Tempo di riverberazione ottimale

Transcript

2. Acustica
ACUSTICA ARCHITETTONICA
1.
T60 e qualità acustica
2.
Indici di qualità acustica per musica e parlato
3.
Criteri di progettazione e correzione acustica per le sale
Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti
1
La riverberazione e la qualità acustica di
sale
• 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
p regole:
g
semplici
1) il suono deve giungere sufficientemente intenso in tutti i punti di ascolto della sala;
2) i suonii che
h sii succedono
d
con rapida
id emissione
i i
d
devono
arrivare
i
all'ascoltatore
ll'
lt t
chiari
hi i
e
distinti
mantenendo
la
loro
individualità;
3) le componenti spettrali di un suono complesso devono mantenere in modo
inalterato le loro intensità relative.
• 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
giunge,
g sebbene con un certo ritardo, anche il suono riflesso dalle p
pareti.
della sala g
• Tale fenomeno, noto con il nome di riverberazione, gioca un ruolo fondamentale nella
determinazione delle condizioni di comfort auditivo all'interno degli ambienti confinati.
confinati
2
La riverberazione
Approccio dell’acustica
dell acustica geometrica
S = sorgente
R = ricevitore
D = distanza tra D e R
1 = onde
d prima
i
riflessione
ifl
i
..
..
N = n-esima riflessione
3
2
d
S
R
1
a)
a) andamento temporale della potenza
emessa dalla sorgente;
W
Ws
b) andamento temporale della densità di
energia
i nell ricevitore
i
it
R
R.
t
0
b)
T
D
D
Δ D 2 < Δ D 1 ΔD n < Δ D n − 1
DR
ΔD2
ΔD1
D2
D1
DD
0
D R = D D + D riv
D'
D''
D'''
T0 T1T2 TA
T
TE T'
TF
D1 = DD + ΔD1 D 2 = D1 + ΔD 2
t
(TA – T0): transitorio di attacco;
(TE – TA): regime
(TF – TE): transitorio di estinzione.
3
La riverberazione
D
T0
TE
t
In condizioni di campo
p libero,, non vi sono più
p i transitori di attacco e di
estinzione e la densità ha lo stesso andamento temporale della potenza
emessa, differendo solo per il ritardo t0 = d/c dovuto alla distanza fra S e R.
4
La riverberazione
• Se da un lato la presenza del campo sonoro riverberato è utile ai
fini dell'ascolto, perché il suo contributo innalza il valore della densità
di energia sonora in regime permanente e fornisce "condizioni
condizioni naturali
naturali"
di ascolto,
• da un altro lato un valore eccessivo della durata dei transitori di
attacco e di estinzione può peggiorare la qualità dell'ascolto stesso, con
perdita di intelligibilità e "impastamento"
impastamento del segnale sonoro.
sonoro
5
Esempio: si consideri un oratore all'interno di un ambiente chiuso, che emette
la parola inglese bisillabica BACK. Da un punto di vista acustico BACK viene
pronunciata
i t con due
d
emissioni
i i i sonore successive
i
relative,
l ti
rispettivamente,
i
tti
t
alla sillaba BA e alla sillaba CK.
W (W)
a)
0
BA
0
CK
-25
0
A) andamento temporale del livello di
potenza acustica associato alla
emissione della parola inglese
BACK;
50
325
t (ms)
D (J/m3)
B) andamento temporale della densità
acustica in corrispondenza di un
ricevitore posto in un campo poco
riverberato: le due sillabe non si
pp g
;
sovrappongono;
b)
0
BA
CK
t (ms)
C) andamento temporale della densità
acustica in corrispondenza di un
ricevitore posto in un campo molto
riverberato: le due sillabe si
sovrappongono
sovrappongono.
D (J/m3)
c)
0
BA
CK
t (ms)
6
TEMPO DI RIVERBERAZIONE
• tempo di riverberazione τ60: è definito come il tempo necessario affinché
la densità di energia acustica in un punto diminuisca di 106 volte
rispetto al valore che aveva nell'istante in cui l'onda diretta ha cessato
di raggiungere il punto
• Maggiore è τ60, maggiore è la durata dei transitori di attacco e di
estinzione ed il valore della densità acustica a regime.
• In un’ipotetica situazione limite, con coefficiente di assorbimento=1, τ60=0,
vista l'assenza del campo riverberato.
• Si intuisce dunque che τ60 dipende dalla capacità complessiva di
assorbire energia acustica da parte dell'ambiente; maggiore è
l'
l'assorbimento,
bi
t minore
i
è il tempo
t
di riverberazione.
i
b
i
7
T60: teoria di Sabine
Valutazione quantitativa tramite una relazione analitica che permetta di calcolare il
tempo di riverberazione a partire dalle caratteristiche geometriche della sala e dalle
proprietà di assorbimento acustico delle superfici che la delimitano.
Il fisico statunitense Wallace Clement Ware Sabine fu il primo ad affrontare con
approccio scientifico lo studio della risposta acustica degli ambienti confinati.
τ60
V
= 0,16
A
V volume dell’ambiente in m3
n
A = ∑ α iSi
i =1
A = assorbimento globale o unità
assorbenti dell’ambiente.
con αi coefficiente di assorbimento medio della i-esima superficie dei materiali che
delimitano l’ambiente e Si la relativa superficie in m2.
8
T60: teoria di Eyring
L'esperienza mostra che gli errori commessi dalla formula di Sabine sono trascurabili
quando i coefficienti di assorbimento sono compresi nell'intervallo 0,1÷0,7 che
comprende la maggioranza dei casi pratici.
La poca accuratezza della formula di Sabine per valori elevati del coefficiente di
assorbimento delle pareti è superata dalla teoria di Eyring, nella quale viene meno
l'ipotesi di continuità dell'assorbimento, cioè fra una riflessione e l'altra esiste sempre
un istante in cui nessuna onda colpisce le pareti.
