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. 

3. METODO DI RICERCA

Per entrambi i teatri considerati, La Fenice e Petruzzelli, sono stati costruiti dei modelli tridimensionali attraverso il programma Autocad. Successivamente tali modelli sono stati importati nel programma Odeon per assegnare i materiali e le relative caratteristiche acustiche. Nel caso del teatro La Fenice sono stati considerati un modello provvisto dei palchi ed uno privo di questi, come quello presente nel progetto acustico redatto dalla ditta Muller BBM. I materiali assegnati alle superfici sono stati scelti in modo tale da ottenere, nei modelli, valori dei parametri analoghi a quelli indicati nel sopra citato progetto; al fine di avere un modello vicino alla realtà e che costituisce una buona base di partenza per le nostre analisi. Inoltre, sono stati realizzati dieci modelli scenografici, che sono stati inseriti in entrambi i teatri lirici considerati. Tali modelli sono stati desunti da quelli utilizzati per lo studio della luce; ad ogni singola scenografia sono stati attribuiti diversi materiali al fine di comprendere meglio se la percezione acustica in sala è condizionata dall’ impianto scenografico. I dieci modelli scenografici sono, però, da ritenersi delle schematizzazioni di quanto avviene in realtà. In scenografia non è, infatti, attuabile una codificazione, la libertà di scelte progettuali effettuate dagli scenografi è innumerevole. Le forme e i materiali che costituiscono la scena sono prerogativa individuale dello scenografo, che adotta le sue scelte in base alla prospettiva, alla drammaturgia, alle sensazioni e/o emozioni attraverso cui ricerca il massimo coinvolgimento dello spettatore. L’ attenzione è stata, inoltre, posta sulle possibili posizioni che può assumere la sorgente sopra il palco. Il direttore d’orchestra, infatti, per bilanciare l’orchestra con varie fonti sonore sul palcoscenico può assegnare a queste una nuova collocazione. Pertanto sono state analizzate le variazione apportate da una posizione dell’ attore vicina al boccascena e da una posta in vicinanza della parete di fondo. Ulteriori analisi hanno indagato la variazione della percezione acustica nei palchi, in relazione ai rispettivi livelli. A riscontro dei primi risultati, si sono analizzate altre scenografie, selezionate per la loro morfologia e per i loro materiali. 

La prima, il Macbeth, può essere l’esempio principe per la variazione di morfologia durante la rappresentazione, nel corso della quale il plafone superiore attraverso i suoi cambi di posizione rende le scene aperte e chiuse. E’ stata anche effettuata la analisi della sala per differenti gradi di riempimento: con pubblico pari a 1/3 e 2/3. Infine si è passati all’ analisi dei palchi in relazione alla loro altezza oltre che della platea. (Per i palchi non è possibile teorizzare il comportamento poiché è diverso in ogni livello, si rimanda all’ allegato per la visione delle griglie). La seconda, Ascanio in Alba, è stata considerata per studiare i parametri in relazione a materiali aventi caratteristiche acustiche diverse. Tale rappresentazione, infatti, durante gli atti presenta uguali morfologie di scena ma materiali diversi. La terza, Le roi de Latore, prevede durante gli atti variazioni di morfologia e di materiali. Tutte le scenografie sopraccitate sono state inserite nei due teatri considerati. Infine, i valori ottenuti da tutti i casi studiati sono stati trasportati in grafici; con l’ausilio di questi diventa più leggibile l’andamento dei parametri, fattore importante per poter operare un confronto delle tendenze dei dati risultati da tutti gli impianti scenografici considerati ed inseriti nei due teatri.

