ACUSTICA

ACUSTICA (I, p. 453; App. I, p. 21; II, 1, p. 23; III, 1, p. 16)

Acustica ambientale. - Numerosi fattori, quali la disponibilità di apparecchiature più perfezionate per i collaudi acustici, le difficoltà incontrate per una progettazione sufficientemente affidabile dei grandi auditori, l'impiego di trattamenti acustici come mezzo per ridurre il livello di rumore negli stabilimenti industriali e il diffuso impiego degl'impianti elettroacustici, hanno contribuito a mettere chiaramente in evidenza che solamente nei casi più semplici l'a. di una sala può essere adeguatamente caratterizzata con il procedimento convenzionale dell'a. statistica, il quale impiega pressoché esclusivamente, come elemento di giudizio, il valore del tempo di riverberazione.

Le limitazioni intrinseche di tale procedimento sono: a) non si fa esplicita distinzione fra quella parte della riverberazione che si rivela utile ai fini dell'ascolto, perché poco ritardata rispetto all'istante di arrivo dell'onda sonora diretta, e la residua riverberazione più ritardata che, come tale, ha effetto essenzialmente disturbante, costituendo un vero e proprio "rumore di riverberazione"; b) non si prende in considerazione il campo sonoro diretto che, essendo interamente utile ai fini dell'ascolto, ha sovente un'importanza niente affatto trascurabile, in modo particolare negli ambienti acusticamente trattati e serviti da impianti di diffusione sonora; c) il tempo di riverberazione, essendo un parametro che caratterizza la sala nel suo insieme, non si presta a fornire informazioni sulle singolarità locali legate alla sempre incompleta diffusione dell'energia sonora riverberata, le quali sono non di rado assai significative ai fini di un giudizio sul comportamento acustico dell'ambiente.

Tali fatti, ben noti in via di principio, solo in tempi relativamente recenti hanno ricevuto un'adeguata considerazione nelle indagini di a. ambientale e nelle tecniche di progettazione e di collaudo degli ambienti.

La fig. 1 (J. P. A. Lochner e J. S. Burger) illustra il duplice aspetto, utile e disturbante, della riverberazione. Essa mostra che vengono interamente integrate, a formare il suono utile, tutte le onde riflesse che pervengono all'ascoltatore con un ritardo non superiore a una trentina di millisecondi rispetto all'istante di arrivo dell'onda diretta, mentre la restante riverberazione più ritardata si rivela via via meno utile, fino a divenire interamente disturbante per ritardi maggiori di 90 ÷ 100 millisecondi.

Rapporti acustici. - Per caratterizzare quantitativamente i fatti descritti è stato proposto di servirsi dei "rapporti acustici", e precisamente del rapporto R_sn fra l'energia sonora utile (suono diretto più parte utile della riverberazione) e la parte disturbante dell'energia riverberata (rapporto suono utile/rumore di riverberazione), ovvero del rapporto R_sr fra l'energia sonora utile e l'intero ammontare della riverberazione. Le difficoltà, solo in parte superate, cui si va incontro nel calcolo preventivo e nella misura dei suddetti rapporti, ne hanno finora alquanto ostacolato l'impiego corrente nelle tecniche di progettazione e di collaudo acustico degli ambienti. Recentemente sono stati descritti apparati di misura che, se venissero resi disponibili su scala commerciale, potrebbero contribuire a superare le accennate difficoltà.

In precedenza era stato proposto l'impiego del rapporto suono diretto/suono riverberato, il quale identifica implicitamente il suono utile con le sole onde dirette. Questo rapporto acustico, essendo più agevolmente calcolabile dei rapporti R_sn ed R_sr, ha trovato un utile impiego per la scelta e il piazzamento dei microfoni degl'impianti elettroacustici; peraltro, proprio in quanto identifica il suono utile con le sole onde dirette, esso non può caratterizzare in modo adeguato il campo lontano dalle sorgenti sonore, il quale occupa solitamente la maggior parte dell'estensione di ogni sala che non abbia modeste dimensioni.

