gli echi o la diffusione irregolare del suono. Pertanto, sono da preferire le

forme compatte in alternativa a quelle irregolari, poiché si creerebbero zone d’ombra

acustica. Inoltre abbiamo visto che le pareti parallele con superfici rigide sono da

evitare perché danno luogo a forti modi assiali, incidendo molto sul decadimento del

suono generando ribattimenti e colorature timbriche.

Il trattamento acustico consiste nel calcolare l’assorbimento acustico globale che deve

avere un ambiente per assicurare una buona diffusione del suono riverberato ben

distribuito nel range di frequenze. La scelta del tipo di materiale fonoassorbente da

impiegare e la quantità di unità fonoassorbenti da mettere in opera concorrono ad

ottenere l’assorbimento globale ottimale. Questo perché l’energia acustica assorbita

non viene riflessa e tutti i materiali in qualche modo assorbono energia.

Ciò considerato, al fine di ottimizzare la propagazione del suono, la progettazione di

un ambiente acusticamente corretto può essere affrontata attraverso un metodo

sperimentale o uno analitico.

Il metodo sperimentale si avvale delle seguenti fasi:

− rilievo acustico in loco (UNI EN ISO 140);

− analisi dei dati;

− considerazioni sul tempo di riverberazione rilevato e determinazione delle

unità assorbenti prima del trattamento;

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− ricerca del tempo di riverberazione ottimale e calcolo delle unità assorbenti per

realizzarlo;

− scelta del tipo di materiale;

− disposizione del materiale.

Il metodo analitico è sviluppato attraverso:

− analisi dettagliata della natura delle superfici e della loro estensione;

− ricerca dei coefficienti di assorbimento acustico, da tabelle bibliografiche o da

schede tecniche del materiale, e determinazione delle unità assorbenti prima

del trattamento;

− calcolo del tempo di riverberazione (RT60) teorico;

− ricerca del tempo di riverberazione ottimale in funzione dell’uso e del volume

dell’ambiente e calcolo delle unità assorbenti per realizzarlo;

− scelta del tipo di materiale;

− disposizione del materiale.

Tengo a precisare che, nel realizzare le soluzioni per migliorare l’acustica della mia

stanza, non ho affrontato alcun tipo di calcolo matematico, mi sono affidato

completamente alla mia personale sensibilità mettendo in pratica quanto acquisito sia

sul piano teorico che dall’attenta osservazione di ambienti analoghi. Inoltre, il limitato

budget a disposizione, ha orientato le mie scelte verso l’utilizzo di materiali a basso

costo e del fai da te per la realizzazione di trappole acustiche e dei vari allestimenti.

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Trattamento acustico del Bunker

L’acustica passiva rappresenta il primo passo per ottenere un ambiente di

riproduzione affidabile ed il più possibile neutro. Tratteremo quindi le soluzioni

adottate nella sala per contrastare le risonanze e per ottenere un discreto riverbero

con un decadimento dolce, senza dimenticare gli accorgimenti considerati per

giungere ad un buon isolamento acustico.

Come già evidenziato, la prima necessità era quella di disporre di un luogo dove poter

eseguire musica a qualsiasi ora del giorno, senza che questo risultasse motivo di

disturbo in particolar modo per i vicini.

Il primo trattamento che andrò di seguito a descrivere riguarda quindi proprio

l’isolamento.

La struttura è totalmente in cemento armato, e quattro delle sue pareti appartengono

al Colle dalla quale è ricavata (Fig. 1), ciò garantisce un ottimo isolamento di partenza.

Per migliorarlo ho pensato ad un intervento sull’unico lato in relazione con l’esterno

(dotato di porte basculanti e finestra) che ha visto l’innalzamento di una nuova parete

interna parallela a questa citata (Fig. 2).

Figura 1: vista Bunker esterna

25

Figura 2: pianta

Detto tramezzo è composto internamente ed esternamente dall’accoppiamento di un

pannello in cartongesso dallo spessore di 13mm con un pannello in cartongesso e

gomma ad alta densità spesso 15.5mm; tra i due strati di cartongesso e gomma sono

stati posati dei pannelli di lana di roccia dello spessore di 50mm e con una densità pari

a 70 kg/m3. Lo spessore totale della parete così composta è 12.5 cm e la sua resa come

abbattimento è pari a circa 30db.

Questo intervento ha di fatto diviso lo spazio in due: da un lato la sala di nostro

interesse con una superficie pari a 36m2 di forma trapezoidale, i cui lati corti misurano

rispettivamente 4m e 5m; dall’altro uno spazio che identificheremo, date le

dimensioni ridotte, come corridoio d’ingresso. Il corridoio, oltre a consentire l’accesso

alla sala, viene utilizzato anche come ripostiglio e come area relax in cui un divano, un

frigorifero ed una macchina per il caffè garantiscono qualche piccolo comfort.

Una considerazione da fare circa la parete di cui sopra è che il mancato

disaccoppiamento dalla struttura esterna ne ha abbassato il limite d’isolamento.

26

L’intercapedine d’aria data dal corridoio d’ingresso che si è venuto a creare, concorre

però alla dispersione dell’energia delle onde sonore.

Il pavimento, che descriverò nel dettaglio più avanti, si disaccoppia, anche se non

totalmente, dalle pareti portanti contribuendo allo smorzamento delle vibrazioni di

cui si fa portatore (vedi ad esempio i colpi di grancassa) e migliorando seppur in

minima parte l’isolamento dell’intero sistema.

Inoltre, per migliorare ulteriormente non solo quello acustico ma anche l’isolamento

termico, i vetri dell’unica finestra ed entrambe le porte basculanti sono stati imbottiti

con lana di roccia e polistirolo (trattenuti da appositi telai in legno su misura) e

ricoperti da tessuto in tela di cotone (Fig. 3 e 4).

Figura 3: imbottitura finestra

27

Figura 4: imbottitura porta basculante (particolare)

Per quanto riguarda invece l’apertura che consente l’accesso alla stanza, ho optato per

il montaggio di una doppia porta. Verso l’esterno una comune porta da interni in legno

rivestita ed ingrossata da un doppio strato di cartongesso (Fig. 5); verso l’interno

un’ulteriore porta in legno imbottita con lana di roccia e ricoperta da tessuto in tela di

cotone (Fig. 6 e 7).

Figura 5: rivestimento porta (particolare)

28

Figura 6: doppia porta d'accesso alla sala

Figura 7: doppia porta e corridoio d’ingresso

Tengo a sottolineare che tutti i pannelli di lana di roccia utilizzati nei vari trattamenti

all’interno del Bunker, sono stati ricoperti con teli prima di nylon e poi di tessuto, (che

29

ne ha facilitato il fissaggio attraverso punti metallici ai telai di legno), per evitare il

contatto diretto o indiretto con le fibre minerali.

Questo tipo di interventi hanno portato ad un abbattimento acustico sufficiente a

garantire l’utilizzo del Bunker 24 ore su 24.