Elenco dei modelli acustici realizzati 

Scenografia e Teatri: Numero modelli 

- Teatro La Fenice 1 

- Teatro La Fenice con camera acustica 1 

- Teatro Petruzzelli 1 

- Modelli basati su studi luce – La Fenice 20 

- Modelli basati sulla posizione della sorgente - La Fenice 2 

- Macbeth – La Fenice 4 

- Macbeth – La Fenice – capienza 1/3 4 

- Macbeth – La Fenice – capienza 2/3 4 

- Macbeth – Petruzzelli 4 

- Ascanio in Alba – La Fenice 5 

- Ascanio in Alba - Petruzzelli 5 

- Le Roi de Lahore – La Fenice 2 

- Le Roi de Lahore – Petruzzelli 2 

APPROCCIO AL PROGRAMMA DI ANALISI ACUSTICA 

ODEON 

Per quanto riguarda l’analisi acustica dei modelli dei due teatri, abbiamo utilizzato il programma Odeon nella versione 4.2 con chiave hardware di proprietà dello IUAV e le versioni demo di Odeon nelle versioni 4.21 e 7 entrambe freeware. Questo programma lavora su modelli tridimensionali costituiti da volumi delimitati da “facce” a geometria regolare e queste si ottengono importando files dxf (Drawing eXchange Format) ottenibili con comuni programmi di grafica, ad esempio autocad. La prima fase del lavoro è stata quella di reperire il materiale riguardante la sala e la torre scenica dei due teatri analizzati: La Fenice e il Petruzzelli, per passare successivamente a disegnare l’involucro del modello mediante il programma autocad.

LA FASE DI IMPORTAZIONE DEL MODELLO GRAFICO 

Partendo da buoni materiali siamo giunti ad ottenere due modelli molto dettagliati i quali ci hanno fatto incorrere nei primi problemi e limitazioni del programma; in primo luogo il programma originale Odeon 4.2 ha la capacità di importare solamente quelle che nel programma autocad sono definite 3dface ossia facce 3d piane con 3 o 4 vertici. Questa caratteristica del programma comporta per superfici complesse e superfici curvate, la loro suddivisione in tante parti, aumentando così notevolmente il numero di elementi costituenti il modello. Questo aspetto può essere risolto con l’ausilio della versione demo del programma Odeon 4.21, la quale è in grado di importare anche altri oggetti tridimensionali, dei quali, i più interessanti sono le 3d polline, polilinee tridimensionali chiuse che possono ovviare al disegno di superfici molto più complesse. Esistono tuttavia delle limitazioni anche nell’importazione di elementi in 3d polyline poiché questi non possono avere al loro interno punti “battuti” 2 volte, la 3d polyline perciò deve essere necessariamente chiusa con il comando autocad. Quest’ultimo particolare può sfuggire per distrazione, dovuta alla ripetitività della azioni nella costruzione del modello e rallenta molto le fasi di importazione. Il programma infatti, una volta conclusa la procedura di importazione del file dxf, ogni qual volta trova in una superficie un punto ripetuto per due volte (che usualmente è il primo e l’ultimo), avvisa con un messaggio di errore e non genera il modello. Il modello generato da Odeon è rappresentato da un file di tipo par. Il file par è editabile (con apposito editor o notepad e simili) e caratterizzato nella prima parte dalla definizione geometrica di tutti i punti dei vertici con relative coordinate e nella successiva, elenca tutte le superfici che compongono il modello e il riferimento ai sopraccitati vertici numerati. L’elenco delle superfici è in ordine alfabetico, corrispondente al nome dei layer di autocad e al tipo di superficie (3dface e 3dpolyline). A tal riguardo è opportuno che i nomi dei layer utilizzati in autocad corrispondano con i materiali che poi si assegneranno alle varie superfici del modello. Il file par creato da Odeon in versioni demo tuttavia non può essere utilizzato per i calcoli, poiché deve essere sbloccato dalla versione originale con chiave hardware. Si procede semplicemente aprendo il file par con la versione originale del programma Odeon 4.2, che genera a sua volta un file di tipo tab e apporta modifiche ai file generati nella fase di importazione. In questa fase si sono riscontrati numerosi problemi; le varie versioni del programma, infatti, non sono completamente compatibili. La versione demo 4.21 è la più affine all’originale, l’unica limitazione consiste infatti, nel numero massimo dei vertici disegnati, in quanto devono essere necessariamente inferiori a 10000 per poter sbloccare il modello con la versione 4.2 originale. La versione Odeon 7 demo (ed anche le successive), risolve notevolmente i problemi riguardanti la chiusura delle 3dpolyline e la sovrapposizione di facce che può creare distorsioni nei calcoli. Per essere utilizzabile dalle precedenti versioni il file par generato da Odeon 7 deve però essere “liberato” da informazioni non compatibili introdotte dalle ultime versioni del programma. Esse sono rappresentate dalle informazioni aggiunte sui layer (colori RGB) contenute nel file che devono essere rimosse. Inoltre in fase di apertura il programma Odeon 4.2 avvisa la presenza di incompatibilità con alcuni file, ma questi vengono automaticamente sostituiti. La limitazione più importante del programma, riguarda il numero massimo di superfici che compongono il modello, che devono essere contenute entro circa 4000 unità perché il modello possa essere utilizzato con le versioni 4 del programma. 

