acustica 4.ppt [modalità compatibilità] · PDF fileCorso di Fisica Tecnica Ambientale Acustica: acustica degli ambienti chiusi Definizione ... permanenza del suono dopo che è cessata

Corso di Fisica Tecnica AmbientaleCorso di Fisica Tecnica Ambientale

AcusticaAcustica

Acustica degli ambienti chiusiAcustica degli ambienti chiusi

Corso di Fisica Tecnica AmbientaleCorso di Fisica Tecnica Ambientale Acustica: acustica degli ambienti chiusiAcustica: acustica degli ambienti chiusi

DefinizioneDefinizione

Si occupa dello studio della propagazione sonora negliambienti confinati.

L’obiettivo dello studio è quello di progettare o ristrutturarebi ti hi i h i d ti ll i d ti iambienti chiusi che siano adeguati alla propria destinazione

d’uso, dal punto di vista acustico realizzando condizioni dibenessere acusticobenessere acustico.


Metodologie di studioMetodologie di studioi d l d ll d• Teoria modale o delle onde

Metodo analitico basato sullo studio dei modi propri di oscillazionenell’ambiente Richiede la soluzione dell’equazione delle onde enell ambiente. Richiede la soluzione dell equazione delle onde erisulta di difficile applicazione in spazi di geometria complessa.

A ti t i• Acustica geometricaMetodo basato sul fatto che per lunghezze d’onda del campoacustico molto minori delle dimensioni dell’ambiente l’onda puòpessere descritta come un raggio di luce.

A ti t ti ti• Acustica statisticaMetodo basato sull’ipotesi che il campo acustico sia omogeneo intutto l’ambiente, ossia sia diffuso. E’ il più utilizzato.tutto l ambiente, ossia sia diffuso. E il più utilizzato.


Campo perfettamente diffusoCampo perfettamente diffuso


Stima del livello di pressione in stazionarioStima del livello di pressione in stazionarioIl t d t i t diIl campo sonoro, causato da una sorgente in un punto diosservazione nell’ambiente, è costituito dalla combinazione di unaquota di campo diretto e una quota di campo riverberante.quota di campo diretto e una quota di campo riverberante.


Stima del livello di pressione in stazionarioStima del livello di pressione in stazionario




Sti d l li ll di i i t i iSti d l li ll di i i t i iStima del livello di pressione in stazionarioStima del livello di pressione in stazionario










Regime transitorio e riverberazioneEsperienza di SabineEsperienza di SabineEsperienza di SabineEsperienza di Sabine


Formula di Sabine per il tempo di riverberazione

Regime transitorio e riverberazioneFormula di Sabine per il tempo di riverberazione


Regime transitorio e riverberazione


Regime transitorio e riverberazioneAttraverso l’uso della teoria classica nella descrizione dellaAttraverso l uso della teoria classica nella descrizione dellapropagazione del fenomeno sonoro è possibile ricavare l’espressionedel tempo di riverberazione trovato da Sabine per via sperimentale. Lat i i b ll’i t i di f tt t diff (t t l tteoria si basa sull’ipotesi di campo perfettamente diffuso (totalmenteriverberante). Indicando con W l’energia emessa dalla sorgente inambiente e con Wa quella assorbita dalle pareti, il bilancio di energiain ambiente può essere scritto come:


Regime transitorio e riverberazioneQuindi avremo:Quindi avremo:

E a regime:


Regime transitorio e riverberazioneAvremo infine:Avremo infine:

22 22

Li ll di i t tLivello di pressione sonora per statostazionario in campo totalmenteriverberante.


Regime transitorio e riverberazioneTorniamo ora a descrivere il campo al variare del tempo Ricordando ilTorniamo ora a descrivere il campo al variare del tempo. Ricordando ilbilancio di energia per l’ambiente:

Scrivendo E = DV otteniamo:

WCADdD

VVd

4



Che con le condizioni D = 0 per = 0 e dD/d = 0 per t ∞ forniscel’andamento della densità di energia all’interno di un ambiente dall andamento della densità di energia all interno di un ambiente daltempo in cui essa viene attivata fino a quando viene raggiunto lo statostazionario

eWDVCAt )1(4)(

4/CA

D )()(


Regime transitorio e riverberazioneRisolvendo l’equazione per W = 0 per le condizioni D = D per = 0Risolvendo l equazione per W = 0, per le condizioni D = D0 per = 0e D = 0 per t ∞ si ottiene l’andamento della coda sonora:

Definendo il tempo di riverberazione come il tempo necessarioffi hèaffinchè

Ch è l’ i i t d S bi i i t lChe è l’espressione ricavata da Sabine per via sperimentale.


Regime transitorio e riverberazioneEffetto dell’aria


Regime transitorio e riverberazioneTempo ottimo di riverberazionep






Regime transitorio e riverberazioneEsempio numerico: correzione acustica di un localep

Un locale ha dimensioni 10x20x5 m3 edè usato come sala per conferenze. Lepareti sono di mattoni mentre ilpavimento è in legno. Nell’ambientesono presenti 40 persone. Si calcoli iltempo ottimo di riverberazione per la

i f i il Tstanza e si confronti con il T60.Ipotizzare un tipo di correzione acusticanel caso questa risulti necessaria.