Ho rilevato un abbattimento di circa 40dB tra la stanza ed il corridoio che arriva a circa

65dB se ci si pone all’esterno della struttura.

Dati i metodi appena visti per ottenere l’isolamento acustico e dati i tipi di superfici

che compongono la struttura, (tutte lisce e composte di cemento armato, piastrelle e

cartongesso), ne consegue un’enorme riflessione dei suoni prodotti all’interno della

stanza che, trattenuti all’interno dell’ambiente stesso, la rendono acusticamente

inutilizzabile. Si potrebbe paragonare lo stadio di partenza del Bunker completamente

vuoto ad una stanza a specchio, in cui tutte le superfici sono degli specchi ed ogni

punto dà origine ad una riflessione o alla riflessione della riflessione.

Come già detto la forma della stanza non è rettangolare. Tale accorgimento è stato

adottato per intervenire sulla distribuzione dei modi di risonanza.

Come sappiamo il problema non si elimina completamente, me è certo un

abbattimento dell’energia dei modi di risonanza e una limitazione di echi o

ribattimenti.

Anche le proporzioni dimensionali dell’ambiente sono da tenere in considerazione, in

quanto permettono una distribuzione uniforme dei modi assiali migliorando la qualità

del suono a discapito di una minor colorazione.

Non disponendo di una stanza con forma rettangolare risulta molto difficile affrontare

lo studio dei modi con calcoli matematici, ma date le precedenti considerazioni in

merito a forma e dimensioni, la sensazione è quella di aver ottenuto una stanza con

modi di risonanza deboli e non particolarmente colorata.

30

Il soffitto

Si è costruita una struttura in legno a cassettoni della dimensione di 3.5m×4m che

occupa metà dell’intera superficie interessata. Celle quadrate (40cm×40cm) della

profondità di 15cm sono state riempite in modo alterno con del bugnato fono

assorbente (Fig. 8). Il legno utilizzato è del truciolare spesso 1.5cm.

In particolar modo le celle prive di bugnato possono essere considerate come riflettori

angolari, in cui le vibrazioni di una sorgente sonora vengono direttamente riflesse

verso la sorgente stessa qualsiasi sia l’angolo d’incidenza, con un’attenuazione

determinata da due superfici (in questo caso legno e cemento).

Figura 8: soffitto a cassettoni

Lo scopo era quello di spezzare le riflessioni del soffitto cercando di non renderlo

troppo assorbente. Il trattamento non è in ogni caso irreversibile e qualora fosse

necessario sono possibili ulteriori interventi.

Data la molteplicità d’uso del Bunker non si è intervenuti sulla completezza del

soffitto, questo rimedio è stato pensato in particolar modo per ricoprire l’area di

esecuzione musicale; la superficie rimanente, come vedremo più avanti, è stata

trattata in un secondo momento per migliorare il punto di ascolto.

31

Le pareti

Per quanto concerne le pareti fin da subito è risultato prioritario un intervento su

quelle in cemento. Quella di nuova costruzione in cartongesso, (accoppiato a gomma

ad alta densità e lana di roccia), è stata trattata successivamente.

I lavori hanno previsto la copertura quasi totale sia del lato da 5m che interessa l’area

adibita all’esecuzione musicale che quello opposto di 4m adiacente all’area d’ascolto.

Per il primo sono stati utilizzati del piramidale giallo e del bugnato (50cm bugnato +

4m piramidale + 50cm bugnato); per il secondo del solo bugnato. Nelle pareti

interessate sono rimaste scoperte due fasce di circa 40cm, una lungo il soffitto ed una

lungo il pavimento (Fig. 9).

La tipologia ed il quantitativo di materiale fono assorbente utilizzati sono stati

fortemente condizionati dal limitato budget.

Figura 9: area per l'esecuzione musicale, rivestimento parete

I pannelli di piramidale (di colore giallo) hanno uno spessore totale di 7cm con

un’altezza delle piramidi pari a 5cm (Fig. 10); mentre il bugnato (di colore nero) ha uno

spessore totale di 5cm di cui 3cm interessati dalla profondità delle forme ondulate. La

32

densità, lo spessore e la forma di questi rivestimenti portano ad avere un coefficiente

medio di assorbimento che supera lo 0,5 (1 è il coefficiente massimo) sopra i 500Hz.

Figura 10: piramidale giallo (particolare)

Nell’intento di non rendere la stanza troppo assorbente, si è deciso di lasciare libere da

materiale fono assorbente (piramidale, bugnato) parte delle superfici trattate le quali

sono state ricoperte in gran parte con del legno.

Il lato più lungo della stanza è stato rivestito per 5 degli 8m con del perlinato in legno

di abete (spesso 1cm) fissato su di un apposito telaio ancorato al muro di cemento.

L’intercapedine venutasi a creare fra le perline ed il cemento è stata riempita con lana

di roccia.

Il mix di materiali ha dato origine ad una parete comunque riflettente ma non

completamente liscia. Ed in particolar modo il legno ha generato un effetto diffusivo e

di assorbimento differente dalle altre superfici della stanza. Inoltre, l’impiego

massiccio di lana di roccia ha consentito l’assorbimento di parte dell’energia delle

frequenze medio alte.

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Il pavimento

Le esigenze acustiche, estetiche ed economiche, hanno orientato la scelta in merito

all’isolamento del pavimento verso l’utilizzo di pallet (comunemente detti anche

bancali) completamente chiusi nella parte superiore (Fig. 11).

Figura 11: pallet

Figura 12: pavimento di pallet e tappeti

34

I pallet accostati hanno dato origine ad una sorta di cassa acustica con relative

risonanze. Per ovviare a questo problema le intercapedini sono state, anche in questo

caso, riempite con lana di roccia.

Sul pavimento sono inoltre stati disposti dei tappeti che ricoprono buona parte della

superficie: in generale efficienti come corpi assorbenti per l’acustica della stanza, sono

utili anche per diminuire gli scricchiolii generati dalle tavole dei pallet che

compongono il pavimento (Fig. 12). Probabilmente questo risulta essere il più grosso

inconveniente della sala così allestita anche se finora non è mai stato recepito come

una limitazione.

L’intervento ha reso la superficie meno riflettente rispetto a quella originariamente

piastrellata, ovvero assorbente ed in grado di migliorare anche di molto le riflessioni

tra soffitto e pavimento.

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Trappole cilindriche

In seguito agli interventi strutturali finora descritti, ho avuto l’impressione di una

mancanza di definizione dei bassi. Per ridurre parte dell’energia a bassa frequenza mi

sono ispirato a quanto presente nell’aula 4 della sede Bertacchi del Conservatorio C.

Pollini di Padova ed ho così realizzato delle trappole cilindriche per bassi (Fig. 13).