Non vi è un numero massimo certo, ma si è notato che oltre questo valore possono verificarsi anomalie geometriche nel modello stesso. In fase iniziale del lavoro, abbiamo provato ad importare per parti i 2 modelli molto particolareggiati , composti di ben oltre 4000 facce. Procedendo in questo modo, si è notato che il programma importava limitate parti del modello, fermandosi poco oltre al valore di 4000 facce, generando per altro numerosissime anomalie. Per questi motivi si è dovuto procedere alla semplificazione per fasi del modello fino a giungere ad un buon compromesso finale. Questo si ottiene principalmente con la semplificazione delle forme, soprattutto delle superfici curvate, e con l’eliminazione di particolari della sala, ai quali si può ovviare con l’attribuzione di parametri che affronteremo più avanti. La fase dell’importazione del modello prevede anche la specificazione di diversi parametri, essi riguardano il tipo di “oggetti” da ricavare del file dxf (come 3d face, 3d polyline, linee con elevazione, ecc…) e altri parametri fondamentali qui indicati: Max Point Margin, che rappresenta il valore massimo entro il quale Odeon considera vari punti con un’unica coordinata, valore che può essere immaginato come una griglia tridimensionale in cui sono inseriti i punti. Questo valore può comportare dei problemi per la rappresentazione di oggetti particolareggiati all’interno della sala se questi contengono vertici a distanza minore di quella impostata. Max Warp, la curvatura massima oltre la quale Odeon nel caso di 3dface a 4 vertici crea automaticamente 2 facce piane a 3 vertici. Nel caso dell’utilizzo di 3dpolyline sono invece stati riscontrati dei problemi in quanto il programma non provvede a spezzare le superfici curvate in più facce. Glue Surfaces, parametro fondamentale per ottenere superfici uniche quando queste si trovano in uno stesso piano e appartengono a layer uguali. Anche questo parametro purtroppo crea dei problemi quando si creano delle vaste superfici, anche non articolate, formate però da molti vertici, come possono essere pavimentazioni, soffitti e pareti all’interno del modello. Si creano infatti delle anomalie tali da formare degli spazi vuoti all’interno delle stesse superfici alle quali vengono cancellati alcuni vertici. L’ esperienza, acquisita dopo vari tentativi, ha portato a prevedere di “spezzare”, con layer appositamente inseriti, superfici con oltre 20-30 vertici, anche se questo limite non costituisce una regola perché in casi particolari si sono interrotte anche superfici molto più limitate che presentavano comunque dei problemi. Una volta importato il file dxf e sbloccato il modello, si procede a verifiche di carattere geometrico della sala con appositi comandi di Odeon: Check Model for Warped and Overlapping Surface provvede a visualizzare eventuali messaggi di warning. Essi indicano la presenza di superfici curvate oltre i 5 cm, le quali sono accettate dal programma ma lo stesso indica come cause di fuoriuscita dei raggi che Odeon utilizza per simulare le onde sonore. Questo comando avvisa inoltre della presenza di superfici sovrapposte e/o distanziate da altre che minacciano l’integrità dell’involucro del modello. Un altro fondamentale aiuto per verificare l’integrità del modello si ha con la visualizzazione 3D openGL. Con questa analisi infatti si possono facilmente osservare eventuali facce mancanti, distorte, sovrapposte o altri problemi che devono essere però confrontati con la visualizzazione standard 3D View ed in particolare con il comando Highlight Surfaces e Unique Edges che permettono un controllo più accurato delle varie facce che costituiscono il modello. Si sono infatti riscontrati anche problemi di ordine grafico e abbiamo verificato l’inconsistenza di alcune anomalie grafiche presenti nella visualizzazione 3D openGL. Tutte queste verifiche hanno scopo di garantire l’integrità dell’involucro del modello, il programma, infatti, non lavora con modelli in cui ci sia una perdita di raggi che simulano le onde sonore, maggiore del 10% sul totale. I modelli che prevedano aperture verso l’esterno dovranno prevedere superfici corrispondenti alle stesse aperture a cui si assegnerà opportunamente un coefficiente di assorbimento α del 100% per tutte le frequenze. Per questi motivi infatti i primi riscontri del funzionamento del modello si ottengono con l’avvio del calcolo del tempo di riverbero e dal comando Investigate Trace Rays i quali se vi è fuoriuscita di raggi maggiore del 10% sul totale non hanno possibilità di funzionare. Nel corso di queste analisi è frequente ed è tollerabile veder fuoriuscire una piccola quantità di raggi che simulano le onde sonore verso l’esterno, questo risulta evidente proprio con il comando Investigate Trace Rays pur azionato su modelli ricontrollati geometricamente svariate volte e senza messaggi di warning. 