Il t tti 1000 H è d t dIl tempo ottimo a 1000 Hz è dato da:

Da cui secondo la relazione di Sabine:



I coefficienti di assorbimento per le pareti e soffitto valgono a = 0,04, mentreil i t è 0 12 (d t b ll ) Si l li il T d S biper il pavimento è a = 0,12 (da tabella). Si calcoli ora il T60 secondo Sabine:

Assorbimento dovuto alle persone

La coda sonora risulta troppo lunga, in quanto maggiore del t ottimo, occorrequindi intervenire per correggere lo stato acustico Si supponga di intervenire

Assorbimento dovuto alle persone

quindi intervenire per correggere lo stato acustico. Si supponga di interveniresul soffitto. Dovrà essere:



E i i i ti di l lEsempio numerico: correzione acustica di un locale

Controllando la tabella dei coefficienti di assorbimento è possibilepindividuare la lana di vetro con lamiera forata quale elemento dautilizzare per realizzare una copertura del soffitto ed aumentarel’assorbimento delle pareti con conseguente riduzione della codal assorbimento delle pareti con conseguente riduzione della codasonora.

Riferimenti bibliograficiG. Brambilla – lucidi del corso di FTA2 A.A. 2006/07M Fossa Appunti al corso di misure ambientali (misure fisico tecniche)M. Fossa – Appunti al corso di misure ambientali (misure fisico tecniche)


Qualità acustica dell’ambienteLa qualità acustica degli ambienti dipende essenzialmente dalla destinazioneLa qualità acustica degli ambienti dipende essenzialmente dalla destinazioned’uso di questi ultimi. E’ possibile distinguere essenzialmente due grandicategorie di ambienti, quelli destinati all’ascolto della musica e quelli destinatiall’ascolto del parlato Per ciascuno di questi ambienti sono stati individuati deiall ascolto del parlato. Per ciascuno di questi ambienti sono stati individuati deicriteri per la definizione della qualità acustica tenendo in considerazione lecaratteristiche soggettive legate all’ascolto.

La individuazione della qualità acustica è strettamente legata al concetto dibenessere acustico definito come quella condizione psicofisica per cuil’individuo, immerso nel campo sonoro, esprime un giudizio positivo neil individuo, immerso nel campo sonoro, esprime un giudizio positivo neiconfronti di esso, in relazione all’attività che sta svolgendo.

In generale, data la complessa interazione tra fenomeno sonoro (oggettivo) eg ggstato psicofisico dell’individuo (soggettivo), non è possibile individuare un unicoindice di valutazione del benessere acustico ma è possibile individuare unaserie di indici che indicano la qualità acustica dell’ambiente per diversi criteri diascolto, ai quali corrispondono ben individuabili giudizi soggettivi.


Qualità acustica dell’ambienteLe grandezze misurabili che caratterizzano la propagazione sonora negli ambientiLe grandezze misurabili che caratterizzano la propagazione sonora negli ambientichiusi e che vengono utilizzate per la definizione della qualità acustica sono illivello di pressione sonora e la sua uniformità in ambiente ed il tempo diriverberazione Queste grandezze giocano ruoli diversi a seconda dellariverberazione. Queste grandezze giocano ruoli diversi a seconda delladestinazione d’uso della sala.


Qualità acustica dell’ambienteSale per la musicaSale per la musica

La qualità delle sale per ascolto della musica è essenzialmente definitaq pattraverso i giudizi soggettivi degli ascoltatori e degli esecutori e si basasul fatto che le caratteristiche costruttive della sala influenzano dueimportanti qualità del suono:importanti qualità del suono:

• La pienezza del tono

• La definizione o chiarezza



Pienezza del tonoàCorrisponde ad una maggiore intensità soggettiva nell’ambiente

raggiungibile con una minore potenza sonora emessa, una maggiorepermanenza del suono dopo che è cessata l’emissione, un maggiorep p gglivello di suono rispetto al rumore di fondo ed una maggiore aliquota dienergia riverberata rispetto a quella diretta. Tale caratteristica dipendequindi dall’entità del tempo di riverberazione e dalla intensità del suonoquindi dall entità del tempo di riverberazione e dalla intensità del suonodiretto. Maggiore è il livello del suono riverberato rispetto a quellodiretto, maggiore è la sensazione di pienezza tonale.



