martedì 11 ottobre 2011

4. ACUSTICA

L’ORECCHIO UMANO


Per comprendere in modo più approfondito i fenomeni legati alla percezione uditiva, è utile conoscere il funzionamento dell’orecchio umano. 



Solitamente l’orecchio umano viene diviso in tre parti denominate orecchio esterno, orecchio medio e orecchio interno. Il primo comprende il padiglione auricolare e il condotto uditivo esterno, chiuso all’ estremità interna dalla membrana del timpano. Oltre la membrana timpanica inizia l’orecchio medio, delimitato da una cavità di circa 1,5 cm³, che prende il nome di cassa timpanica. All’interno di questa cavità si trovano tre ossicini, denominati : martello, incudine e staffa. Gli ossicini sono congiunti tra di loro mediante un tessuto cartilaginoso e sono in contatto da un lato con la membrana timpanica, alla quale aderisce il martello, e dall’altro, mediante il piede della staffa, con la parete della finestra ovale, dove inizia l’orecchio interno. Il compito dell’orecchio esterno e dell’orecchio medio è quello di trasmettere le variazioni di pressione dell’aria esterna all’orecchio interno secondo le fasi seguenti : la membrana timpanica viene fatta vibrare dalla pressione acustica prodotta dal suono incidente. La forza esercitata sul martello si trasmette tramite l’incudine alla base della staffa, in contatto con la finestra ovale, sulla quale la forza trasmessa provoca una pressione meccanica. Il sistema di leve formato dagli ossicini è costituito in modo tale da triplicare la forza trasmessa; inoltre la finestra ovale ha una superficie che è circa trenta volte minore di quella della membrana del timpano. E’ così che la pressione acustica che agisce sulla finestra ovale risulta circa novanta volte maggiore di quella agente sul timpano. Dai due lati della catena degli ossicini esistono due piccoli muscoli, detti tensore del timpano e muscolo stapedio, che provvedono a regolare, entro certi limiti, la trasmissione del suono dall’orecchio esterno a quello interno. Il tensore del timpano, collegato alla membrana timpanica, provvede in caso di necessità ad aumentare l’acuità uditiva, mentre lo stapedio, collegato alla base della staffa, ha il compito di proteggere l’orecchio interno dai suoni molto intensi, provocando uno smorzamento delle vibrazioni della staffa, con conseguente riduzione della sollecitazione trasmessa alla finestra ovale. L’orecchio medio comunica con l’esterno tramite un piccolo canale, che congiunge la cassa timpanica con la faringe. Questo collegamento con l’esterno consente di equilibrare la pressione statica esterna agente sulla membrana del timpano, che risulta sollecitata così solo dalle vibrazioni di pressione rapide indotte dai fenomeni sonori. Oltre la finestra ovale inizia la parte più complessa dell’organo dell’udito, l’orecchio interno. Esso è costituito da un insieme di organi membranosi di forma complessa, il “labirinto membranoso”, composto da due parti principali : il settore vestibolare, formato da tre canali semicircolari, disposti su tre piani ortogonali fra loro, che sono gli organi dell’equilibrio e il settore cocleare che contiene, invece, i recettori auditivi. La coclea assume la forma di una chiocciola e sulle pareti corrispondenti ai lati della sezione triangolare è presente la membrana basilare, avente la parete epiteliale sensoriale che costituisce l’organo recettore delle vibrazioni sonore. Questo è formato, infatti, da migliaia di sottilissime terminazioni del nervo acustico che costituiscono il trasduttore delle vibrazioni meccaniche in impulsi, che trasmessi al cervello provocano la sensazione auditiva corrispondente allo stimolo sonoro. Pertanto, in presenza di stimoli acustici esterni, i suoni che vengono catturati dall’orecchio esterno sollecitano la membrana timpanica, facendola vibrare. Queste vibrazioni, attraverso gli ossicini, vengono trasmesse alla finestra ovale e da qui all’orecchio interno. Le onde di pressione, però, propagandosi, provocano spostamenti diversi lungo  la membrana a seconda del valore della frequenza.  Le frequenze più alte pongono in vibrazione la parte iniziale della membrana, mentre le frequenze più basse vanno ad influenzare le parti sempre più lontane dalla finestra ovale. 
Analizzando la risposta dell’orecchio alle diverse frequenze e pressioni, pur essendo questa molto soggettiva, è possibile in linea generale ricavare un grafico detto diagramma di sensazione che mostra quali suoni alle varie frequenze e intensità possono essere percepiti dal sistema uditivo umano. Tale gamma di suoni può essere racchiusa tra due limiti detti:

-soglia dell’udibilità 

-soglia del dolore La soglia dell’udibilità rappresenta il limite inferiore di intensità che può essere percepito, la soglia del dolore rappresenta il limite superiore di intensità che non provoca dolore. 