Lana di roccia ingabbiata ed avvolta nella rete metallica è stata inserita in appositi

cilindri in tela di cotone. Le quattro trappole di diametro 0,38m ed alte ciascuna 1m

sono state poste a due a due negli angoli in corrispondenza dell’area riservata alle

esecuzioni musicali.

Date le dimensioni queste trappole dovrebbero agire intorno ai 400Hz.

Figura 13: trappole per bassi

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Segnalo inoltre la presenza di un divano imbottito situato posteriormente rispetto alla

regia audio che, anche se non appositamente concepito, data la sua conformazione

incide sull’assorbimento generale dell’ambiente (Fig.14).

Figura 14: divano

Anche se dal punto di vista acustico non offre alcuna miglioria ma concorre anzi a

generare disturbo, ho fatto installare all’interno della sala un condizionatore. Con

l’unità interna (lo split) posta sopra il divano, offre del refrigerio nei mesi caldi e del

riscaldamento in quelli freddi.

Come per il suono l’isolamento termico del Bunker è ottimo, in inverno infatti la

temperatura rimane costante attorno ai 15°C, mentre d’estate l’ambiente si mantiene

fresco e confortevole. L’unica nota dolente riguarda il non riciclo dell’aria ed il rumore

generato dallo split che non ci permette di utilizzare il condizionatore durante le

sessioni di registrazione.

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Postazione di ascolto

Recentemente ho apportato ulteriori modifiche al Bunker con l’obiettivo di migliorare

l’area della sala dedicata alla postazione di ascolto e di post-produzione. Ho disposto

un ampio piano d’appoggio utile all’impiego di strumentazione e computer, ed ho

adottato alcune soluzioni acustiche per migliorare l’ascolto dei monitor audio di cui la

sala è dotata.

Due pannelli fonoassorbenti sono stati realizzati secondo la tecnica da me adottata, e

più volte citata, che prevede il rivestimento di un pannello di lana di roccia mediante

l’uso di un telaio in legno e di tessuto.

Uno è stato utilizzato nel rivestimento parziale della parete retrostante i due schermi

video del computer; la superficie rimanente è stata ricoperta con della pesante tela di

cotone. L’altro è stato appeso al soffitto in corrispondenza della superficie del piano

interessata dalla strumentazione con lo scopo di assorbire le riflessioni tra il tavolo ed

il soffitto stesso.

I miglioramenti rispetto alla qualità del suono e dell’immagine stereo si sono percepiti,

ma per ottenere risultati ancora migliori dovrò ricercare nuove soluzioni che

intervengano sulla parete e sulla rimanente parte scoperta di soffitto interessati dalla

postazione di ascolto (Fig. 15).

Figura 15: postazione di ascolto

38

3. Misurazione impulsiva della stanza

Passeremo ora alla descrizione delle misurazioni effettuate nella stanza atte a

verificarne in maniera analitica la bontà dei trattamenti acustici e strutturali adottati.

In particolare osserveremo le apparecchiature utilizzate per la diffusione e la

registrazione, insieme alla scelta del posizionamento dei microfoni e della sorgente

sonora nella sala.

Le tecniche di misurazione acustica

Lo studio dell’acustica degli ambienti chiusi ha avuto origine con Sabine, il quale

misurava i decadimenti del suono dell’organo con un cronometro basandosi sul

proprio udito.

Ai nostri giorni esistono in commercio numerosi software di semplice utilizzo, che

elaborano i segnali captati dai microfoni e svolgono tutte le operazioni di correlazione,

convoluzione, FFT, ecc., offrendo direttamente il risultato finale.

I diversi metodi utilizzati oggigiorno per effettuare misurazioni acustiche in un

ambiente, si basano principalmente sulla teoria della risposta all'impulso. Secondo

questa teoria, nella registrazione di un segnale impulsivo riprodotto all'interno di una

sala, sono contenute tutte le informazioni e le caratteristiche dell'acustica della sala

stessa; perché questo si verifichi, si presuppone che il campo acustico dell’ambiente

sia lineare e che i sistemi studiati siano tempo-invarianti, ovvero indipendenti dal

tempo.

La relazione di tale sistema è esprimibile con una operazione matematica detta

convoluzione, rappresentata dalla formula:

y(t)= x(t)*h(t)

dove y(t) è il segnale in uscita, x(t) quello in ingresso mentre h(t) rappresenta la risposta

all'impulso del sistema, specificando che non è la risposta all'impulso dell'ambiente in

senso assoluto, ma la risposta misurata in una determinata posizione della sala fra una

sorgente e un ricevitore. Per tale motivo può capitare che risposte all'impulso

39

misurate nello stesso ambiente possano differire tra loro, anche in modo significativo.

Teoricamente tale sistema per il calcolo dei coefficienti h è molto semplice.

Consideriamo un impulso che in dominio digitale viene definito come una sequenza di

numeri costituita da un 1 seguito da zeri (funzione δ di Dirac):

1 0 0 0 0 0 0

Applicando la convoluzione otteniamo:

y1 = 1h1+0h2+0h3=h1

y2 = 0h1+1h2+0h3=h2

y3 = 0h1+0h2+1h3=h3

Ad ogni passo di avanzamento otteniamo quindi un coefficiente h che corrisponde alla

risposta acustica dell’ambiente iniziale.

Questo tipo di misurazione, nonostante sia nella teoria molto semplice, è di fatto

impraticabile: risulta infatti impossibile generare un impulso così breve e potente

come la funzione δ di Dirac. Nel tempo si sono quindi ricercati segnali che attraverso

l’algoritmo di convoluzione, si avvicinino il più possibile alla risposta all’impulso

teorica.

Questo ci conduce ai due tipi di segnale da me considerati nello svolgimento delle

misurazioni: l’utilizzo di un palloncino, per generare una perturbazione impulsiva

sufficientemente potente, e lo sweep esponenziale, un’onda sinusoidale che

all’aumentare del tempo aumenta la frequenza con andamento esponenziale.

La risposta all’impulso dell’ambiente si ottiene dunque dalla convoluzione del segnale

di risposta con segnale d’origine ribaltato nell’asse del tempo. Per ulteriori

approfondimenti sui metodi di calcolo applicati ai diversi segnali per arrivare a

simulare il più fedelmente possibile la funzione δ di Dirac, rimando alla lettura di testi

specifici (vedi Metodologie di misura e valutazione di Farina A., AES Seminario Top

Audio 2001 “L’acustica dei piccoli ambienti di ascolto”).

Finora si è parlato solo del tipo di segnale di eccitazione ma non di come tale segnale

venga immesso nel sistema: la sorgente sonora dovrebbe essere il più possibile simile

40

all’omnidirezionale e deve essere in grado di produrre un livello di pressione sonora

sufficiente a generare le curve di decadimento. Mentre l’uso del palloncino come

sorgente sonora non necessita di un trasduttore elettroacustico per la riproduzione del

segnale e per questo rispetta l’omnidirezionalità, con lo sweep non possiamo

affermare lo stesso. A tale scopo servirebbe un diffusore dodecaedrico in quanto

altoparlanti di tipo commerciale non sono accettabili come sorgente omnidirezionale.