Acustica dei grandi auditori. - Nel caso delle sale di notevole estensione è stato proposto e ha trovato utile impiego, per le stesse esigenze che hanno portato alla definizione dei rapporti acustici, il tempo di ritardo iniziale t_ri (initial time delay gap), definito come l'intervallo di tempo che intercorre fra l'istante di arrivo dell'onda diretta e quello della prima onda riflessa sensibilmente ritardata (con esclusione, cioè, della riflessione dovuta a una parete immediatamente restrostante alla sorgente sonora). Tale parametro è stato proposto da L. L. Beranek (1962) dopo un'indagine da lui condotta su un gran numero di grandi sale da concerto e di teatri d'opera lirica. Qualora t_ri superi una trentina di millisecondi, come può accadere per un grande ambiente la cui forma non sia stata oculatamente scelta, la qualità acustica della sala ne risulta deteriorata in modo apprezzabile, o addirittura inaccettabile. Il valore di t_ri, nonché gli eventuali provvedimenti atti a correggerlo se necessario, possono essere previsti con semplici considerazioni di a. geometrica, valutando le lunghezze dei percorsi delle prime riflessioni provenienti dalle varie superfici che delimitano l'ambiente e i corrispondenti tempi di percorrenza, e paragonando tali tempi con quello impiegato dalle onde dirette per pervenire nello stesso punto di ascolto.

Per le grandi sale destinate all'ascolto della musica (sale da concerto, teatri d'opera), Beranek ha proposto un criterio di valutazione che può trovare impiego sia in sede di progettazione sia in sede di collaudo. Seguendo tale criterio la valutazione è fornita da un indice numerico, il cui valore si ottiene come somma algebrica di quelli che competono, in un'opportuna scala, a ciascuno degli otto parametri che, secondo Beranek, influenzano la qualità in senso favorevole e dei quattro che la influenzano in senso sfavorevole; t_ri, cui compete un massimo di quaranta punti sul totale di cento della scala di valutazione, risulta essere il parametro più importante, capace da solo, qualora abbia valore eccessivo, di deteriorare in modo inaccettabile la qualità dell'ascolto. Al secondo posto in ordine d'importanza, con complessivi 30 punti, si trova il tempo di riverberazione, nei suoi due aspetti di tempo di riverberazione alle medie frequenze acustiche (500 ÷ 1000 Hz) con sala interamente occupata dall'uditorio e di rapporto fra il tempo di riverberazione alle basse frequenze (125 ÷ 250 Hz) e quello alle medie frequenze.

Altro interessante risultato delle indagini di Beranek è che il valore ottimo del tempo di riverberazione per i grandi auditori e i teatri d'opera risulta dipendere unicamente dalla destinazione della sala (cioè dal tipo di musica) e non anche dal suo volume come si riteneva, e come realmente avviene per gli ambienti di dimensioni più modeste.

Trattamento fonoassorbente dei grandi ambienti di stabilimenti industriali. - I grandi ambienti di stabilimenti industriali ove sono installati macchinari che generano un'elevata rumorosità hanno solitamente le dimensioni orizzontali assai maggiori dell'altezza. Per tali ambienti l'ipotesi di una riverberazione perfettamente diffusa, la quale comporta l'esistenza di un livello sonoro uniforme in tutto l'ambiente (fatta eccezione per la zona limitrofa alla sorgente di rumore, ove prevale il campo sonoro diretto) non trova conferma nella realtà. Al contrario, il livello sonoro dovuto alla riverberazione tende a diminuire man mano che ci si allontana dalla sorgente di rumore, particolarmente quando la sala sia stata trattata con materiale fonoassorbente. Con un trattamento acustico costituito da pannelli dotati di elevato potere fonoassorbente su entrambe le facce, sospesi a un'altezza di pochi metri dal pavimento della sala e a distanze reciproche comprese fra un metro e una trentina di centimetri, sono state ottenute consistenti riduzioni del livello di rumore, apprezzabilmente maggiori di quelle che la trattazione convenzionale, basata sull'ipotesi di una perfetta diffusione, lascerebbe prevedere. La riduzione graduale del livello di rumore con l'aumentare della distanza dalla sorgente può raggiungere valori dell'ordine di un dB/metro.