L’orecchio, infine, percepisce l’altezza e il timbro di un suono grazie anche ad un procedimento di sintesi a livello cerebrale e, grazie alla sua conformazione anatomica, è in grado di interpretare l’esistenza di una banda di frequenza limitata per la risposta agli stimoli acustici. 

IL SUONO

Il suono è una perturbazione di carattere oscillatorio, prodotta da una sorgente sonora, che si propaga in un mezzo elastico provocando una variazione di pressione, ed avente frequenza tale da essere percepita dall’orecchio umano. Da questa definizione deriva che il fenomeno acustico dal punto di vista tecnico prevede la presenza contemporanea della sorgente sonora, del mezzo di trasmissione e del ricevitore. La gamma delle frequenze udibili è fissata convenzionalmente fra 20-20000Hz. Fenomeni oscillatori della stessa natura, la cui frequenza cade al di fuori dell’intervallo sopra specificato, prendono il nome di infrasuoni e di ultrasuoni. Il mezzo di propagazione più usuale è l’aria, dove le perturbazioni che danno luogo alla presenza del fenomeno sonoro sono provocate da sollecitazioni di pressione indotte dalle vibrazioni di un corpo che costituisce la cosiddetta sorgente sonora. Dal momento che le onde si propagano in un mezzo elastico, in assenza di questo non esiste alcuna propagazione sonora. E’ fondamentale aver presente il concetto di campo sonoro, con il quale si intende una regione dello spazio in cui è presente un insieme di onde sonore.  Quando le sole onde presenti sono quelle direttamente irradiate dalla sorgente il campo sonoro si dice libero. Il campo libero è comunque un’astrazione, poiché anche all’aperto sono presenti fenomeni di riflessione dovuti se non altro alla presenza del suolo. In un ambiente chiuso, oltre al contributo delle onde sonore dirette, per la presenza di fenomeni di riflessione, diffrazione ed interferenza, si stabilisce il cosiddetto campo sonoro riverberato. Quando in un campo di riverberazione la densità di energia sonora assume, in regime stazionario, un valore costante in tutto lo spazio dell’ambiente confinato, il campo sonoro si dice diffuso. Anche questa condizione, come quella di campo libero, è un’astrazione. Le condizioni che più si avvicinano a quelle ideali di campo libero e di campo diffuso si ottengono all’interno di speciali camere acustiche appositamente costruite. Il campo libero si realizza all’interno di una camera assorbente, le cui pareti dovrebbero avere il coefficiente di assorbimento pari ad 1 per tutto il campo delle frequenze acustiche, in modo da non avere onde riflesse.  
Il campo diffuso invece, si realizza all’interno di una camera riverberante, le cui pareti abbiano un coefficiente di rinvio nominalmente pari ad 1. 
In Acustica, molto spesso si fa riferimento ad intervalli di frequenze particolari che prendono il nome di intervalli di ottava, bande di ottava, o più semplicemente ottave. Per banda di ottava si intende un intervallo di frequenze compreso fra due caloriche stanno fra loro nel rapporto 1:2, cioè il valore limite superiore è il doppio del valore limite inferiore. Dal momento che nello spettro acustico un intervallo di ottava non è univocamente individuato, in acustica sono stati fissati dalla ISO i valori di centro banda di ottava a 1000 Hz e quelli che si ricavano a partire da questi. E’ così che si ottengono le bande di ottava normalizzate i cui valori di centro banda (in Hz) sono : 31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 16000. Nel nostro studio, abbiamo considerato la banda di ottava, dai 63 Hz  agli 8000 Hz, previste dal programma acustico utilizzato. Le variazioni dei vari parametri sono state valutate alla frequenza di 1000 Hz. 

LA VOCE



La sensibilità del nostro apparato uditivo è fortemente votata alla percezione di suoni di frequenze proprie della voce umana, elemento principale da considerare quando si parla di riproduzione o diffusione sonora. Il sistema di generazione della voce è costituito da una sorgente sonora, costituita dalle corde vocali e da un sistema di filtraggio formato dal tratto vocale, ossia da tutto ciò che va dalle corde vocali sino alle “uscite primarie”del sistema, la bocca e le narici. Sia nel canto come nel parlato, le corde vocali controllano il tono della voce mentre il tratto vocale articola le consonanti, determina le vocali e stabilisce il timbro della voce. E’ proprio nella pronuncia delle vocali che si manifesta l’azione di filtraggio del tratto vocale. Analizzando la voce di una persona, non importa se di sesso maschile o femminile, all’atto della pronuncia delle vocali, si può infatti constatare che questa è costituita da vari “pacchetti” di energia sonora concentrati in corrispondenza di ben precise frequenze. Nel parlato, la gamma delle frequenze è compresa tra 110 e 165 Hz per una voce maschile e tra 220 e 330 Hz per voci femminili e bianche. Nel canto, tale estensione può ampliarsi sino a raggiungere le due ottave, i limiti inferiore e superiore dipendono dalle potenzialità canore del soggetto. 