Non disponendo di tale diffusore, ho comunque effettuato le misurazioni con il

segnale sweep riprodotto attraverso altoparlanti tradizionali ritenendo le dimensioni

contenute della stanza in qualche modo favorevoli.

I procedimenti di misura di cui farò uso sono quindi: 1. la tecnica basata sulla

registrazione digitale della risposta all'impulso generata da sorgenti impulsive (quali i

palloncini) e conseguente analisi; 2. quella basata sulla deconvoluzione di un segnale

sinusoidale di tipo sweep con andamento esponenziale della frequenza.

Qualsiasi sia il metodo usato, bisogna eseguire più misurazioni in vari punti

dell'ambiente, sia per quanto riguarda la posizione della sorgente, che per quella dei

ricevitori, in modo da ottenere più informazioni possibili circa la diffusione/ricezione

sonora nel luogo oggetto di misura (Fig. 16 e 17).

Figura 16: particolare relativo ai test con palloncino

41

Figura 17: postazione per la registrazione delle misure effettuate in sala

Al momento del test acustico la sala non è stata privata del materiale in essa

contenuto (arredo, strumenti musicali, amplificatori, ecc.). L’unico accorgimento

adottato durante le misurazioni effettuate mediante palloncino è stato quello di farlo

scoppiare senza che qualcuno fosse presente all’interno della sala: un lungo bastone

con uno spillo all’estremità è servito allo scopo. Non è stato invece possibile escludere

la mia presenza fisica durante le misurazioni con il segnale sweep.

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Microfoni, attrezzature di registrazione e verifica

Di seguito una panoramica relativa all’attrezzatura utilizzata in fase di misurazione ,

registrazione ed analisi dei dati.

I microfoni impiegati sono una coppia di Oktava MK012, ovvero dei trasduttori a

condensatore dotati di capsula con caratteristica polare di tipo omnidirezionale (Fig.

18). I microfoni sono di buona qualità con una risposta in frequenza non perfettamente

lineare per tutte le frequenze della banda udibile e comunque l’errore è trascurabile

date le ridotte dimensioni della stanza presa in analisi.

Figura 18: capsula omnidirezionale Oktava MK012 e risposta di frequenza

Data la sola coppia di microfoni a disposizione le misure sono state effettuate in più

riprese come si evince dai numeri progressivi usati per distinguere le diverse posizioni

di analisi scelte.

Come già anticipato, le sorgenti sonore impiegate sono dei palloncini di gomma e due

casse monitor per la riproduzione del segnale sweep.

Per l’acquisizione dei segnali ho utilizzato una normale scheda audio USB a 2 canali

collegata ad un computer. Per la registrazione audio su hard disk mi sono avvalso

dell’utilizzo di due software: Logic Pro 9, per la ripresa e l’esportazione dei segnali

generati dallo scoppio del palloncino; Room Eq Wizard (REW), per le misurazioni fatte

con il segnale sweep (in seguito all’analisi di tutte le singole risposte all’impulso

ottenute, traduce i dati elaborati in grafici).

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Figura 19: monitor Adam A7, fonometro Digital Sound Level Meter e scheda audio Edirol UA25EX

REW è un software gratuito per la misurazione della risposta delle stanze. Prima di

essere utilizzato tale programma richiede la calibrazione della scheda audio attraverso

una semplice procedura guidata che consiste nel collegare direttamente una delle

uscite della scheda con uno degli ingressi e in seguito assegnando opportunamente i

livelli d’uscita e di guadagno. Tutto il resto lo fa poi da sè in modo da linearizzare la

risposta della scheda audio.

Oltre alla scheda, questo programma dà la possibilità di calibrare anche il microfono

utilizzato per le analisi, è sufficiente installare l’opportuno file di calibrazione. Non

avendo a disposizione il file di calibrazione concernente l’Oktava MK012 (solitamente

questi file vengono forniti con i microfoni da misura) e considerata tollerabile la sua

risposta in frequenza, ho saltato questo passaggio.

Dopo la calibrazione della strumentazione REW richiede l’impostazione della

pressione sonora così da poter regolare la sensibilità del microfono. Durante questa

fase viene emesso un segnale di rumore bianco e viene richiesta la correzione del

livello d’uscita affinché il fonometro posizionato all’altezza della capsula del microfono

rilevi un livello di pressione sonora attorno ai 75db. Naturalmente tale passaggio va

ripetuto ad ogni cambio di posizione del microfono (Fig. 19).

A questo punto, la catena elettroacustica è pronta per eseguire le misurazioni.

Tengo a precisare che fra le proprietà di REW c’è quella di registrare i segnali utili ad

effettuare la correlazione: è il programma stesso a generare il segnale sorgente.

44

Posizioni di misura

Come già anticipato, il numero delle posizioni di misura è scelto per conseguire

un’adeguata copertura dell’ambiente.

Data la forma non regolare della stanza ho deciso di distribuire in tutta l’area i

microfoni il più uniformemente possibile, vedi schema esemplificativo in Figura 20. In

particolare i microfoni sono stati installati ad un’altezza di 1,70m da terra (altezza

orecchio circa), ad una distanza tra loro e rispetto alle pareti corte di 2m. Le file A e B

risultano parallele alle pareti lunghe dalle quali distano 1m. Infine la fila centrale sta

sulla linea mediana data dai due lati corti.

Il palloncino, fissato su di un’asta microfonica con il centro posto ad un’altezza pari a

1,35m, è sempre stato fatto scoppiare in posizione centrale 5. Ad eccezione delle

misurazioni in postazione 5 per le quali il palloncino è stato fatto scoppiare

rispettivamente nei punti 4A e 4B.

Per l’esecuzione del segnale sweep i monitor sono stati posti lungo il lato corto della

sala ad una distanza di 0,5m da questa ed a 1,2m dalle pareti laterali.

Figura 20: posizioni microfoni e sorgenti sonore

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Misure ed analisi

Le operazioni di misura sono state ripetute più volte per consentire lo spostamento

dei microfoni nei diversi punti della stanza prestabiliti. Per ogni posizione e per

ognuno dei due tipi di sorgente sonora, si sono compiute 3 differenti misurazioni

necessarie alla definizione del relativo valore medio.

Come anticipato, i dati da me ottenuti attraverso il segnale sweep non possono essere

considerati validi perché non riprodotti da una sorgente omnidirezionale. Ciò

nonostante ne indicherò il metodo di analisi e farò i relativi confronti con i risultati dati

dalla risposta d’impulso del palloncino.

Tengo a sottolineare che il metodo empirico del palloncino non può essere

considerato perfetto dal momento che tutti i palloncini di gomma non sono uguali fra

loro e che risulta pressoché impossibile gonfiarli tutti con la stessa quantità di aria:

ogni scoppio risulterà pertanto unico ed irripetibile.