τ 60 = 0,16
V
S ln(1 − α med )
in cui αmed è il coefficiente di assorbimento medio delle pareti
9
TEMPI DI RIVERBERAZIONE OTTIMALI
Il valore del tempo di riverberazione che coniuga le due esigenze contrapposte di
buona intelligibilità e sufficiente livello di intensità è il tempo di riverberazione
ottimale Esso deve assumere
ottimale.
assumere, a seconda delle condizioni di ascolto
ascolto, un valore tale da
offrire il miglior compromesso per l'influenza del campo sonoro riverberato sulla qualità
dell'ascolto.
In linea generale per sale destinate all'ascolto del parlato si riscontrano valori di τ60
più brevi, a p
p
parità di altre condizioni, che p
per le sale destinate allo svolgimento
g
di
programmi musicali.
I valori più brevi di τ60 si riscontrano nelle sale in cui il suono diretto viene privilegiato
rispetto a quello riverberato, come avviene per le sale cinematografiche e, in
generale, quando sia presente un sistema elettroacustico di diffusione sonora. In
questi casi infatti si può sopperire mediante l'impianto elettoacustico alla perdita di
densità di energia sonora prodotta dal basso contributo del campo di riverberazione
riverberazione.
Viceversa i valori ottimali più alti per τ60 si riscontrano nel caso di ascolto di
musica
i per organo nelle
ll chiese.
hi
I questiti casii iinfatti
In
f tti il fenomeno
f
della
d ll riverberazione
i b
i
è
già stato considerato dal compositore di questo tipo di musica come parte integrante del
segnale musicale e l'ascolto in un ambiente poco riverberante risulterebbe grandemente
impoverito.
10
Un'altra
Un
altra considerazione di carattere generale riguarda il fatto che il valore
ottimale di τ60 cresce leggermente all'aumentare del volume della sala, per
una determinata
d t
i t destinazione
d ti
i
d'uso.
d'
Ciò corrisponde intuitivamente al fatto che, all'aumentare del volume della sala,
si accetta un lieve peggioramento della intelligibilità in favore del livello
sonoro, assieme alla sensazione soggettiva di maggiore vastità dell'ambiente
che
h viene
i
spontaneamente
t
t associata
i t ad
d una coda
d sonora più
iù lunga.
l
11
Tempo di riverberazione ottimale per la banda di ottava con frequenza centrale
pari a 500 Hz in funzione del volume e della destinazione d'uso del locale
35
3,5
3,0
,
temppo di riverbeerazione [s]
o
gan
a
ssic
a
l
c
a
usic
m
r
a
e
gger
to p
e
r
l
e
a
c
c
n
i
)
a co
mus
d
r
e
a
ione
l
p
z
a
o
sa
t
r
t
r
e
is
i reg
conc
d
a
o
d
i
tud
sala
t o (s
r
)
e
c
atro
con
e
a
t
d
(
a
sala
stic
ze
i
r
e
ren
p
lo
l
e
o
a
f
b
n
a
sica
r co
sala d
e
p
mu
sala
,
a
m
cine
2,5
ic
mus
2,0
1,5
1,0
0,5
r or
a pe
o
auditori per parlat
o
onic
f
o
i
d
io ra
d
u
t
s
0
100
tel
studio
500
o
evisiv
1000
5000
volume della sala [m3]
10000
50000
12
V i i
Variazione
percentuale
l d
dell tempo di riverberazione
i b
i
ottimale
i l rispetto
i
all valore
l
a
500 Hz
fattore moltiplicativo di τ60,ott a 5000 Hz
2
15
1,5
1
0,5
0
100
200
500
1000
2000
frequenza [Hz]
5000
10000
Secondo alcuni Autori, la variazione del tempo di riverberazione ottimale in funzione della
frequenza deve essere contenuta all
all'interno
interno degli intervalli di variabilità riportati in figura; con tale
grafico si possono ottenere i valori del τ60 ottimale per altre frequenze, come scostamento
percentuale dai valori ottimali alla frequenza di 500 Hz. Seguendo questo criterio si ammette che
τ60 alle frequenze più basse possa anche quasi raddoppiare rispetto al valore corrispondente a 500
Hz; secondo altri Autori τ60 dovrebbe risultare il più possibile uniforme per tutte le frequenze
utili dello spettro.
13
Formule empiriche per il tempo di riverberazione ottimale.
1. ascolto di musica (ambiente di forma compatta)
τ 60,ott = 0,13 V
2. ascolto del parlato
τ 60,ott = 0,5 + 10 −4 V
Entrambe le relazioni forniscono il tempo di riverberazione ottimale in secondi
se il volume della sala è espresso in m3.
14
Indici di qualità acustica delle sale
Il tempo di riverberazione è un parametro globale che non si presta a
valutazioni locali nei diversi punti di ascolto; esso risulta pertanto insufficiente.
Indici di qualità acustica
Ascolto del
parlato
Ascolto della
musica
I metodi di analisi impiegabili per tentare di valutare la qualità acustica di una
sala conducono a risultati più certi nel caso del parlato, per il quale è
possibile individuare più facilmente le condizioni ottimali di ascolto in base a
parametri
t i oggettivi
tti i (livello
(li ll sonoro, rapporto
t segnale/rumore,
l /
l'intelligibilità).
l'i t lli ibilità)
Inoltre, la tipologia della sorgente, anche al variare dell'oratore,
dell oratore, resta in termini
pratici univocamente definita.
15
Qualità acustica per la musica
Nel caso della musica invece, oltre ad aversi tipologie assai diverse per la
sorgente sonora, non è facile raggruppare in pochi parametri le
impressioni che corrispondono ad un buon ascolto soggettivo, allo scopo
di valutare la qualità acustica di una sala
sala.