Si può affermare che la semplificazione dei modelli importati, resta una delle più valide carte per ottenere un buon lavoro anche se ci siamo trovati molte volte a dover ridisegnare singole facce, semplicemente perché il programma non le importava tra tante, senza nessuna chiara motivazione.

DEFINIZIONE DEI PARAMETRI E CALCOLI

Per ottenere dei risultati dal modello acustico, i quali sono costituiti da griglie grafiche che rappresentano l’andamento di parametri acustici e dalle risposte deiricevitori, il modello deve necessariamente subire dei passaggi quali: l’inserimento delle sorgenti e ricevitori sonori, l’attribuzione dei materiali e dei parametri alle varie superfici. Il procedimento segue di pari passo la posizione delle varie icone che rappresentano: Attribuzione di Sorgenti e Ricevitori, Materiali che costituiscono il modello, Impostazioni parametri di calcolo, Calcolo del Riverbero, Definizione delle griglie,Parametri dell’Auralizzazione e Jobs. Per quanto riguarda i parametri di calcolo e auralizzazione, essi sono settati automaticamente dal programma e comunque possono essere modificati per condizioni ambientali particolari.

INSERIMENTO DI SORGENTI E RICEVITORI:

Questo comando apre l’apposita finestra, nella cui parte superiore troviamo la lista delle sorgenti sonore. Le sorgenti possono essere di 3 tipi: Puntiformi, Lineari e Superfici; solo la prima però può essere impiegata per le analisi delle griglie acustiche e quindi per le risposte dei ricevitori singole e multiple. Selezionando il tipo di sorgente dovremmo inserire i vari parametri quali:

-La posizione, nel caso di sorgenti puntiformi e lineari (con l’estensione tra due punti) o, nel caso di sorgenti a superficie il numero della faccia scelta sul modello. 

- La direzione, nei vari casi con l’attribuzione di angoli azimutali o per superfici con la direzione della normale. 

- Intensità, equalizzazione 

-Tipologia (nel caso di sorgente puntiforme) Selezionando invece l’icona del ricevitore si inseriscono le coordinate spaziali della posizione e si può accedere alla visualizzazione 3D openGL che risulta d’aiuto quando si inseriscono ricevitori in posizioni anguste, come possono essere i palchi. 