Riporto di seguito il procedimento adottato in merito alle misurazioni con scoppio del

palloncino:

1. i suoni sono stati registrati con Logic Pro 9 al fine di generare un file audio per

ogni singolo impulso;

2. i file ottenuti sono stati importati in Room Eq Wizard (REW), che ne consente

una completa ed approfondita analisi;

3. REW ha elaborato ogni impulso dando origine ad un file di testo contenente i

valori dei tempi di riverbero divisi a 1/3 di banda di ottava;

4. attraverso un foglio di calcolo elettronico sono state definite le medie

aritmetiche di tutte le misure.

L’analisi del segnale sweep è invece stata effettuata ed elaborata direttamente da

REW:

1. è stato impostato un segnale sweep che passa dai 20Hz ai 22050Hz in 23,8sec;

una volta effettuata la misura, REW opera automaticamente la convoluzione

ed è possibile analizzare la risposta all’impulso;

46

2. i file di testo con tutti i valori dei tempi di riverbero divisi a 1/3 di banda di

ottava vengono esportati ed elaborati attraverso un foglio di calcolo

elettronico.

Una volta calcolati i vari indici acustici e tenendo conto di tutte le misure fatte per ogni

singola sorgente, ho deciso di ricavare anche la risposta in frequenza media della sala.

L’operazione, trattandosi di una funzione integrata del software REW, è risultata

piuttosto semplice. I dati ottenuti vanno però presi con le pinze, dal momento che,

come già detto, da un lato abbiamo una sorgente omnidirezionale che genera un

segnale non ripetibile ad ogni misura, e dall’altro abbiamo la sweep riprodotta da una

sorgente non omnidirezionale. Sarà comunque interessante osservare i risultati

ottenuti.

47

Analisi dei risultati

Ricordiamo che in sala si sono scelte 9 posizioni microfoniche e 2 principali posizioni

per le sorgenti, che diventano 4 se consideriamo le 2 differenti posizioni del palloncino

con il microfono in postazione 5, vedi quanto riportato in Figura 20.

I dati ottenuti dall’analisi attraverso REW sono stati ordinati in tre gruppi:

1. il gruppo “left” che comprende le misure raccolte nei punti 1A, 2A e 3A;

2. il gruppo “right” che comprende invece i punti 1B, 2B e 3B;

3. il gruppo “center” che si riferisce ai restanti punti 4A, 4B e 5.

Tali suddivisioni ci permetteranno di osservare come la stanza si comporta in queste

tre diverse aree: con “left” ci riferiamo alla fascia adiacente alla parete inclinata di

cartongesso, “center” riguarda l’area centrale, mentre “right” la rimanente area a

ridosso della parete rivestita in legno.

Prima di illustrare i risultati ottenuti dall’analisi delle misurazioni riguardanti la sala,

definiamo i parametri usati per valutare le caratteristiche acustiche di un ambiente.

− Il tempo di riverbero (RT) è la grandezza fisica di base che definisce la qualità

acustica di un ambiente confinato. Esso si definisce come il tempo necessario

affinché il livello sonoro diminuisca di 60dB (RT60) dall’istante di spegnimento

di una sorgente sonora posta all’interno di uno spazio chiuso. Tuttavia

l’intervallo preso in considerazione solitamente è tra -5 e -65 db, vale a dire che

inizia nel momento in cui il livello sonoro è sceso di 5 db. Spesso però ottenere

un decadimento effettivo di 60 db sopra il rumore di fondo risulta difficile. In

questi casi allora l’analisi è effettuata su di un intervallo della curva di

decadimento più breve, solitamente quello compreso tra -5 e -25 db (RT20) o

tra -5 e -35 db (RT30), e in seguito riportato a un teorico decadimento di 60 db.

I valori ottimali del tempo di riverberazione sono funzione del volume

dell’ambiente e della sua destinazione d’uso acustica. Un riverbero troppo

intenso può determinare un’acustica confusa e poco intellegibile, al contrario

48

se troppo breve sta a indicare una diffusione scarsa con conseguente campo

sonoro piatto e innaturale per il nostro orecchio, oltre alla possibilità di non

supportare un suono sorgente nel raggiungere anche i punti più distanti in sale

di grandi dimensioni. I dati circa il tempo di riverbero che andremo a osservare

non riguardano solo la quantità ma descrivono anche i tempi alle varie

frequenze, per farci comprendere come si compone lo spettro del riverbero: i

tempi sono divisi a 1/3 di banda di ottava in un range che va da 63Hz a

10000Hz.

− L’Early Decay Time (EDT) è il tempo di riverberazione calcolato sui primi 10dB

della curva di decadimento. Teoricamente in uno spazio ideale con campo

sonoro statisticamente diffuso e uniforme, il valore di EDT dovrebbe

coincidere con quello del tempo di riverbero. L’importanza di tale parametro è

che rappresenta il comportamento del suono diretto e delle prime riflessioni: le

prime riflessioni avendo subito pochi impatti con le pareti possiedono ancora

molta energia e giungono all’ascoltatore in tempi molto ravvicinati con il suono

diretto, portando l’orecchio a fondere i due spettri. Il modo, il tempo e lo

spettro con cui giungono le prime riflessioni possono modificare non poco il

segnale del suono diretto.

− Si definisce la risposta in frequenza come l’andamento del livello sonoro di un

dato sistema al variare della frequenza per un determinato range di frequenze;

è un parametro interessante perché ci mostra l’andamento spettrale della

nostra sala.

49

Grafici e tabelle degli indici ottenuti con lo scoppio del palloncino.

Figura 21: grafico dell’ EDT medio ottenuto con lo scoppio del palloncino

Freq.(Hz) 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800

EDT (s) 0,76 0,53 0,41 0,33 0,33 0,29 0,24 0,33 0,30 0,25 0,23 0,27

Freq.(Hz) 1000 1250 1600 200 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 Totale

EDT (s) 0,25 0,23 0,25 0,26 0,24 0,24 0,21 0,21 0,20 0,17 0,18 0,29

Tabella 1: valori dell'EDT medio ottenuto con lo scoppio del palloncino

Figura 22: grafico di RT20 medio ottenuto con lo scoppio del palloncino

50

Figura 23: grafico di RT30 medio ottenuto con lo scoppio del palloncino

Figura 24: grafico di RT60 medio ottenuto con lo scoppio del palloncino

Freq.(Hz) 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800

RT60(s) 0,52 0,40 0,33 0,28 0,24 0,28 0,27 0,27 0,27 0,27 0,28 0,30

Freq.(Hz) 1000 1250 1600 200 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 Totale

RT60 (s) 0,30 0,30 0,28 0,26 0,27 0,24 0,23 0,22 0,21 0,20 0,18 0,28

Tabella 2: valori di RT60 medio ottenuto con lo scoppio del palloncino

51

Grafici e tabelle degli indici ottenuti con il segnale sweep.