La gamma dinamica della voce umana è straordinariamente elevata e raggiunge i suoi massimi nel canto, per il quale in media il minimo livello di pressione sonora a una ventina di centimetri è pari a 50 dB mentre il massimo livello sonoro supera i 105 dB per una voce tenorile e 110 dB per una voce di soprano. 
Nel parlato non vengono raggiunti simili apici; il livello medio di una conversazione è compreso tra 60 e 70 dB. La distribuzione spettrale della voce umana varia in funzione del volume adottato da chi parla. Più il volume della voce è alto, più le componenti di frequenza intermedia risultano rafforzate rispetto alle altre. Con l’aumentare del volume della voce, variano nel contempo sia il tono che il timbro della voce. Rispetto alla voce maschile, lo spettro della voce femminile è leggermente spostata verso le frequenze più alte. In generale, il volume di voce che un parlatore decide di adottare è quello che a seconda dei casi è in grado di instaurare un efficiente trasferimento delle informazioni verso chi ascolta. E’ opportuno tenere in considerazione che l’intelligibilità del parlato dipende principalmente dalla comprensione delle consonanti, la cui pronuncia è in ogni lingua ricca di componenti di frequenza medio-alte. Con questo si spiega come la voce femminile, con la sua maggiore ricchezza in componenti di frequenza medio-alta, risulta più facilmente intelligibile di quella maschile.


AMBIENTE E ACUSTICA


La percezione di una ambiente spesso è legata alla psicologia umana e in particolar modo ciò che influisce molto sui risultati percettivi è il colore. In verità le forme vegetali, animali e gli esseri umani traggono dall’energia luminosa ciò di cui hanno bisogno e respingono ciò di cui non hanno bisogno. Le creature viventi infatti, “vedono” e “sentono” solo quelle energie (colori e suoni) necessarie alla loro sopravvivenza. È possibile, in un certo qual modo, riassumere il modo in cui l’uomo sperimenta il colore ovvero : il colore, essendo creato dalla luce, costituisce una forma di energia che esercita una precisa azione sulle funzioni del nostro corpo, così come influisce sulla mente e sulle emozioni. Sappiamo che il colore agisce sull’attività corticale (onde cerebrali) e quindi sulle funzioni del sistema nervoso autonomo; il colore stimola inoltre precise associazioni estetiche ed emotive. In poche parole, la nostra reazione al colore è globale e influisce su di noi sia psicologicamente sia fisiologicamente. Sono quattro gli impulsi sensoriali che convergono sulla zona del cervello umano chiamata talamo : - la vista, - l’udito, -il gusto, - il tatto.  Gli uomini infatti sono soggetti a stimolazioni di vario genere, comprese le informazioni provenienti dal campo visivo e uditivo, e tutte coinvolgono il sistema di attivazione “reticolare ascendente”, ovvero una sorta di “stazione di smistamento” di tutti i tipi di stimolazione sensoriale. Molti studiosi, analizzando in particolar modo gli effetti dei colori sugli individui umani, hanno dedotto che una certa varietà cromatica è psicologicamente più benefica, ovvero che nella creazione di un ambiente sano si rende necessaria una certa varietà sia negli stimoli visivi, sia nell’atmosfera generale. Questo perché, come è stato possibile vedere, i colori forti e intensi possono danneggiare la produttività e la concentrazione degli esseri umani, ma d’altra parte anche i colori tenui, acromatici,ovvero quei colori che rendono gli ambienti ipostimolanti, sono da ritenersi altrettanto inaccettabili quanto quelli iperstimolanti perché hanno come risultati degli effetti irritanti sulla psiche degli individui. Nella reazione all’ambiente, le persone si aspettano che tutti il loro sensi vengano via via moderatamente stimolati. Questo è appunto ciò che avviene in natura, e non soltanto per quanto riguarda colori e cambi di luminosità ma anche per la temperatura e in particolar modo per il suono.