Le grandezze in grado di costituire indici di qualità devono mettere in evidenza
gli aspetti locali, in modo da poter eseguire l'analisi acustica in punti diversi di
un dato ambiente, e devono prestarsi ad essere correlati con giudizi soggettivi
di ascolto.
ascolto
Seguono questo criterio gli indici che fanno riferimento ad un buon
equilibrio fra campo sonoro utile e rumore di riverberazione.
16
Uno studio organico sulla qualità acustica delle sale per l’ascolto della
musica fu fatto da Beranek negli anni ’50
50, mediante ll’introduzione
introduzione di
punteggi in grado di quantificare i numerosi elementi che concorrono alla sua
definizione. Risulta difficile stabilire dei criteri per individuare le condizioni
ottimali di ascolto della musica, sia per i numerosi parametri qualitativi del
linguaggio musicale sia perché, nella percezione, entrano in gioco giudizi di tipo
estetico ed emozionale.
emozionale
Tenuto conto che il massimo p
punteggio
gg raggiungibile
gg g
èp
pari a 100,, Beranek
prevede la valutazione della qualità della sala secondo cinque categorie:
A’
A
B'
B
C'
C
Categoria
C
t
i
eccellente
da ottimo ad eccellente
da buono a molto buono
da accettabile a buono
accettabile
tt bil
scarso
Punteggio
P
t
i
da 90 a 100
da 80 a 89
da 70 a 79
da 60 a 69
d 50 a 59
da
al di sotto di 50
17
Indice di chiarezza C: introdotto da Reichardt e Leumann (1974) per valutare
la trasparenza temporale (percezione nitida di note musicali suonate in
successione rapida) e la trasparenza armonica (possibilità di distinguere
chiaramente note di uno o più strumenti suonate contemporaneamente), è il
rapporto
pp
fra il suono utile e il rumore di riverberazione, in dB:
80ms
2
∫ p ( t )dt
C = 10 log10
0
∞
2
∫ p ( t )dt
80ms
Il tempo
t
di integrazione
i t
i
d l suono utile
del
til parii a 80 ms proposto
t per la
l musica
i
deriva dalla considerazione che l'intervallo di tempo di integrazione
dell'orecchio
dell
orecchio è più lungo per la musica che per il parlato e che i transitori della
maggior parte degli strumenti musicali hanno una durata minore di 100 ms.
Valori ottimali dell’indice di chiarezza per la musica:
-4
4 ≤ C80≤ 2 dB
18
(Early
(E
l Decay
D
Ti
Time
EDT) é il tempo
EDT):
t
di riverberazione
i b
i
calcolato
l l t suii
primi 10 dB della curva di decadimento, estrapolata fino a 60 dB. Il
parametro
t
è usato
t nell caso di ascolto
lt di musica
i
poiché,
i hé se essa è
continua, è possibile sentire dopo ciascuna nota solo i primi 10 dB, circa,
del decadimento del suono.
suono
Valori ottimali dell
dell’EDT
EDT sono compresi tra 1,8
1 8 e 2,6
2 6 secondi.
secondi
19
Indice di intensità (Sound Strenght) G: rapporto tra la risposta nel
punto di osservazione ad un impulso emesso da una sorgente
omnidirezionale
idi i
l sull palcoscenico
l
i
e la
l risposta
i
t allo
ll stesso
t
i
impulso
l
i
in
un punto fisso della sala a distanza s dalla sorgente (presa pari a 5
m); Δt rappresenta la durata dell
dell’impulso
impulso diretto:
t =∞
2
(t )dt
p
∫
G = 10 log
t =0
t = Δt
2
4πs ∫ p s2
t =0
(s, t )dt
Valori ottimali di G suggeriti in Letteratura sono i seguenti:
•
•
•
•
grande
d orchestra
h t sinfonica,
i f i
cantanti
t ti molto
lt allenati
ll
ti
piccola orchestra, cantanti allenati
oratori, attori allenati
strumenti deboli, oratori poco allenati
G≥ -35
35 dB
G≥ -30 dB
G≥ -25 dB
G≥ -20 dB
20
Qualità acustica per il parlato
Negli anni ’50
50 Haas e Lochner e Burger, in studi riguardanti il parlato,
prevedevano di suddividere le riflessioni in due gruppi: le prime, che
contribuiscono a migliorarne l’intelligibilità, e le successive, che la peggiorano.
Sono stati introdotti degli indici che rappresentano il rapporto tra l’energia
associata al suono diretto e alle prime riflessioni e ll’energia
energia associata
alle successive riflessioni: tanto maggiore sarà tale rapporto, tanto più
elevata sarà la qualità acustica della sala.
Occorre individuare l’istante temporale in corrispondenza del quale avviene la
suddivisione tra riflessioni utili e riflessioni disturbanti:
A seconda del valore da esso assunto furono proposti degli indici, alcuni dei
quali validi per il parlato (Thiele e Shultz proposero, nel 1953, un intervallo
compreso tra
t 0 e 50 ms per il parlato),
l t ) altri
lt i per la
l musica.
i
21
Indici di qualità per il parlato
Nel caso del linguaggio parlato l’esigenza fondamentale è la corretta
comprensione del messaggio trasmesso,
trasmesso ossia la sua intelligibilità
intelligibilità, intesa coma
percentuale di parole o frasi correttamente comprese da un ascoltatore rispetto
alla totalità delle frasi pronunciate da un parlatore
parlatore.
Indice di definizione D50 (Thiele e Mayer): rapporto fra il suono utile e il
suono utile più il suono disturbante (%):
50ms
2
∫ p ( t )dt
D 50 =
0
∞
2
∫ p ( t )dt
0
È correlato all
all'intelligibilità
intelligibilità delle sillabe nel parlato
parlato, tanto maggiore quanto più
è elevato il valore di D.