Figura 25: grafico dell’EDT medio ottenuto con il segnale sweep

Freq.(Hz) 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800

EDT(s) 0,70 0,48 0,64 0,51 0,34 0,26 0,31 0,24 0,20 0,25 0,23 0,22

Freq.(Hz) 1000 1250 1600 200 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 Totale

EDT(s) 0,19 0,19 0,22 0,17 0,20 0,18 0,15 0,17 0,16 0,15 0,14 0,27

Tabella 3: valori dell'EDT medio ottenuto con il segnale sweep

Figura 26: grafico di RT20 medio ottenuto con il segnale sweep

52

Figura 27: grafico di RT30 medio ottenuto con il segnale sweep

Figura 28: grafico di RT60 medio ottenuto con il segnale sweep

Freq.(Hz) 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800

RT60(s) 0,57 0,42 0,36 0,24 0,27 0,33 0,27 0,26 0,28 0,25 0,24 0,26

Freq.(Hz) 1000 1250 1600 200 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 Totale

RT60 (s) 0,26 0,25 0,24 0,25 0,24 0,23 0,23 0,22 0,21 0,20 0,18 0,27

Tabella 4: valori di RT60 medio ottenuto con il segnale sweep

53

Risposta in frequenza:

Figura 29: grafico della risposta in frequenza media della stanza ottenuta con lo scoppio del palloncino

Figura 30: grafico della risposta in frequenza media della stanza ottenuta attraverso il segnale sweep

54

Ho eseguito dei rilevamenti anche a sala vuota e priva di trattamenti acustici. I dati

raccolti riguardano nello specifico le medie ottenute dalla risposta d’impulso

realizzata con lo scoppio di un palloncino. In questo modo tutti i valori, prima e dopo

gli interventi acustici, possono essere messi a confronto.

Grafici e tabelle della stanza non trattata.

Figura 31: grafico dell’EDT medio della stanza non trattata acusticamente

Figura 32: grafico di RT20 medio della stanza non trattata acusticamente

55

Figura 33: grafico di RT30 medio della stanza non trattata acusticamente

Figura 34: grafico di RT60 medio della stanza non trattata acusticamente

Freq.(Hz) 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800

RT60(s) 3,80 5,65 12,94 6,84 6,13 7,48 7,02 6,64 6,25 6,07 5,79 5,10

Freq.(Hz) 1000 1250 1600 200 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 Totale

RT60 (s) 4,54 4,10 3,67 3,33 3,04 2,76 2,52 2,21 1,87 1,50 1,18 4,80

Tabella 5: valori di RT60 medio della stanza non trattata acusticamente

56

Figura 35: grafico del confronto dei valori di RT60 prima e dopo i trattamenti acustici

57

Conclusioni

In prima analisi i valori ottenuti possono dirsi assolutamente soddisfacenti. Dal

confronto dei dati, prima e dopo i trattamenti effettuati, l’acustica della sala risulta

nettamente migliorata ed in linea con i parametri relativi alla progettazione di sale di

piccole dimensioni.

Le considerazioni che andremo a fare a partire dai risultati ottenuti, sono per lo più un

prendere atto di quelli che sono i valori calcolati e il trarne la logica conseguenza.

A riprova del fatto che il progetto e la realizzazione del Bunker hanno portato ad

ottenere buoni risultati acustici, ho preso in considerazione anche i valori ottenuti

attraverso il modello teorico.

Non esistono a disposizione modelli di calcolo che consentano di fare previsioni per

sale con pareti non parallele. Ciò nonostante il fatto di angolare una parete serve a

ridurre le riflessioni o altri fenomeni legati alle frequenze medio-alte e non risolve i

problemi riguardanti le basse frequenze (che coincidono con la zona dove si verificano

le risonanze del locale) tipiche delle stanze di piccole dimensioni. Per questo motivo i

calcoli sperimentali elaborati e riportati di seguito possono essere ritenuti validi anche

se il Bunker è interessato da una parete non parallela.

Elaborazione dei dati sperimentali ottenuti attraverso il foglio di calcolo Room Modes

Calculator (vedi link “www.bobgolds.com/Mode/RoomModes.htm”).

Computed Information:

Room Dimensions: Length=8 m, Width=4.5 m, Height=2.74 m

Room Ratio: 1 : 1.63 : 2.9

R. Walker BBC 1996:

- 1.1w / h < l / h < ((4.5w / h) - 4): Pass

- l < 3h & w < 3h: Pass

- no integer multiple within 5%: Fail (ratio3 = ratio1 * 3)

Nearest Known Ratio:

58

- "20) Origin unknown: Resembles Id. 19" 1 : 1.618 : 2.588

RT60 (IEC/AEC N 12-A standard): 295 ms

- ±50ms from 200Hz to 3.5kHz = 245 to 345ms

- ±100ms above 3.5kHz = 195 to 395ms

- <+300ms at 63hz = 595ms

- 300<RT60<600ms

RT60 (ITU/EBU Control Room Recommended): 248 ms

- ±50ms from 200Hz to 4kHz = 198 to 298ms

- <+300ms at 63hz = 548ms

- 200<RT60<400ms

Absorbtion to achieve ITU RT60: 689 sabins

Volume: 98 m^3

Surface Area Total: 138 m^2

Surface Area Floor: 36 m^2

Surface Area Ceiling+Floor: 72 m^2

Surface Area Front Wall: 12 m^2

Surface Area Front and Rear Wall: 24 m^2

Surface Area Left Wall: 21 m^2

Surface Area Left and Right Wall: 42 m^2

Surface Area 4 Walls: 66 m^2

Surface Area 4 Walls + floor: 102 m^2

(sabins - front wall - carpet) / Left+Right+Rear wall: 29 %

(sabins - front wall) / Left+Right+Rear wall: 96 %

Schroeder Fc: 94hz

Frequency Regions:

- No modal boost: 1hz to 21hz

- Room Modes dominate: 21hz to 94hz

- Diffraction and Diffusion dominate: 94hz to 376hz

- Specular reflections and ray accoustics prevail: 376hz to 20000hz

Count (21.5-168hz) : Axials=13, Tangentials=50, Obliques=56

Count (21.5-100hz) : Axials=7, Tangentials=11, Obliques=3

Critical Distance (direct = reverberant field): 50m

Consideriamo il tempo di riverbero del Bunker.

Come riportato dal grafico in Figura 24, il riverbero è molto al di sotto di 1 secondo. Se

consideriamo il valore medio totale, raggiungiamo appena i 280ms. Confrontando tali

dati con il grafico dei valori medi in funzione del volume e della tipologia d’ambiente

59

(vedi pag. 14), e tenendo conto che il volume della sala presa in esame è pari a 98m3, e

che viene principalmente utilizzata come studio di registrazione e di esecuzione

musicale, si nota come il valore di riverbero sia notevolmente inferiore rispetto agli

indici medi ivi riportati. Tuttavia le condizioni da me prese in esame non sono

paragonabili con quelle considerate all’interno del grafico di pag. 14 che risulta utile

all’analisi di ambienti ben più ampi.