La necessità di bilanciare unità e complessità rappresenta una delle maggiori sfide che un progettista deve affrontare. La varietà è necessaria ad attirare e sollecitare l’attenzione, mentre l’unità è essenzialeper creare un’impressione piacevole alla vista e lasciare soddisfatti desideri e stati d’animo. Non c’è, comunque, alcun dubbio che tra i vari sensi esista una vera e propria unità. La percezione non è un mosaico di stimoli sensoriali separati e distinti, ma sembra che i centri di elaborazione delle informazioni sensoriali siano legati l’uno all’altro e che tra i diversi sensi avvenga una continua comunicazione. I colori possono evocare associazioni di idee con l’olfatto e il gusto, possono apparire pesanti o leggeri, produrre impressioni tattili, essere associati con i suoni o creare associazioni con l’idea di volume e temperatura. Tali associazioni hanno una parte importante nel design ambientale e nella pubblicità, cioè lì dove il colore viene usato per informare e per comunicare.
Alcuni psicologi hanno evidenziato, a riguardo, diversi fenomeni sonori connessi allapercezione del colore. È stato infatti scoperto che forti rumori, forti odori e forti sapori rendono l’occhio maggiormente sensibile al color verde e meno sensibile al rosso. In questo modo un progettista può trarre vantaggio da questa interrelazione esistente nella natura delle associazioni mentali tra rumore e colore. La stimolazione sensoriale, la luminosità e la rumorosità vengono associate con gli effetti più attivi prodotti dai colori caldi, mentre è esattamente il contrario per quanto riguarda i colori freddi. Suoni molto acuti e stridenti tendono a essere rapportati a tinte sature e chiare. Un ambiente rumoroso verrà vissuto soggettivamente come ancor più rumoroso e fastidioso nel caso in cui i colori predominanti siano un rosso o giallo brillanti. I suoni acuti e stridenti possono essere attutiti dal verde oliva, mentre quelli smorzati risultano ancor più attutiti in ambienti con tinte scure e, pertanto, si può compensare tale effetto introducendo colori più chiari, ad esempio verdi luminosi (leggermente tendenti al giallo). Il direttore dell’istituto di psicologia del colore, Heinrich Frieling, ha effettuatonumerosi esperimenti sui colori e sui loro effetti sinestetici. Ai vari colori Frieling ha assegnato le seguenti associazioni acustiche : Rosso : rumore forte, suono di tromba ; Rosa : rumore attutito, più delicato ; Arancione : rumore forte, modo maggiore ;
Marrone : rumore lugubre, profondo, modo minore ; Giallo-Oro : fanfara, modo maggiore ; Giallo : suono stridente, modo maggiore ; Giallo-Verde : suono acuto, modo minore ; Verde : suono smorzato se opaco, suono stridente se saturo ; Verde-Blu : suono attutito ; Blu : suono distante, di flauto o violino ; Azzurro oltremare : suono lugubre, profondo, modo minore ; Viola : suono triste, profondo, modo minore ; Violetto chiaro : suono debole, trattenuto ; Cremisi : suono deciso, pieno di forza .
I colori hanno poi delle forti associazioni legate pure all’olfatto, al gusto e al tatto. Pertanto, il colore è un’informazione, proprio come lo è il discorso. Analizzando tutte queste considerazioni, dedotte da approfonditi studi psicologici, possiamo concludere che nella percezione acustica di un ambiente possono influire degli aspetti mentali di diversa natura che giocano però un ruolo fondamentale sulla definizione della qualità dell’ambiente considerato. Tutti questi aspetti essendo però strettamente soggettivi e di difficile indagine, non sono potuti in qualche modo rientrare  nel nostro studio, concentrato sull’analisi delle risposte acustiche legate alla morfologia e al materiale utilizzati per diverse tipologie scenografiche.