Valori ottimali dell’indice di definizione sono superiori al 50% per il
parlato, inferiori al 50% per la musica
22
Indici di qualità per il parlato
Indice di chiarezza C50 ( rapporto suono utile/riverberato): definito come
C80, è calcolato sui primi 50 ms;
50 ms
C = 10 log10
∫p
2
(t )dt
0
∞
2
p
d
∫ (t )dt
valori ottimali: C50 > 3 dB.
50 ms
Rapporto Energia Utile/Energia Dannosa Ut: (Lochner e Burger,1964), è il
rapporto tra l’energia riflessa che arriva all’ascoltatore in un intervallo temporale
t e la somma dell’energia riflessa che arriva all’ascoltatore dopo l’intervallo t e
dell’energia
dell
energia associata al rumore di fondo:
Ct
Ut = 10 log
1 + (Ct
⎛ L r −L p
⎜
⎜ 10
+ 1 10⎝
)
⎞
⎟
⎟
⎠
Ct è il rapporto
pp
lineare tra l’energia
g utile e l’energia
g dannosa dovute alle sole
riflessioni (senza considerare il rumore di fondo), Lr e Lp rappresentano il livello
del rumore di fondo e il livello del parlato nel punto di ascolto.
V l i ottimali
Valori
tti li di Ut
Ut: U50>+1 dB per aule
l scolastiche,
l ti h U80>+4 dB per ambienti
bi ti di
maggior volume, a 1000 Hz.
23
Indici di qualità per il parlato: STI e Rasti
Speech Transmission Index (STI): sviluppato a partire dal 1973 da Houtgast,
Steeneken e Plomp, si basa sulla funzione di trasferimento di modulazione
della sala (MTF, "Modulation Transfer Function") e sul concetto di segnali
modulati in ampiezza.
ampiezza Un segnale modulato in ampiezza è dato da un segnale
di frequenza f1 (portante), che assume ampiezza variabile nel tempo secondo
una legge imposta da un segnale di frequenza più bassa f2 (modulante). Se
entrambi sono sinusoidali:
s( t ) = S sen (2πf1t )
portante
μ( t ) = m sen (2πf 2 t )
modulante
Il segnale modulato in ampiezza è:
s( t ) = S (1 + m sen (2πf 2 t )) sen (2πf1t )
m = indice di modulazione
24
In molti casi un segnale complesso può essere considerato in termini di segnale
di inviluppo di bassa frequenza; un esempio tipico è quello del segnale vocale,
vocale che
può essere rappresentato come un segnale di frequenze comprese nella banda acustica
inviluppato da un segnale di bassa frequenza (inferiore a 20Hz), legato al ritmo con cui
si susseguono i singoli fonemi.
fonemi
In questi termini quando un segnale acustico raggiunge un punto di ascolto in una
sala, il suo inviluppo viene alterato rispetto a quello originario della sorgente.
Tradizionalmente questa alterazione dovuta alle caratteristiche della sala viene
quantificata attraverso il tempo
q
p di riverberazione.
La relazione fra l'inviluppo del segnale di ingresso (emesso dalla sorgente) e quello di
uscita (rilevato in un punto di ascolto) è governata dalla funzione di trasferimento
della sala, la quale agisce sul segnale come un filtro passa-basso.
Poiché le applicazioni del metodo sono state fatte dagli Autori essenzialmente sul
segnale vocale, il calcolo della MTF viene effettuato per valori di frequenza compresi fra
300 e 4000 Hz, per una banda di frequenza del segnale di inviluppo compresa fra 0,4 e
20 Hz,
H suddivisa
ddi i in
i 18 intervalli
i t
lli di terzo
t
di ottava.
tt
25
Ciascun valore della funzione di trasferimento di modulazione viene convertito
in termini di rapporto segnale/disturbo apparente S/N:
⎛ m( F ) ⎞
⎛S⎞
⎟⎟
⎜ ⎟ = 10 log10 ⎜⎜
⎝ N ⎠F
⎝ 1 − m( F ) ⎠
F è una delle frequenze del segnale di inviluppo, m(F), pari al 100% nel
segnale emesso dalla sorgente sonora, è l’indice di modulazione della portante.
m(F) subisce una riduzione in un generico punto della sala,
sala dopo aver subito
l'azione di filtraggio passa-basso propria della funzione di trasferimento fra
segnale e punto di ascolto considerato. Ciò dà luogo a diversi valori del
rapporto S/N apparente, al variare del punto di osservazione e della frequenza
F. Poiché per F vengono scelti 18 valori standardizzati, per ogni punto si
considerano 18 valori di rapporto S/N.
S/N Ciascuno di essi viene inoltre limitato ad
un campo di escursione compreso fra -15 e +15dB, cioè se S/N è <15dB viene
considerato il valore assunto realmente, se S/N>15dB si prende un valore di
saturazione pari a 15dB.
Si considera poi il seguente valore:
⎛ S ⎞ 1 20 ⎛ S ⎞
⎜ ⎟=
⎜ ⎟
∑
⎝ N ⎠ 18 F =0, 4 ⎝ N ⎠ F
26
Viene infine effettuata una normalizzazione in modo da ottenere un indice STI
(Speech Transmission Index) i cui valori siano compresi fra 0 e 1:
⎛S⎞
⎜ ⎟ + 15
N
STI = ⎝ ⎠
30
L'indice STI, pertanto, rappresenta il valore medio del rapporto S/N
apparente (derivato dai valori della MTF) in un campo di frequenze che
sono ritenute
it
t importanti
i
t ti per la
l modulazione
d l i
di inviluppo
i il
d l segnale
del
l
vocale. Successivamente è stato proposto, e normalizzato dalla ISO, l'indice
RASTI ((Rapid
p
Speech
p
Transmission Index),
), il q
quale non aggiunge
gg g
concettualmente nulla a quanto detto in precedenza, ma si tratta di un
procedimento rapido per calcolare con buona approssimazione l'indice STI.