Le forme d’onda degli impulsi denotano una certa omogeneità nonostante il cambio

delle posizioni di ripresa ed evidenziano un buon rapporto tra il livello del segnale

medio del riverbero e quello dei picchi delle riflessioni (Fig. 36 e 37).

Se cercassimo di aumentare il riverbero si rischierebbe di innalzare ulteriormente

l’energia già elevata delle prime riflessioni (Fig. 37) provocando un “impastamento” del

suono ed una perdita di intelligibilità della sorgente sonora.

Figura 36: forma d’onda di un impulso ottenuto in posizione 1A con lo scoppio del palloncino

Figura 37: forma d’onda di un impulso ottenuto in posizione 4B con lo scoppio del palloncino

60

I picchi delle riflessioni sono particolarmente ravvicinati ed energici a causa della

geometria della stanza. Questo risulta evidente anche nel grafico di EDT (Fig. 21) che

riporta i valori delle prime riflessioni e dimostra come questi cambino al variare della

posizione di misura. La sua non uniformità in base alla posizione potrebbe essere

dovuta alla presenza di punti di fuoco, dove i ribattimenti si formano e si percepiscono

con maggiore intensità.

Osservando il grafico di confronto (Fig. 38) possiamo notare come la prima parte del

riverbero, cioè le prime riflessioni che corrispondono all’EDT, decadono velocemente,

e come dopo i successivi ribattimenti che compongono il riverbero della stanza non

rimanga molto altro.

Figura 38: confronto grafico tra EDT medio e RT60 medio ottenuti con lo scoppio del palloncino

Per tutti questi motivi reputo valido ed interessante il confronto tra il valore medio

reale di RT60 pari a 280ms, ottenuto attraverso le misurazioni, e quello di RT60

ottimale indicato dal modello teorico, che corrisponde a 295ms. La corrispondenza

tra i valori è molto alta, ed è verificabile anche attraverso il confronto dei dati di

Tabella 2 con i valori del tempo di riverbero proposti dal calcolo teorico nei vari range

dello spettro.

A tal proposito risultano interessanti anche i dati ottenuti dai test con il segnale sweep.

Anche in questo caso i risultati coincidono largamente (RT60 medio pari a 270ms), sia

con i dati teorici che con quelli ricavati dal segnale dato dallo scoppio del palloncino.

Probabilmente il non usare una sorgente omnidirezionale in stanze di piccole

61

dimensioni è in qualche modo trascurabile o magari si è solo trattato di una casualità.

Analizziamo ora la risposta in frequenza (Fig. 29).

Essa non è perfettamente lineare e presenta dei picchi di risonanza ben distinti

attorno ai 20Hz e ai 40Hz, essi corrispondono certamente a dei modi di risonanza della

sala (la conferma ci giunge anche dal modello teorico che li evidenzia come i più

critici). È evidente inoltre un rigonfiamento generale dai 150Hz agli 800Hz circa. Tale

caratteristica è a mio parere riconducibile al tipo di sorgente utilizzata: se confrontata

con la risposta in frequenza ottenuta con lo sweep non si osserva lo stesso tipo di

andamento.

62

Appendice

Oltre ai test effettuati con lo scopo di osservare la risposta acustica del Bunker, ho

dedicato particolare attenzione alla verifica della risposta in frequenza rispetto alla

postazione di ascolto dei monitor audio (Fig. 15). Nello specifico ho analizzato il

funzionamento di Dirac Live Room Correction Suite, un software a pagamento che

permette di misurare facilmente le caratteristiche acustiche degli altoparlanti e della

stanza, e di conseguenza calibrarli eliminando colorazioni indesiderate.

Come riportato nel sito del costruttore (vedi link “www.dirac.se”), Dirac Live è una

tecnologia mixed-phase di correzione dei diffusori e dell'ambiente che opera nei

domini del tempo e della frequenza. Di particolare interesse c’è quindi

l’implementazione in tale sistema dell’uso dei filtri FIR (Finite Impulse Response).

Senza addentrarsi troppo nello specifico delle formule e dell’argomento, cercherò di

dare un’idea generale di cosa siano i filtri FIR. Per approfondimenti rimando alla

lettura di testi specifici sull’elaborazione di calcoli numerici.

Il filtro FIR è un tipo di filtro digitale caratterizzato da risposta impulsiva finita perché

limitata dal numero di campioni di cui il filtro è composto (Fig. 39). Gli algoritmi di

calcolo per il suo funzionamento si basano principalmente su tre operazioni: somma,

moltiplicazione e ritardo di campioni. Il numero dei campioni di un FIR riguarda la

memorizzazione dei valori di segnale digitale d'ingresso istantaneo catturato nei

campioni precedenti, moltiplicati per dei coefficienti. Questi vengono determinati,

insieme alla risposta impulsiva, nella progettazione di un filtro FIR. Le successive

posizioni di ritardo sono dette tappe del filtro. Ad ogni tappa del filtro, quindi ad ogni

ritardo (z-1), corrisponde uno zero o un polo. Così un filtro ad una tappa è del tipo

primo ordine, a due tappe del secondo ordine e così in successione. In un filtro FIR a n

tappe, il segnale d'ingresso moltiplicato per le varie costanti e ritardato di alcuni

campioni, determina degli zeri e dei poli causati da segnali ritardati che possono

annullarsi tra loro, creando un filtro selettivo in cui oltre alla frequenza di taglio il

segnale viene attenuato.

63

Figura 39: filtro FIR con tre celle di ritardo

I tre blocchi Z rappresentano i ritardi dei campioni memorizzati nei tre precedenti

istanti di campionamento; i quattro blocchi K rappresentano i coefficienti del filtro,

che determinano le caratteristiche del filtro, come banda passante, ampiezza,

frequenza di taglio. L'algoritmo del FIR sopra rappresentato è dato da:

Y(z)=k0*X(z)+k1*X(z-1)+...+km*X(z-m)

dove:

Y(z) = grandezza d'uscita del filtro;

X = grandezza d'ingresso;

K = coefficienti;

z = campione attuale;

(z-1) = campione precedente;

(z-m) = m campioni precedenti.

In un filtro digitale FIR con m coefficienti la risposta in frequenza è dettata, invece,

dalla seguente funzione:

dove H(ejω) rappresenta la risposta in ampiezza del filtro, mentre l'argomento

restituisce la risposta di fase.