PARAMETRI ACUSTICI 



I parametri acustici che solitamente vengono considerati per definire qualitativamente un ambiente dal punto di vista dell’ acustica, sono molteplici. Fondamentalmente il calcolo dei parametri acustici è basato sulle norme ISO.  Nel giudizio sull’acustica di un ambiente si possono seguire due diversi criteri : il primo strettamente temporale, perché associato alle caratteristiche del segnale sonoro che possono essere rilevate anche con un ascolto monoaurale, si riferisce a parametri acustici quali l’energia sonora totale, il ritardo delle prime riflessioni e la riverberazione ; il secondo, di tipo spaziale, si basa sull’ascolto binaurale e sull’interdipendenza dei segnali che raggiungono le due orecchie producendo l’impressione spaziale del campo sonoro. La maggior parte dei parametri è ottenuta dalla risposta all’impulso prelevata con un microfono omnidirezionale, che sostanzialmente è il canale W del microfono Soundfield, nella sua posizione iniziale (0 gradi). Tuttavia, i parametri spaziali richiedono l’elaborazione di risposte all’impulso stereo;  di conseguenza anche le coppie di tracce binaurali W, Y, devono essere elaborate. Questa ricerca è principalmente rivolta all’acquisizione e all’analisi delle proprietà spaziali del campo sonoro, con l’obiettivo di creare delle ricostruzioni surround multicanale realistiche; di conseguenza il maggior sforzo è dedicato all’analisi dei parametri spaziali. Con questa tecnica di misura è possibile ottenere e visualizzare diagrammi polari dei parametri acustici spaziali, mostrando la loro variazione col ruotare del ricevitore. I parametri che noi abbiamo preso in considerazione sono :
-Il Tempo di Riverberazione : intervallo di tempo, espresso in secondi, necessario perché l’intensità dell’energia sonora, dovuta ad un suono di determinata frequenza, si riduca ad un milionesimo del valore iniziale di emissione, al cessare istantaneo di questa. All’interno di un ambiente confinato, infatti, quando viene a cessare il funzionamento della sorgente che emette con continuità la potenza acustica costante W , si avrà una variazione di livello sonoro solo dopo il tempo tD, necessario affinché il suono percorra la distanza tra sorgente e ricevitore. Dopo questa iniziale attenuazione, il livello sonoro continua a diminuire man mano che vengono a mancare le varie componenti del campo riverberante dovute alla prima, seconda ed ennesima riflessione. In generale vengono a cessare prima le componenti più intense del campo riverberante, in quanto queste corrispondono a raggi che hanno subito attenuazioni minori avendo percorso cammini più brevi. Per quantificare questo fenomeno caratteristico degli ambienti confinati si può utilizzare il tempo di riverberazione, T60, parametro definito come il tempo necessario affinché il livello di pressione acustica di un suono al cessare dell’emissione della sorgente sonora diminuisca di 60 dB.  Questo parametro corrisponde approssimativamente al tempo necessario affinché un suono di livello abbastanza elevato all’interno di un ambiente si attenui sino a raggiungere la soglia di udibilità in presenza di un normale rumore di fondo. In teoria noi dovremmo seguire la definizione di Sabine e calcolare il tempo di riverbero sull’intervallo 0 - 60 dB, ma in situazioni reali non si verifica mai un decadimento sonoro di 60 dB. Spesso, infatti si utilizzano il T20 e il T30 che non sono, dunque, i tempi necessari ad un decadimento di 20 e 30 dB, ma sono comunque i tempi necessari ad un decadimento di 60 dB, solo che vengono estrapolati da un tratto lungo il quale il livello decresce di 20 e 30 dB. Quindi in una stanza non esiste un unico valore del tempo di riverbero, ma ne esistono tanti, esiste l’EDT, esiste il T10, esiste il T20, ed il T30
L’ EDT (tempo di decadimento) rappresenta la misura della prima fase di riverberazione (decadimento di 10 dB), ovvero il tempo necessario affinché si abbia un decadimento della coda riverberante di 10 dB.  Se il decadimento fosse lineare tutti questi parametri avrebbero lo stesso valore, che è quello che chiamiamo normalmente il T60, cioè il tempo di riverbero di Sabine; in realtà, poiché per gli ambienti reali la curva di decadimento è solitamente una linea curva che cambia spesso concavità, non necessariamente questi valori sono coincidenti e quindi noi troveremo facilmente, nella nostra analisi di una sala, dei valori di EDT diversi, ad esempio, dai valori di T30. La variazione del tempo di riverbero in funzione del range di decadimento considerato è un indicatore del tipo di campo sonoro, più i valori dei vari parametri sono vicini tra loro, più il campo si dice sabiniano, cioè ubbidisce alla teoria di Sabine per la quale RT=0,16V/A ( dove V = Volume della sala [m³] ; A = Assorbimento totale della sala [m²] ) ; la presenza, invece, di valori molto diversi tra l’EDT e il T30 è indice del contrario. Il tempo di riverberazione è già di per sé un indicatore della qualità della sala, valori estremi del tempo di riverbero (molto bassi o molto alti) sono infatti indicatori di un difetto acustico.
Il tempo di riverberazione ottimale a 1000 Hz  è dato da: 

RT60OTT(1000 Hz) = j1(√V )^1/j2

ed è stimabile in funzione : 
- del volume ; 
-della destinazione d’uso del locale, (dal momento che : V = volume della sala, j1,j2 = legati alla destinazione d’uso) .  

Per ogni tipo di edificio esistono valori ottimali del tempo di riverberazione, suggeriti in funzione della frequenza sonora e in funzione delle dimensioni del locale. I tempi di riverberazione ottimali sono dati in funzione della frequenza da una curva “a campana rovesciata” che mostra come il valore minimo del tempo di riverbero si ha intorno ai 2000 Hz; è tollerato un aumento del tempo di riverbero verso le basse frequenze, che normalmente si verifica, ed è tollerato anche un aumento verso le alte, che normalmente non si verifica, perché l’assorbimento dell’aria diventa un elemento rilevante. La normativa impone dei valori limite sul tempo di riverbero. I valori ottimali del tempo di riverberazione per un ambiente, variano in proporzione al volume dell’ambiente stesso. 
Tempo di Riverberazione -RT30 - Il Tempo di Riverberazione calcolato con la pendenza media dei primi 30 dB del decadimento del SPL è utile in alcune situazioni di misura per ottenere, per estrapolazione, il Tempo di Riverberazione con decadimento 60 dB prima indicato. 
Livello di pressione sonora in banda A -SPL(A) – I valori della pressione acustica variano su range piuttosto ampi, per cui è sorta la necessità di esprimere queste grandezze in scala logaritmica, pertanto questo parametro è definito da :
LW = 10 log10 W [dB] dove W rif = 10-¹²W W rif
Le sorgenti sonore reali difficilmente emettono suoni puri vibrando con oscillazione sinusoidale di ben definita frequenza. Il più delle volte l’ andamento temporale della pressione in un punto si presenta come una funzione complessa e il suono, così rilevato, può essere considerato come un insieme di suoni puri di diverse frequenze . I livelli determinati nelle diverse bande, prima di essere sommati devono essere opportunamente corretti, al fine di ottenere un valore del livello globale, pesato secondo la scala di pesatura definita dai valori di correzione utilizzati.
La scala di pesatura più usata è la scala “A”, perchè raggruppa valori di correzione i quali tengono conto della sensibilità dell’orecchio umano alle varie frequenze.