Cl
Classe
di qualità
lità di trasmissione
t
i i
del
d l parlato
l t
RASTI
Cattiva
< 0,32
Mediocre
0 32 - 0,45
0,32
0 45
Discreta
0,45 - 0,60
Buona
0 60 - 0,75
0,60
0 75
Eccellente
>0,75
27
Esempio di misura dell’indice RASTI:
mappatura
28
Indici di qualità per il parlato: test ALCONS
• Per valutare l’intelligibilità del parlato si ricorre frequentemente ad un test a
vocabolario condotto secondo quanto prescritto dalla norma ISO/TR 4870.
vocabolario,
4870
Il test denominato ALCons (dall’acronimo anglosassone Articulation Loss
of Consonants) è basilare per avere una conoscenza della risposta di
alcuni soggetti tipo nella comprensione del parlato. La necessità di
svolgere questi test è dovuta al fatto che le misure dei descrittori acustici,
sono normalmente svolte senza ll’ausilio
ausilio di controlli e filtri dell
dell’impianto
impianto di
elettrodiffusione i quali normalmente entrano in funzione quando l’oratore
parla al microfono: i risultati pertanto sono indicativi per determinare la
funzionalità acustica del binomio sala-impianto.
• La norma presenta alcune definizioni riguardo la tipologia dei fonemi che
sono pronunciati
i ti durante
d
t il test
t t e aii tipi
ti i di prove che
h possono essere
effettuate.
• Esempio: studio della qualità acustica del Duomo di Perugia
29
• Uno dei test più diffusi è quello a lista chiusa, o test a vocabolario: esso si
basa su di una sorta di dettato in cui un certo numero di lettori
provvede a leggere alcuni gruppi di parole, non necessariamente di
significato compiuto: agli ascoltatori, di età compresa tra i 20 e i 62
anni, distribuiti in maniera omogenea e a copertura dell’area
interessata, sono forniti dei moduli in cui devono riconoscere il
fonema che hanno udito scegliendolo tra diverse possibilità.
possibilità
• Il set di vocaboli di ogni scelta è creato ad hoc, affinché i fonemi varianti
risultino p
prossimi e q
quindi facilmente confondibili nella dizione. Si
citano come esempio le voci per la lingua italiana TIna e DIna (la prima
con suono dentale esplosivo sordo, la seconda esplosiva sonora), PIna e
BI
BIna
(l bi l esplosiva
(labiale
l i
sorda
d e sonora rispettivamente)
i
tti
t ) oppure CAna
CA
e
GAna (di pronuncia gutturale).
• Le parole devono essere incluse in una frase detta portante del tipo:
“Segnate ora la parola …..”. La frase portante è tale che la corretta
comprensione dello stesso fonema non dipenda dal suo contesto e dal suo
significato.
30
• I lettori (almeno due secondo le norme americane, un maschio e una
femmina) vanno scelti fra i parlatori medi (non professionisti,
professionisti cioè non
attori o doppiatori), rappresentativi per lingua madre, età e sesso di chi
sarà l’utilizzatore dell’impianto analizzato; non devono evidenziare alcun
grave difetto di pronuncia o inflessione dialettale non locale.
• Gli ascoltatori scelti (in numero pari o superiore ai lettori) devono essere
rappresentativi
t ti i per lingua
li
madre,
d
età
tà e sesso di chi
hi sarà
à il fruitore
f it
dell’ambiente analizzato, non devono evidenziare alcun grave difetto
percettivo. Gli ascoltatori devono distribuirsi in maniera casuale nell’area
p
loro destinata.
• Il metodo di valutazione consiste nel ricavare il numero percentuale di
parole correttamente percepite in rapporto al totale delle parole che sono
state lette. Dall’analisi dei moduli compilati da ciascun ascoltatore è
possibile ricavare un punteggio percentuale dell
dell’intelligibilità
intelligibilità della
parola, espresso come:
T = numero totale di fonemi del test;
100
W
I(%) =
(R −
)
T
N −1
N = numero di risposte alternative fornite agli ascoltatori, N≥2
R = numero di voci correttamente percepite dagli ascoltatori;
W = numero sbagliato di voci.
31
% di parole comprese
Grado di intelligibilità
< 35%
cattivo
65%
scarso
80%
sufficiente
95%
buono
> 95%
ottimo
In ultimo, una volta ottenuta l’intelligibilità media per posizione dell’ascoltatore, si è
ricavata l’intelligibilità media globale della sala.
Un’ulteriore
Un
ulteriore relazione matematica lega il valore dello STI al giudizio di intelligibilità
del test ALCons.
ALCons = 170,5405e −5,419(STI)
Valori di ALcons
Giudizio di intelligibilità
0-5
Ottimo
5 - 10
Buono
10 - 15
Sufficiente
15 - 20
Scarso
> 20
Cattivo
32
Progettazione acustica delle sale
La progettazione acustica di una sala, soprattutto se deve rispondere a
requisiti impegnativi come avviene nel caso di un auditorium,
auditorium di un teatro o
di uno studio di registrazione, deve essere impostata correttamente fin
dalla forma geometrica.
La soluzione di problemi acustici gravi risulta complessa sia con
l’inserimento di materiali e/o strutture con spiccate qualita’ acustiche sia
con l’ausilio di impianto di elettrodiffusione
Le condizioni necessarie per ottenere una buona risposta acustica in una sala
sono le seguenti:
1) forma
f
geometrica,
ti
di
dimensioni
i i opportune
t
e caratteristiche
tt i ti h dei
d i materiali;
t i li
2) livello sonoro sufficiente per tutti i punti di ascolto;
3) assenza di rumori disturbanti, ovvero elevato rapporto segnale/disturbo;
4) tempo di riverberazione ottimale.