ATTRIBUZIONI DI MATERIALI E CARATTERISTICHE DELLE SUPERFICI: 

Questo comando apre l’apposita finestra divisa in due sezioni: la parte sinistra elenca tutte le superfici che costituiscono il modello e la destra che elenca i vari materiali da attribuire. Come accennato in precedenza, si può suggerire di rinominare, prima della fase di importazione, i layer del disegno in ordine di materiale perché, se questo prima non appare scontato, in questa fase, che comporta un certo dispendio di tempo, risulta molto d’aiuto, dal momento che permette l’attribuzione dei materiali per molte superfici ripetute. Nella lista di superfici si trovano diversi parametri: numero della superficie, numero materiale, scatter, trasparenza, nome della superficie, area della superficie. Le superfici sono numerate, come già scritto in precedenza, in ordine alfabetico corrispondente al nome del layer. I numeri di materiale si riferiscono a quelli della lista sulla parte destra che identificano i vari materiali. Lo scatter invece rappresenta l’accidentalità della superficie, in caso di superfici lisce (ad esempio pareti, pavimenti….) attribuiremo un valore di scatter uguale a 0,1 (default). Per superfici più accidentate o quelle che contengono particolari semplificati, per le sopracitate motivazione nella fase di importazione del modello, si attribuiscono valori di scatter sempre maggiori fino ad un valore massimo di 0,7 , suggerito per superfici molto accidentate (ad esempio tutte le superfici che rappresentano il pubblico in sala). La trasparenza rappresenta la quantità in percentuale (valori compresi tra 0,00­1,00) di onde sonore che attraversano la superficie a cui si attribuisce questo valore. 

Questo parametro può essere assegnato a superfici interne alla sala, risulta ovvio infatti che attribuire trasparenza a superfici che delimitano la sala comprometterebbe la possibilità di calcolo del programma. La trasparenza è utile per superfici che rappresentano piccoli oggetti affiancati o elementi forati, non è tuttavia adatta per superfici interne che rappresentano oggetti quali drappeggi, tende o altri oggetti “leggeri”, materiali che risultano “trasparenti” alle frequenze in cui sono meno fonoassorbenti. La lista dei materiali comprende materiali comuni e altri di ditte specializzate nel campo dell’acustica, soprattutto questi ultimi ed altri di particolare interesse per i teatri e gli elementi di scenografie, sono in lingua tedesca perciò si è provveduto ad una loro traduzione per rendere l’attribuzione dei materiali più veloce ed intuitivo. I materiali sono contenuti in un file (Material.li8) editabile dal programma che consente di modificarli, di aggiungerne ex-novo e di calcolarne nuovi compositi ottenuti accostando percentuali di materiali della stessa lista. Quest’ultima possibilità è molto importante ed interessante per poter ottenere un risultato di fonoassorbimento accettabile da superfici costituite da vari materiali e semplificate nel processo di importazione del modello. Nella lista sono inseriti materiali fondamentali di default, non editabili, il materiale con n° 1 con α = 100% (utilizzabile per aperture verso l’esterno), il materiale n° 0 totalmente trasparente, utilizzato per superfici di “servizio”, dove si possono impostare le griglie acustiche e le sorgenti di superfice (ad esempio l’intera orchestra o un coro), utilizzabili anche per avere la possibilità di importare un singolo modello ( con singole procedure di importazione e assegnazione dei materiali ) con varianti di forme e materiali. Naturalmente quest’ultima possibilità presuppone che il disegno iniziale contenga più varianti al suo interno, si è utilizzata questa possibilità per importare un modello con la scenografia in varie posizioni, dopodiché è stato sufficiente copiare il modello (funzione del programma) e assegnando di volta in volta il materiale n° 0 alle superfici non utilizzate. Un’altra caratteristica importante è rappresentata dalla visualizzazione 3D openGL che non comprende le superfici con materiale n° 0, ciò risulta essenziale per poter visualizzare la variante che si vuole ottenere. Nella finestra dei materiali si trovano anche i comandi per la ripetizione dello scatter, per l’attribuzione generale dei materiali a tutte le superfici, per il rimpiazzamento di materiale ed il quick estimate, l’estimazione rapida del riverbero, la quale provvede a dare una valore stimato del riverbero ottenuto e l’ammontare delle superfici assorbenti per banda di frequenza, essenziale nel caso serva bilanciare una sala per quanto concerne il fonoassorbimento αdei materiali. 

CALCOLO DEL TEMPO DI RIVERBERO GLOBAL ESTIMATE 

Il comando apre una finestra in cui è possibile selezionare la fonte sonora con cui sarà calcolato il tempo di riverbero T20 e T30, un contatore indica progressivamente la quantità di raggi che il programma usa per simulare le onde sonore impiegati per il calcolo. E’ possibile derivare i valori ed ottenere più rapidamente una stima del tempo di riverbero per banda di frequenza. 