Definizione o chiarezzaR t l ità di di ti i h i lRappresenta la capacità di distinguere suoni che si susseguono neltempo (orizzontale) o che giungono simultaneamente da diversistrumenti (verticale). La chiarezza orizzontale è influenzata dal tempodi riverberazione e dal rapporto tra suono diretto e riverberato. Essa ètanto maggiore quanto minore è il tempo di riverberazione e quantomaggiore è il rapporto tra suono diretto e riverberato. La distanzagg ppquindi agisce negativamente su tale qualità. La chiarezza verticale èinfluenzata dal bilanciamento e dalla fusione di suoni provenienti da piùstrumenti, dalla riposta della sala alle varie frequenze e dal rapporto trastrumenti, dalla riposta della sala alle varie frequenze e dal rapporto trasuono diretto e suono riverberato.



I requisiti delle sale per la musica sono tutti esprimibili in terminiqualitativi di impressioni soggettive che raccolgono un ampio consensot a i m sicisti e gli ascoltato i più affinati tali att ib ti sono statitra i musicisti e gli ascoltatori più raffinati; tali attributi sono statielencati da Beranek che a partire dagli anni 60 li ha studiati e catalogatial fine di procedere, mediante parametrizzazione, alla definizioni di

àclassi di qualità. Gli attributi soggettivi della sala sono stati da luisuddivisi in:

Attributi indipendenti che giocano un ruolo positivoAttributi indipendenti che giocano un ruolo positivoIntimità, vivezza, calore, intensità soggettiva del suono diretto,intensità soggettiva del suono riverberato, diffusione, bilanciamento ef i ifusione, assieme.

Attributi indipendenti che giocano un ruolo negativoEco rumore di fondo distorsione distribuzione non uniforme delEco, rumore di fondo, distorsione, distribuzione non uniforme delsuono.



Attributi che dipendono dagli altriChiarezza, brillanza, attacco, tessitura, gamma dinamica., , , , g

Il criterio di Beranek per la classificazione delle sale si basa sull’analisidi 54 sale da concerto e prevede la seguente scala:p g

Classe Qualità Punteggio

A+ eccellente 90-100

A da molto buona a eccellente 80-89

B+ da buona a molto buona 70-79

B da sufficiente a buona 60-69

C+ ffi i t 50 59C+ sufficiente 50-59


Qualità acustica dell’ambienteSale per l’ascolto della parolaSale per l ascolto della parola

La voce umana varia in intensità secondo lo sforzo vocale ed infrequenza secondo una evoluzione spettrale legata ai fonemiq p gpronunciati ed alla configurazione anatomica dell’apparato fonatorio delparlatore.

Nel caso di voce maschile il livello di potenza sonora per unaconversazione normale è pari a circa 75 dB che corrisponde ad unlivello di pressione sonora ad 1m in direzione frontale di circa 65 dBlivello di pressione sonora ad 1m, in direzione frontale, di circa 65 dB.

Le frequenze di maggiore interesse ai fini dalla comprensione dell t ll f 300 H 3 kH lparlato sono quelle comprese fra 300 Hz e 3 kHz, per alcune

consonanti lo spettro di emissione può raggiungere gli 8 kHz.

èLa voce è un fenomeno fluttuante con una dinamica di circa 30 dB.



La buona ricezione in ambiente è legata alla coda sonora che devegessere contenuta ed al livello sonoro che deve essere adeguato.

La riduzione della coda sonora e l’intensificazione del contributoLa riduzione della coda sonora e l intensificazione del contributoenergetico delle prime riflessioni che giungono all’orecchio subito dopol’arrivo del suono diretto migliorano la nitidezza o chiarezza del segnalericevuto Tale caratteristica viene decritta attraverso parametri chericevuto. Tale caratteristica viene decritta attraverso parametri chemettono in relazione la frazione energetica utile alla ricezione checomprende il suono diretto e quello proveniente dalle prime riflessioni e

ll i t til d t tt tt d l ti l i diquella rimanente, non utile, dovuta soprattutto ad elevati valori ditempo di riverberazione.



Intelligibilità del parlato

Si intende la percentuale di parole o frasi correttamente comprese daun ascoltatore rispetto alla totalità delle frasi pronunciate dal parlatore.

Essa dipende dalle caratteristiche ambientali, dalle caratteristiche diemissione della voce umana quali l’intensità e la variabilità spettrale, la

àdirezionalità e l’andamento temporale.

I parametri dai quali dipende l’intelligibilità sono essenzialmente ilgtempo di riverberazione e il rapporto segnale/rumore definito in unpunto come differenza tra il livello del segnale ed il livello del rumore difondo.fondo.



La valutazione dell’influenza di tali parametri sulla intelligibilità vieneeffettuata attraverso una serie di indici:effettuata attraverso una serie di indici:

• Indice di articolazione (AI) adimensionale

•Indice SIL, Speech Interference Level (dB)

SII Speech Intelligibility Index (ANSI)• SII Speech Intelligibility Index (ANSI)STI Speech Transmission Index (IEC)

d h d ( )• RASTI, Rapid Speech Transmission Index (IEC)



Indice di articolazione (AI)

Valore da sottrarre ad AI infunzione del T60

AI ad 1 metro in campo liberofunzione del T60



Speech Interference Level (SIL)

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