33
Forma della sala e caratteristiche di assorbimento e
riflessione acustica delle p
pareti
Geometria
I difetti acustici legati alla forma della sala sono:
- focalizzazione del suono;
- presenza dei
d i cosiddetti
idd tti puntiti sordi,
di (livelli
(li lli di pressione
i
sonora sensibilmente
ibil
t
più bassi del valore medio;
- fenomeni di eco.
Alcune forme delle pareti di confine concentrano localmente l’energia sonora,
mentre altri punti
p nti non ricevono
rice ono abbastanza
abbastan a energia riflessa
livello sonoro insufficiente
34
Influenza della forma
Focalizzazione del suono in presenza di superficie concave e di piani a
base circolare o ellittica.
Esempio di movimentazione di una superficie concava con un opportuno
rivestimento, in modo da introdurre fenomeni di diffusione, che
impediscano la concentrazione del suono.
35
Influenza della forma
La forma dell'ambiente deve essere p
possibilmente compatta,
p
, con
dimensioni non molto diverse fra loro.
È consigliato separare architettonicamente la sala da corridoi di
accesso, dalla tromba delle scale e da altre zone con forma particolare,
possono costituire cavità di risonanza.
che p
36
L’eco
Si manifesta quando vi è una riflessione particolarmente intensa rispetto al
livello medio del campo riverberato, che giunge nel punto di ascolto
con un ritardo rispetto al suono diretto superiore a 70 - 100 ms.
Tenuto conto della velocità del suono nell'aria, ad un tale tempo di ritardo
corrisponde un percorso superiore a circa 24 m, per cui l'eco può
manifestarsi solo in ambienti piuttosto grandi .
Per avere il fenomeno dell’eco non basta la sola condizione geometrica , ma
devono coesistere 2 ulteriori condizioni:
1. il suono riflesso deve avere una intensità non troppo diversa dal suono
diretto;;
2. l'intervallo di tempo intercorrente tra il suono diretto e quello riflesso deve
essere di relativo silenzio, senza cioè che tra i due suoni si manifesti la
presen a di una
presenza
na intensa ri
riverberazione.
erbera ione
37
L’eco
Nel caso di presenza di eco, un possibile rimedio consiste nel rendere la
superficie che rinvia il suono diffondente (movimentando la superficie in
modo
d analogo
l
a quanto
t visto
i t per la
l superficie
fi i concava)) e/o
/ assorbente.
b t
Le superfici riflettenti devono essere disposte in modo che le onde di prima
riflessione abbiano un ritardo, rispetto all'onda diretta, inferiore a 50 ms, così
da essere percepite come rafforzamento dell'onda diretta stessa.
Se la sorgente è posta in prossimità di una parete della sala, è buona regola
ricoprire la parete con materiale riflettente, in modo che le onde riflesse
possano rafforzare ll'onda
onda diretta.
diretta
Un altro fenomeno sgradevole che può manifestarsi è l'eco multipla, che si
verifica in presenza di due pareti riflettenti parallele fra loro e in
presenza di segnali acustici di breve durata.
Viene percepito come una vibrazione legata alla frequenza di ripetizione del
suono tra un rinvio e l'altro
l altro delle pareti opposte
opposte, che si sovrappone al suono
utile.
Questo fenomeno non è legato al vincolo geometrico della distanza visto nel
caso precedente, ma si manifesta per un esteso campo di valori della
distanza fra le pareti.
38
L’eco
In una sala destinata all'ascolto bisogna porre molta attenzione quando si
utilizza una galleria sovrapposta alla platea
platea, allo scopo di aumentare il numero
di posti utili.
Se la galleria è di una certa profondità, la parte coperta della platea può
soffrire facilmente del fenomeno dell'eco multipla.
Il rimedio in questi casi consiste
consiste, già in fase di progettazione:
-evitare g
gallerie troppo
pp estese ((come orientamento di p
profondità non superiore
p
a 4-5 m);
-prevedere il soffitto della platea non parallelo al pavimento, con una
inclinazione tale da favorire una buona diffusione del suono
suono.
39
Posizione reciproca sorgente - ascoltatori
Nella disposizione dei posti degli spettatori, di solito si segue il criterio di
porre le
l fil
file di poltrone
lt
ad
d altezze
lt
di
diverse, su un piano
i
iinclinato
li t o sopra una
gradinata, in modo da avere una buona visione in ogni punto della sala,
senza essere ostacolati dagli spettatori che precedono.
possibile disporre
p
ip
posti nel modo sopra
p descritto,, si p
può
Ove non sia p
cercare di ottenere lo stesso effetto ponendo la sorgente sonora più in alto
rispetto alla platea.
Questa disposizione viene seguita in alcune sale cinematografiche o in
occasione di spettacoli
p
all'aperto
p
ove non sia p
prevista una disposizione
p
fissa delle poltrone
40
Posizione delle superfici riflettenti e delle
superfici assorbenti
•Evitare di rivestire con materiale fonoassorbente alcune superfici che possono
costituire dei riflettori utili ai fini di un buon ascolto,
ascolto come ad esempio la parete
alle spalle della sorgente, nel caso di una sala destinata alla diffusione del parlato (aula
scolastica o sala per conferenze). Infatti, il suono da essa riflesso sarà poco ritardato
rispetto al suono diretto e contribuirà ad elevare il livello del suono utile.