DEFINIZIONE DELLE GRIGLIE ACUSTICHE

La griglia acustica è costituita da un insieme di ricevitori ad uguale distanza l’uno dall’altro, i cui risultati sono visualizzati sottoforma di griglia colorata che rappresenta tutti i parametri che il programma calcola: EDT, STI, LLSPL(A), SPL(A), LF, Ts, D50, C80, SPL, T30 Le varie colorazioni possono essere confrontate con la scala che di volta in volta viene calcolata con il volume coperto dai raggi impiegati per eseguire i calcoli. La scala può essere anche specificata manualmente così come devono necessariamente essere definite le superfici costituenti la griglia, scelte tra le superfici orizzontali del modello (le quali possono essere appositamente create e assegnate loro il materiale 0) , e la distanza e altezza dei ricevitori. Si noti che una vicinanza troppo stretta dei ricevitori allungherà notevolmente i tempi di calcolo, il programma esegue infatti, l’analisi su ogni singolo ricevitore. 

Le griglie costituiscono, con l’analisi di singoli ricevitori, l’elemento fondamentale del programma, che da modo di poter avere una visualizzazione grafica del comportamento acustico della sala.

LAVORI JOBS

La finestra dei lavori è strutturata come lista da cui si possono ottenere 3 tipi di risultati: Risposte Singole, Risposte Multi e Griglie Si possono ottenere fino a 20 lavori che necessitano di almeno una sorgente sonora attivata per poter operare dei calcoli. L’attivazione delle sorgenti sonore deve essere eseguita nella apposita finestra sorgenti-ricevitori, per ogni jobs possono essere attivate una o più sorgenti. In quest’ultimo caso si possono combinare gli effetti di sorgenti puntiformi con sorgenti lineari e di superfice. Inserendo in un lavoro un ricevitore singolo, si otterranno dati dettagliati per il ricevitore, per ottenere invece risposte multi o griglie acustiche è necessario spuntare l’apposita casella. Per i ricevitori singoli, l’analisi comprende molti risultati: Parametri acustici ( EDT, STI, LLSPL(A), SPL(A), LF, Ts, D50, C80, SPL, T30), Curve di decadimento per bande di frequenza, Riflettogramma per bande di frequenza e riflessioni sonore. La risposta per punto singolo simula anche l’ascolto di un colpo a salve sparato nel punto della sorgente sonora per dare un’idea della riverberazione. Oltre ai Job è possibile anche passare all’auralizzazione che consente di simulare l’ascolto dal punto del ricevitore selezionato di suoni, musiche emesse dalla sorgente sonora, i suoni possono anche essere inseriti nel programma a condizione che siano delle stesse caratteristiche di quelli già presenti (default).

DEFINIZIONE DEI RIFLETTORI E CALCOLO DELLA RIFLESSIONE 

Questo comando permette di selezionare le superfici che saranno considerate riflettori acustici, così da poter valutarne poi gli effetti in sala. Si selezionerà poi la sorgente e verrà visualizzata graficamente l’incidenza e la distribuzione del suono riflesso nell’ambiente in modo tale da valutarne le caratteristiche sia in base alla posizione della sorgente sia in base alla morfologia del riflettore sonoro. 