In tal modo è possibile restringere la zona interessata da elevati livelli di rumore, limitandola a quella circostante il macchinario rumoroso, ed evitando così, in pratica, la sovrapposizione degli effetti quando sono presenti nello stesso ambiente numerose sorgenti di rumore, a condizione che queste sorgenti siano convenientemente distanziate fra loro.

Tecnica dell'isolamento acustico. - L'attuale tecnica edilizia che fa uso di pareti assai più leggere che per il passato, particolarmente quando, come avviene sempre più di frequente, si ricorre all'impiego di pannelli prefabbricati, nonché l'accresciuta rumorosità ambientale dovuta all'intenso traffico veicolare, alla meccanizzazione e all'industrializzazione hanno fatto sentire l'esigenza di poter disporre di strutture leggere che siano, peraltro, capaci di fornire un isolamento acustico almeno sufficiente ad assicurare un'adeguata protezione dai rumori esterni.

Sotto questo aspetto, un divisorio viene caratterizzato dal suo potere fonoisolante R, che è la misura in scala logaritmica (dB) dell'inverso del coefficiente t di trasmissione per l'energia sonora attraverso la parete: R = 10 log (1/t). Il potere fonoisolante di un divisorio semplice, costituito cioè da un solo strato avente spessore uniforme, dipende essenzialmente da due parametri: il prodotto Pf del peso proprio P dell'unità di area del divisorio per la frequenza Pf del suono incidente e la frequenza critica f_c, funzione questa, a sua volta, dello spessore e delle costanti elastiche del materiale. Per f 〈 f_c il valore di R cresce come 20 log Pf (legge del peso o della massa), mentre per f > f_c il valore di R si mantiene inferiore ai valori previsti dalla predetta legge (fig. 2).

Migliori proprietà fonoisolanti, a parità di peso, possono essere ottenute ricorrendo a strutture multistrato opportunamente studiate. Un tipico pannello del genere è costituito da due strati esterni relativamente pesanti e non porosi, separati da un terzo strato di materiale leggero, dotato di proprietà smorzanti e fonoassorbenti e quindi atto a ostacolare la trasmissione di vibrazioni fra i due strati esterni. Varianti della struttura descritta possono comprendere più di tre strati, ovvero essere costituite dai soli strati esterni separati da un'intercapedine. Con pareti leggere a più strati adeguatamente progettate è possibile ottenere un potere fonoisolante più elevato, a parità di peso, di quello ottenibile con una parete semplice nella banda di frequenze che maggiormente interessa, che è quella delle medie frequenze acustiche.

Nell'edilizia prefabbricata il maggiore ostacolo che si oppone al raggiungimento di un fonoisolamento soddisfacente, o almeno accettabile, è costituito, più ancora che dall'intrinseca leggerezza dei pannelli adoperati per i divisori, dai giunti dei pannelli fra loro e con la struttura portante, i quali costituiscono di regola dei punti deboli sotto l'aspetto acustico, aggravati non di rado da una posa in opera non sufficientemente curata, almeno sotto questo aspetto.

Bibl.: L. L. Beranek, Musics, acoustics and architecture, New York 1962; A. C. Raes, Isolation sonore et acoustique architecturale, Parigi 1964; P. H. Parkin, H. R. Humphreys, Acoustics, noise and buildings, Londra 1969; W. Furrer, A. Lauber, Raum und Bauakustik, Lärmabwehr, Stoccarda 1972.