•Una funzione altrettanto utile può essere svolta da una parte del soffitto prossimo alla
sorgente sonora.
sonora Se il soffitto è sagomato in modo opportuno,
opportuno è possibile realizzare
riflettori in grado di rinforzare il suono diretto, anche nei punti più lontani dalla sorgente
sonora, mediante onde di prima riflessione aventi un ritardo contenuto (entro circa 30
ms) rispetto al suono diretto e perciò utili per l'ascolto. Per questo motivo, le sale di
grandi dimensioni assumono forme non parallelepipede, in modo da favorire le prime
riflessioni e distribuirle in modo uniforme su tutta ll'area
area occupata dagli spettatori.
•Per quanto riguarda la parete di fondo della sala, essa non deve rinviare il suono in
direzione della sorgente, per evitare pericolosi fenomeni di eco se la sala è di grandi
dimensioni e in ogni caso indesiderabili effetti
ff
di interferenza
f
col suono diretto. Se
S
questa parete è riflettente deve essere rientata in modo da rinviare il suono verso gli
ultimi posti della sala, oppure è necessario che sia rivestita di materiale assorbente e
diffondente.
41
Posizione delle superfici riflettenti e delle
superfici assorbenti
42
Livello sonoro sufficiente in tutti i punti di
ascolto
Un aspetto
p
molto importante
p
p
per l'ascolto è legato
g
al livello sonoro nei vari p
punti
della sala. Se non si vogliono sottoporre gli ascoltatori ad uno sforzo di
attenzione esagerato, un livello minimo di 65 dB è necessario per assicurare
una buona intelligibilità della parola.
Un mezzo per aumentare il livello sonoro consiste nel disporre di un rinforzo del
suono diretto mediante opportuni riflettori che consentano di sfruttare i
principi della riverberazione direzionale.
Sezioni longitudinali di sale la cui
forma contribuisce a rinforzare
l’intensità del campo diretto.
diretto
43
Livello sonoro sufficiente in tutti i punti di
ascolto
All'aumentare del volume della sala mantenendo sufficiente il livello sonoro
occorre diminuire le unità assorbenti,, fino ad un valore tale da non
compromettere l'intelligibilità. Ne consegue che esiste un volume della sala
oltre il quale non è più possibile assicurare un livello sonoro
soddisfacente senza un deterioramento della qualità dell'ascolto.
Esiste cioè un volume limite dell'ambiente oltre il quale
quale, per assicurare un livello
sonoro soddisfacente, è necessario ricorrere ad un impianto di amplificazione.
Il valore di questo limite dipende anche dalla potenza sonora erogata dalla
sorgente e quindi dalla natura della sorgente stessa (oratore, coro, musica
da camera,, ecc.).
)
Sorgente sonora
Volume massimo della sala (m3)
Oratore
3000
Oratore addestrato (attore, predicatore)
6000
Cantante o solista strumentale
10000
Orchestra sinfonica
20000
44
Assenza di rumori disturbanti
Oltre ad assicurare un livello soddisfacente del suono, occorre che questo non
risulti
i lti disturbato
di t b t dalla
d ll presenza di rumorii percettibili,
ttibili sia
i originati
i i ti all'interno
ll'i t
d
della
ll
sala sia di provenienza esterna.
In ogni caso occorre rilevare il rumore di fondo e il suo spettro di frequenza
frequenza.
Il livello di rumore in una sala vuota non deve superare
p
35 dB.
Esempio: rumore esterno = 75 dB, occorrerà prevedere un isolamento acustico
di almeno 40 dB per rispettare le specifiche del rumore di fondo interno.
45
Tempo di riverberazione ottimale
Per il tempo di riverberazione, valgono le considerazioni già viste a proposito
della destinazione d'uso della sala. Il valore del tempo di riverberazione deve
essere anche sufficientemente indipendente della frequenza per avere un buon
equilibrio fra le varie componenti del suono all'interno dell'ambiente.
Andamento del tempo di
riverberazione ottimale per un
auditorio per parlato di 500
in
funzione
della
m3
frequenza
il tempo di riverberazione ottimale a 500 Hz è pari a 0,75 s,
mentre alle altre frequenze assume i seguenti valori:
τ60,ott
0,83
< τ60,ott
τ60,ott
60 ott(500) *0,83
60 ott(250) <
60 ott(500) * 1,3
τ60,ott(500) * 0,83 < τ60,ott(1000) <
τ60,ott(500) * 0,88
τ60,ott(500) *0,8
< τ60,ott(4000) <
τ60,ott(500) * 0,88
fattore moltiplicativo di τ60,ott a 500 Hz
2
1,5
1
0,5
0
100
200
500
1000
2000
frequenza [Hz]
5000
10000
46
Contributo del pubblico
Un’osservazione a parte merita l'effetto fonoassorbente dovuto alla presenza
del p
pubblico in sala. L'assorbimento acustico p
prodotto dalle p
persone è tutt'altro
che trascurabile. A titolo orientativo, per la frequenza di 500 Hz, si può stimare
in circa 0,5 unità assorbenti totali il contributo per ciascuna persona.
Poiché il tempo di riverberazione varia sensibilmente tra le condizioni di sala
vuota di spettatori e sala piena, per la valutazione del tempo di riverberazione
ottimale
tti l occorre procedere
d
con qualche
l h cautela.
t l
1. Nei casi meno impegnativi ci si può riferire a condizioni intermedie,
calcolando i valori corrispondenti alle situazioni estreme.
estreme
2. Nelle grandi sale di elevata qualità acustica si possono impiegare delle
poltrone realizzate in modo da avere le stesse unità assorbenti sia
p
quando il posto è vuoto che quando è occupato. In questo modo la
riverberazione nella sala, vuota o piena, resta la stessa. Realizzazioni di
questo tipo, oltre a funzionare in modo ottimale in ogni condizione di
affluenza di pubblico, sono molto apprezzate dai musicisti, che possono
suonare durante le prove in condizioni del tutto simili a quelle
dell'esecuzione pubblica.