In generale le proprietà e le caratteristiche di questi filtri sono:

64

− la funzione di trasferimento dei filtri FIR non ha poli, ma solo zeri; di

conseguenza la loro uscita è sempre finita è stabile;

− i filtri FIR hanno una risposta lineare in fase (il ritardo di fase aumenta

linearmente con la frequenza del segnale d’ingresso);

− bassa sensibilità alla precisione dei coefficienti;

− facilità di sviluppo di filtri adattativi (equalizzano il canale in tempo reale

per adeguarsi a condizioni esterne variabili, fading selettivi)

Proprio in queste caratteristiche risiedono gli elementi che rendono davvero

interessante l’uso di questi filtri: la calibrazione di un impianto audio attraverso

qualsiasi altro sistema se da un lato ci permette di migliorare la risposta in frequenza

dall’altro ne peggiora sicuramente la risposta in termini di fase.

Per un ulteriore raffronto ho cercato un altro software con tecnologia mixed-phase,

che fosse in grado di eseguire le medesime funzioni offerte da Dirac Live. Mi sono

quindi imbattuto nel predecessore di tutti questi sistemi, il DRC (Digital Room

Correction) creato da Denis Sbragion: al suo sviluppatore và certamente un plauso per

il grande lavoro di divulgazione e sensibilizzazione che ha svolto gratuitamente e per

passione. DRC non offre alcuna interfaccia grafica, tutte le operazioni si svolgono

tramite MS-DOS ed è in grado di generare il filtro di correzione da applicare al sistema

di riproduzione sonora, attraverso l’analisi dell’impulso ottenuto tramite convoluzione

del segnale sweep. L’applicazione di tale filtro è infine possibile intervenendo sullo

stadio d’uscita audio del computer con l’impiego di plug-in per la convoluzione del

flusso audio con appunto filtri costituiti da impulsi salvati in file audio.

Dirac live da questo punto di vista offre invece una procedura guidata molto semplice

ed intuitiva anche per utenti non esperti, il pacchetto si compone infatti di due

software: il Dirac Live Calibration Tool utile per le fasi di settaggio, acquisizione e

calcolco del filtro; l’altro è il Dirac Audio Processor che funziona come una “scheda

audio virtuale”, processando il suono proveniente dal computer qualsiasi sia

65

l’applicazione usata, secondo i filtri precedentemente generati senza la necessità di

specifici players o plug-ins.

Per lo svolgimento di queste analisi mi sono servito dello stesso materiale usato per i

test della stanza, in questo caso riproducendo il solo segnale sweep e riprendendo

separatamente canale sinistro e destro. Il perché è ovvio, non si può pensare di

applicare il medesimo filtro su entrambi i canali.

Il microfono per le riprese, è stato posizionato come a sostituire la testa

dell’ascoltatore seduto in posizione centrale di fronte ai monitor.

Di seguito riporto i risultati delle risposte in frequenza dei monitor non calibrati e

successivamente corretti con Dirac Live e DRC:

Figura 40: risposta in frequenza dei monitor senza correzioni (ch-L in rosso, ch-R in verde)

66

Figura 41: risposta in frequenza dei monitor corretti con Dirac Live (ch-L in rosso, ch-R in blu)

Figura 42: risposta in frequenza dei monitor corretti attraverso DRC (ch-L in viola, ch-R in azzurro)

Balzerà subito all’occhio come entrambi i sitemi siano in grado di linearizzare

notevolmente la curva della risposta in frequenza: Dirac Live rispetto al DRC risulta

essere più estremo e preciso, sinonimo sicuramente di un progresso in fase di

progettazione e sviluppo del software.

Le sensazioni percepite dall’uso di tale sistema sono le seguenti:

67

− l’intera immagine acustica è molto più precisa;

− una migliore intelligibilità della voce;

− i bassi sono molto più definiti e profondi;

− si percepisce chiaramente la rimozione delle risonanze ambientali che

causano disturbi.

Come già detto il software è molto ben confezionato e chiunque è in grado di

utilizzarlo; per contro settaggi e parametri risultano sigillati e chiusi dentro il sistema,

non offrendo la possibilità ad un’utente esperto di uscire dai rigidi automatismi.

In definitiva utilizzando il computer come DSP (Digital Signal Processor, processore

dedicato all’elaborazione di segnali digitali), si può compiere una correzione digitale

dei sistemi di riproduzione audio, rispetto all’ambiente e al punto di ascolto,

risolvendo i problemi delle correzioni digitali e delle equalizzazioni tradizionali.

Nonostante questo l’uso del computer risulta comunque scomodo e limitante.

A mio avviso, come già avviene per prodotti altamente professionali, questa

tecnologia troverà sempre più largo impiego sia nello sviluppo di prodotti hardware

dedicati che nell’implementazione di sistemi come ad esempio monitor o schede

audio.

68

Bibliografia

Bizzotto M., L'acustica dell'Auditorium Cesare Pollini - Descrizione e misurazioni

acustiche, Tesi di diploma accademico di I livello in Tecnico di sala di registrazione,

Conservatorio C. Pollini, a.a. 2009-2010

Babolin F., L'acustica dell'Auditorium Cesare Pollini – Analisi delle misure, Tesi di

diploma accademico di I livello in Tecnico di sala di registrazione, Conservatorio C.

Pollini, a.a. 2009-2010

Cingolani S., Spagnolo R., Acustica musicale e architettonica, UTET, Torino, 2005

Costa M., Lo studio di registrazione e postproduzione audio, dispense del corso di

Elettroacustica, Conservatorio C. Pollini, Padova, 2008

Alton Everest F., Manuale di acustica, Hoepli, ottobre 1996

Uncini A., Audio Digitale, McGraw-Hill Companies, gennaio 2006

Farina A., Metodologie di misura e valutazione, AES Seminario Top Audio 2001

Mora M., Tecniche di misura avanzate della risposta all’impulso, dispense del corso di

Fisica Tecnica, Università degli studi di Parma, 2001

69

Ringraziamenti

Desidero innanzitutto ringraziare Gianni e Rina perché se ho raggiunto questo

traguardo è per e grazie a loro; mia sorella Sylla perché è mia sorella e se sarete in

grado di comprendere il senso di questa tesi lo dobbiamo al suo lavoro di “interprete”;

per chiudere il quadro familiare, il Gatto per la sua innata capacità di comprendermi a

fondo. Ringrazio poi l’Ing. Costa per i suoi preziosi insegnamenti e per l’incondizionata

disponibilità; Zorro e la sua Famiglia perché senza la loro generosità il Bunker non

esisterebbe; Panze perché con lui ho condiviso tutto di questo progetto; Dade C. per

l’opportunità di confronto ed il prezioso supporto tecnico; Alien per gli scatti

fotografici gentilmente concessi; Dade I. perché crede in me e nonostante tutto ci

vogliamo un gran bene; Igig, Nich e Ugo perché con loro condivido le mie passioni

musicali; i Carabinieri di Galzignano Terme perché sono Carabinieri; gli Amici tutti,

l’Associazione KK e “non solo Teolo” per il supporto e gli stimoli che non mancano

mai.