LW = 10 log10 W/W rif [dB]    dove W rif = 10-¹²W 

Le sorgenti sonore reali difficilmente emettono suoni puri vibrando con oscillazione sinusoidale di ben definita frequenza. Il più delle volte l’ andamento temporale della pressione in un punto si presenta come una funzione complessa e il suono, così rilevato, può essere considerato come un insieme di suoni puri di diverse frequenze . I livelli determinati nelle diverse bande, prima di essere sommati devono essere opportunamente corretti, al fine di ottenere un valore del livello globale, pesato secondo la scala di pesatura definita dai valori di correzione utilizzati.
La scala di pesatura più usata è la scala “A”, perchè raggruppa valori di correzione i quali tengono conto della sensibilità dell’orecchio umano alle varie frequenze.

-Indice di definizione -D50 - è un parametro basato sul rapporto EUTILE /EDANNOSA 

cioè sul rapporto tra energia utile (suono diretto e le prime riflessioni che arrivano in breve ritardo rispetto al suono diretto), ed energia dannosa (la coda riverberante), questo perché il nostro sistema uditivo integra su un certo periodo, e le primeriflessioni servono a rafforzare l’unicità del suono diretto e a rendere il trasferimento dell’informazione più chiaro e più preciso mentre la coda riverberante, pur essendo energia sonora che contribuisce in maniera rilevante al livello complessivo, noncontribuisce al trasferimento dell’informazione. In questi rapporti tra energia utile ed energia dannosa il valore ottimale non è infinito; esiste un valore ottimale finito per questi parametri, come esiste un valore ottimale finito del tempo di riverbero. Esistono, inoltre, valori ottimali diversi per il parlato e per la musica. Per la musica, infatti, un certo impastamento dei suoni, una certa fusione delle note, un certo intorbidamento spaziale del suono risulta un pregio, mentre non lo è, evidentemente,dal punto di vista dell’udibilità della parola. Il primo parametro acustico che venne introdotto fu la Definizione, indicata con D50:


In altre parole, il D50 è un parametro che rappresenta il contributo delle prime riflessioni alla nitidezza della percezione del parlato. È definito perciò come rapporto tre l’energia sonora che perviene all’ascoltatore entro i primi 50 ms e quella totale, dal momento che dallo studio delle riflessioni del suono si è, appunto, constatato che il suono riflesso rinforza il suono diretto e non viene, quindi, percepito come distinto da questo solo se il ritardo con cui arriva all’ascoltatore non supera certi limiti. Questo parametro, per come è definito, è una grandezza adimensionale, un numero, che può variare da 0 a 1; nel caso di presenza di solo suono diretto vale 1, nel caso, 
assurdo, di completa assenza di suono diretto ed esclusiva presenza di campo riverberante il valore limite del rapporto tende a 0. Questo è un indice che venne definito primariamente con lo scopo di caratterizzare le sale destinate alla parola (come ad esempio le aule scolastiche), per le sale destinate a questo utilizzo i valori ottimali dell’indice di definizione sono all’incirca 0,7 - 0,8 (70 – 80 %). Perché vi sia un’ottima trasmissione del parlato, è necessario che la forma dell’ondasonora generata dalla sorgente non cambi rispetto a quella ricevuta dall’ascoltatore.  Le prime riflessioni sono fondamentali nella percezione del parlato perché risultano lemeno deformate e in tal modo rinforzano l’intelligibilità del parlato. Il cambiamento di forma dell’onda emessa dalla sorgente, e quindi la qualitàdell’intelligibilità, dipendono da : 
- Rumore di fondo ; 
- Tempo di riverberazione,   
-assorbimento dei materiali che compongono l’ambiente.

-Indice di chiarezza -C50 - : è il rapporto tra l’energia utile e l’energia dannosa, data da :
Valori di chiarezza positivi (1, 2 dB) indicano un campo sonoro molto chiaro, troppo chiaro dopo i 2 dB; viceversa valori negativi (-1, -2 dB) indicano un campo sonoro poco chiaro, e valori inferiori ai –2 dB sono considerati eccessivamente bassi. Quindi l’intervallo ottimale, per questo parametro, è dai –2 ai +2 dB. L’indice di chiarezza C50 è però utilizzabile solo nel caso del parlato; nel caso dellamusica invece, dal momento che vogliamo un suono più legato, cioè più mescolato, accettiamo riflessioni più tardive. Una riflessione, infatti, che arriva 70 ms dopo il suono diretto è già dannosa per il parlato, ma è ancora utile per la musica: di conseguenza, per l’utilizzo musicale, si definisce un ulteriore indice di chiarezza, chiamato C80.