47
Progettazione
Noti i valori del tempo di riverberazione ottimale alle varie
frequenze, si valutano, mediante la relazione di Sabine le unità
assorbenti ottimali Aott (fi) relative alla banda di frequenza fi
considerata:
A ott ( fi ) = 0,16
V
τ 60,ott ( fi )
La scelta dei materiali, della tipologia delle pareti e degli arredi
va effettuata in modo da garantire che:
A( fi ) = A ott ( fi )
48
Correzione acustica
Quando un ambiente già in opera è caratterizzato da una cattiva qualità
acustica, è necessario ricorrere alla cosiddetta correzione acustica. I casi che si
possono presentare sono due:
1. ambiente troppo riverberante, quando il tempo di riverberazione è superiore
a quello ottimale;
2 ambiente sordo,
2.
sordo quando il tempo di riverberazione è inferiore a quello
ottimale.
Nel caso 1), che è anche quello più frequente, devono essere aggiunte unità
assorbenti Aagg (fi) in modo da soddisfare la seguente relazione:
A agg ( fi ) = A ott ( fi ) − A( fi )
Che in termini di tempo di riverberazione, può essere riscritta come:
⎛
⎞
1
1
⎟
−
A agg ( fi ) = 0,16 ⋅ V ⎜
⎜ τ 60,ott ( fi ) τ 60 ( fi ) ⎟
⎠
⎝
Per ciascuna banda di frequenza si ottiene un diverso valore delle unità
assorbenti da aggiungere.
49
Correzione acustica
L'aggiunta delle unità assorbenti viene perseguita mediante l'applicazione di
pannelli fonoassorbenti, il coefficiente di assorbimento e la superficie dei quali
sono dimensionati
di
i
ti in
i base
b
all valore
l
di Aagg (fi).
) Se
S non sii fosse
f
riusciti
i
iti ad
d
ottenere τ60,ott a tutte le frequenze, si sarebbe dovuto scegliere un
pannello con caratteristiche diverse oppure si sarebbero dovute installare
più tipologie di pannelli, ciascuno con α(f) elevato solo su una stretta
banda di frequenze.
Per apportare la correzione acustica nel caso di ambiente sordo, deve essere
diminuito il valore delle unità assorbenti con lo stesso procedimento, fino a
raggiungere quello ottimale alle varie frequenze.
Alternativamente si può introdurre un impianto elettroacustico di diffusione
d l suono, in
del
i modo
d da
d garantire
ti un maggior
i livello
li ll di pressione
i
sonora in
i tutti
t tti i
punti della sala. Nel momento in cui il tempo di riverberazione, dopo la
correzione, rientra entro i valori ottimali, anche gli altri indici di qualità acustica
delle sale migliorano, avvicinandosi ai valori ottimali. Ciò può essere
agevolmente verificato mediante misure prima e dopo la realizzazione
d ll’
dell’opera,
ovvero attraverso
tt
simulazioni
i l i i mediante
di t opportuni
t i codici
di i di calcolo.
l l
50
Esempio di correzione acustica
La misura del tempo di riverberazione avviene in conformità alla UNI 3382,
con il metodo della stazionarietà interrotta o con il metodo dell’impulso.
Supponendo di aver misurato il tempo di riverberazione prima dell’intervento,
si p
possono calcolare le unità assorbenti p
presenti:
frequenza
(Hz)
tempo di riverberazione
misurato (s)
unità assorbenti
presenti (m2)
250
1,3
62
500
10
1,0
80
1000
0,9
89
4000
1,8
44
frequenza (Hz) τ60 ottimale(s)
A ottimali (m2)
A aggiuntive (m2)
250
0 80
0.80
100
38
500
0,75
107
27
1000
0 64
0,64
125
36
4000
0,63
127
83
51
Esempio di correzione acustica
Per l'aggiunta di tali unità assorbenti si applica un pannello
fonoassorbente con coefficiente di assorbimento α elevato alla
f
frequenza
di 4000 Hz,
H poiché
i hé il massimo
i
valore
l
d ll unità
delle
ità assorbenti
b ti da
d
aggiungere si ha a 4000 Hz.
Se il pannello mostra, ad esempio, α(4000) = 0,78, la superficie di
pannello da aggiungere è:
S=
A agg ( 4000 )
0,8
83
=
= 106 (m2)
0,78
frequenza
(Hz)
α del
sughero
A aggiunte
(m2)
τ60 finale(s)
τ60 ottimale(s)
250
0,35
37,1
0,81
0.80
500
0,40
42,4
0,65
0,75
1000
0,40
42,4
0,61
0,64
4000
0,78
83,0
0,63
0,63
Tempo di riverberazione dopo l'intervento.
52
Fasi della progettazione degli interventi di
correzione acustica
Generalmente, la correzione acustica è articolata nelle seguenti fasi:
1. caratterizzazione dello stato attuale mediante una campagna di misure
dei principali descrittori acustici della sala (tempo di riverberazione, indici
di definizione,
definizione chiarezza
chiarezza, RASTI
RASTI, STI);
2. p
progettazione
g
degli
g interventi;
3. simulazioni dello stato di progetto( ad esempio, impiegando Ramsete),
al fine di prevedere lo stato acustico dopo la realizzazione delle correzioni
acustiche;
4. misure di verifica dei principali descrittori acustici della sala (tempo di
riverberazione, indici di definizione, chiarezza, RASTI, STI) dopo la
realizzazione dell’opera
dell opera.
53
Esempio: studio di fattibilità per la riqualificazione
dell’Aula
dell
Aula Magna dell
dell’Università
Università di Perugia
54
Studio di fattibilità per la riqualificazione dell’Aula
Magna dell
dell’Università
Università di Perugia
55

Tempo di riverberazione ottimale

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