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.
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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.
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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
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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
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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.
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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;
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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.
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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
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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.
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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.
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