-Indice di chiarezza - C80 -: definito come rapporto tra l’energia utile (in questo caso compresa tra 0 e 80 ms), e l’energia dannosa (da 80 ms all’infinito).
Una proprietà importante della definizione dell’indice di chiarezza, valida anche per il 
C80, è che porta in sé la definizione del proprio valore ottimale. Il C80 ha lo stesso intervallo ottimale del C50: (–2 dB, +2 dB), ma nel caso della lirica, questo intervallo assume valori più alti (0 dB, +5 dB). 

-Tempo baricentrico -Ts-Tale parametro, introdotto da Cremer e Kruer, rappresenta il rapporto tra l’energia pesata rispetto agli intervalli di campionamento e l’energia complessiva.

Il tempo baricentrico è un parametro importante, perché, pur mantenendo il concetto  di rapporto energetico, tuttavia è un parametro dimensionalmente omogeneo che non presenta il margine di decadimento ma la quantità di energia che possiede la coda riverberante rispetto al campo diretto, quindi rappresenta la distribuzione dell’energia rispetto al suono diretto. 

-Frazione della prima energia laterale -Lf -Questo parametro indica il rapporto tra il primo suono laterale ed il suono omnidirezionale. 

In altre parole, Lf indica il rapporto tra l’energia che raggiunge l’ascoltatore secondo un angolo a, formato dalla direzione di provenienza del suono e dalla congiungente la 
sorgente con l’ascoltatore rivolto frontalmente verso quest’ultima, e l’energia totale contenuta nell’intera risposta all’impulso. 
Notevole importanza riveste l’aspetto spaziale del suono (nelle sale di ascolto musicale il pubblico è avvolto dal campo sonoro) descritto da questo parametro, che viene espresso in percentuale. Le misurazioni in questo caso (misurazioni del surround) vengono effettuate usando un tipo particolare di microfono, dotato di due capsule coincidenti, una omnidirezionale ed una a forma di otto. Per applicare correttamente la formula ad una misurazione effettuata con il microfono Soundfield, occorre precisare che l’asse X di quest’ultimo deve essere orizzontale e orientato verso la sorgente sonora, l’asse Y anch’esso orizzontale, ortogonale all’asse X e orientato in direzione dell’orecchio sinistro, mentre l’asse Z, verticale, deve essere rivolto verso il soffitto. Risulta inoltre necessario compensare il fatto che il canale W (omnidirezionale), ha un guadagno di 3 dB in meno rispetto ai canali X,Y,Z.

I MATERIALI

In acustica possiamo definire due classi di materiali : 

A - materiali fonoassorbenti 
B - materiali riflettenti. 

La prima classe comprende tutti quei materiali caratterizzati da alti valori del coefficiente di assorbimento acustico in determinate bande di frequenza, impiegati solitamente negli ambienti confinati per controllare le riflessioni indesiderate, la riverberazione e anche il rumore. Questi materiali possono essere raggruppati in tre sottoclassi distinte a seconda del fenomeno di assorbimento acustico che si ritiene predominante : 
1) fonoassorbenti porosi (assorbimento per porosità) ; 
2) pannelli vibranti (assorbimento per risonanza di membrana) ;  
3) pannelli forati risonanti assorbenti (assorbimento per risonanza di cavità) . 

Fonoassorbenti porosi : l’assorbimento acustico è legato principalmente alla dissipazione di energia acustica per attrito tra l’aria e le cavità presenti nel materiale stesso, per gli altri al fenomeno della risonanza. Materiali porosi, quali poliuretani espansi, intonaci acustici, e materiali fibrosi, quali feltri, lana di roccia, lana di vetro, truciolati, si comportano come materiali fonoassorbenti porosi. Le caratteristiche di assorbimento acustico di questi materiali sono legate alla frequenza del suono incidente e allo spessore del materiale stesso e aumentano al crescere di questi. Si può notare che valori elevati di aSab si raggiungono alle alte 
frequenze, mentre alle medie e basse frequenze l’assorbimento acustico aumenta con lo spessore dei pannelli, per cui per avere valori elevati di assorbimento in un campo di frequenze sufficientemente esteso verso le basse frequenze occorre impiegare spessori adeguati di materiali fonoassorbenti porosi. Un aumento di assorbimento acustico alle medie e basse frequenze si ottiene anche interponendo uno strato d’aria (intercapedine) tra il materiale fonoassorbente e la superficie da trattare, questo perché l’assorbimento acustico dei materiali fonoassorbenti porosi è dovuto alla dissipazione dell’energia vibrazionale posseduta dalle molecole dell’aria per attrito con le superfici delle cavità, fenomeno che è massimo laddove si verificano le velocità più elevate. Supponendo che la parete da trattare possa essere considerata perfettamente rigida, in corrispondenza di questa la velocità la velocità delle particelle d’aria sarà nulla e quindi l’efficienza del materiale fonoassorbente poroso minima. Volendo impiegare spessori ridotti di materiali fonoassorbenti porosi, è utile che questi vengano installati non in diretto contatto con la parete ma a conveniente distanza da questa. Le caratteristiche acustiche dei materiali fonoassorbenti porosi sono influenzare notevolmente dai trattamenti superficiali, quali vernici nel caso di intonaci acustici, tessuti o lamierini forati nel caso di feltri e lane di roccia o di vetro. 
Pannelli vibranti : sono costituiti da lastre di materiale non poroso, quale ad esempio il legno compensato, montate su apposito telaio che le mantiene distanziate dalla superficie da trattare formando un’intercapedine d’aria. Colpiti dall’onda sonora questi materiali fonoassorbenti vibrano come un diaframma su di un cuscino d’aria e assorbono l’energia acustica per effetto delle vibrazioni flessionali. Dall’esame dell’andamento del coefficiente di assorbimento aSab di un pannello 
vibrante, si può notare che l’assorbimento acustico è massimo per frequenze intorno alla frequenza di risonanza. La frequenza di risonanza del pannello vibrante dipende dalla sua massa per l’unità di superficie, dalla sua rigidezza in relazione anche al suo supporto e dalla rigidezza dell’intercapedine d’aria. All’aumentare della massa del pannello vibrante e dello spessore dell’intercapedine d’aria, diminuisce il valore della frequenza di risonanza. I pannelli vibranti forniscono buoni valori del coefficiente di assorbimento acustico alle basse frequenze, pannelli vibranti più leggeri presentano valori del coefficiente di assorbimento acustico più elevati perché sono in grado di vibrare più facilmente. Il valore de coefficiente di assorbimento acustico e la larghezza della banda, entro la quale si hanno valori di aSab sufficientemente alti, possono essere aumentati 
ponendo materiali fonoassorbenti porosi nell’intercapedine d’aria. 
Pannelli forati risonanti assorbenti : costituiscono la terza classe di materiali fonoassorbenti e vengono dimensionati e impiegati per sopperire alle deficienze degli altri materiali in particolare alle medie frequenze. Un pannello di materiale non poroso in cui vengono praticati fori di dimensioni opportune, montato a una certa distanza dalla superficie da trattare si comporta come un insieme di risonatori di Helmholtz, tanti quanti sono i fori. Il risonatore di Helmholtz, costituito da una cavità di volume V definita da pareti rigide e collegata all’esterno da una apertura detta collo di lunghezza l e di sezione S, è in grado di dissipare energia acustica in calore per attrito in corrispondenza della sua frequenza di risonanza. Infatti il suono incidente fa vibrare l’aria contenuta nel collo del risonatore, che si comporta come una massa vibrante collegata a una molla costituita dall’aria contenuta nella cavità. I pannelli forati risonanti assorbenti possono essere impiegati anche per l’assorbimento delle medie frequenze acustiche; in questo campo di frequenze, agendo sullo spessore del pannello, sulle dimensioni dei fori e sulla percentuale di foratura nonché sulla distanza di montaggio dalla parete, si può rendere massimo l’assorbimento nella banda di frequenze desiderata. Considerando le caratteristiche di assorbimento delle tre differenti tipologie di materiali fonoassorbenti descritte, si può osservare che ciascun materiale fonoassorbente ha un campo di applicazione ben definito, per cui per ottenere buoni valori di assorbimento acustico alle alte frequenze si devono adoperare materiali fonoassorbenti porosi, alle basse frequenze i pannelli vibranti e alle frequenze intermedie i pannelli forati risonanti assorbenti. Per materiali riflettenti si intendono quei materiali il cui coefficiente di assorbimento risulti nullo per tutte le frequenze. Ne consegue che questa è una situazione piuttosto ideale, nella realtà si trovano materiali che hanno proprietà fonoassorbenti molto limitate quali : tutti i materiali rigidi non porosi, ad esempio pareti intonacate, muri e pavimentazioni che non presentino accidentalità (che favorirebbe un assorbimento ad alta frequenza) e che siano vincolate rigidamente in modo tale da non poter vibrare (che favorirebbe, in questo caso, un assorbimento a basse frequenze). 
Nei modelli acustici analizzati, i materiali riflettenti sono rappresentati genericamente da : pareti, soffitti e pavimenti, mentre quelli fonoassorbenti sono rappresentati da : drappi, poltrone e area riservata al pubblico, decorazioni e per le basse frequenze gli elementi lignei con intercapedini. 






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