CONSIDERAZIONI SUL PROGRAMMA ODEON 

Questo programma si è dimostrato molto utile e in genere abbastanza flessibile pur considerando che la versione presente allo IUAV, la 4.2, è già stata rinnovata di molto (da poco è uscita la versione 8) con l’introduzione di nuove caratteristiche e funzionalità. L’aspetto più negativo riguarda le limitate possibilità in fase di importazione del modello, fattore questo, che come descritto ha comportato notevoli problemi e ritardi. Altri aspetti che compromettono parte della corrispondenza con la realtà delle simulazioni consistono nell’aspetto già accennato degli oggetti interni alla sala. Non è possibile simulare del tutto realmente oggetti interni alla sala perché il programma non ha la capacità di simulare materiali che si trovano nella condizione di essere attraversati da un’onda sonora, ad esempio tendaggi, quinte, elementi scenografici e più generalmente tutti gli oggetti interni della sala. Odeon infatti, tratta solamente superfici, e l’onda sonora che si infrange contro di loro viene assorbita in base alle caratteristiche di fonoassorbimento α, ed è infine riflessa con modalità dipendenti dalle caratteristiche (scatter) assegnate al materiale. Per essere funzionale a queste esigenze Odeon dovrebbe provvedere all’assegnazione al materiale di una caratteristica simile alla trasparenza, relazionata al coefficiente αdi fonoassorbimento del materiale. La capacità di assegnare la trasparenza al materiale, infatti, in questo caso non aiuta, dal momento che l’onda che attraversa l’oggetto mantiene le stesse qualità sonore e non è influenzata dal fonoassorbimento α del materiale attraversato. 

Per avere risultati il più possibile vicino alla realtà, l’approccio utilizzato per Odeon e la creazione dei modelli, deve seguire un percorso di scelte dettate non tanto dalla rappresentazione accurata della realtà, per geometrie e per materiali, ma dal modo di confrontarsi che ha il programma con il modello. Secondo questa logica sono necessarie, come già descritto, semplificazioni geometriche e considerazioni sulle caratteristiche dei materiali quali composizione, assemblaggio e interazione, in modo da ottenere non tanto un modello simile alla realtà quanto, invece, risultati il più veritieri possibile. Questo paragrafo riguardante il programma Odeon non ha infatti il solo scopo di illustrare come si sono costruiti i modelli e ottenuti i risultati dalle analisi acustiche, ma si prefigge anche di mettere a disposizione l’esperienza e i problemi incontrati per chiunque intendesse usare questo programma. Nonostante Odeon si sia sviluppato in altre versioni, introducendo nuove funzionalità, le caratteristiche generali sono state mantenute, quindi nonostante questo paragrafo non costituisca una guida, può chiarire l’approccio da tenere nei confronti di questo programma. 

2. INTRODUZIONE

INTRODUZIONE

Lo studio qui presentato si inserisce nel contesto delle analisi acustiche sui teatri, argomento ampiamente discusso e di crescente interesse.

L’acustica è una delle caratteristiche peculiari che definisce un ambiente destinato alle rappresentazioni teatrali e musicali.

Le analisi che si svolgono in questo campo valutano, generalmente, la conformazione teatrale ed i relativi materiali di costruzione, mentre alla scenografia viene attribuito un ruolo marginale.

Questa ricerca propone la verifica dell’influenza delle scenografie sulla qualità acustica del teatro lirico.

Ci si propone di verificare l’influenza delle scenografie perché, diversamente dal passato, presentano morfologie più articolate e materiali aventi tra loro caratteristiche acustiche diverse.

Pertanto in questa ricerca si sono considerate tipologie scenografiche che differiscono sia per tipologia che per materiali.

La distinzione morfologica comprende scenografie definite “aperte”, composte da quinte e pareti di fondo e scenografie definite “chiuse” in cui lo spazio scenico è delimitato da pareti e copertura.

Nella valutazione dei materiali si considerano le loro proprietà acustiche, ovvero si distinguono in base al coefficiente di fonoassorbimento, che li caratterizza.

Dal momento che le scenografie rivestono un ruolo fondamentale si è voluto, innanzitutto, capire quali sono gli elementi che determinano le scelte effettuate per la loro realizzazione.

A tal fine sono stati interpellati gli scenografi F.Arrivo e E.Sanchi, professori all’Accademia di Belle Arti di Venezia. Essi hanno chiarito che le scelte sono legate alla drammaturgia dell’ opera, ai suoi contenuti, all’enfasi che si vuole trasmettere agli spettatori per coinvolgerli sia emotivamente che visivamente.

Per poter verificare l’influenza scenografica nell’acustica teatrale, è risultato necessario scegliere ambienti teatrali in cui poterle inserire.

La scelta di due teatri è stata determinata dall’ esigenza di avere un riscontro tra i risultati ottenuti nei singoli ambienti.

Vengono analizzati i teatri Petruzzelli e La Fenice aventi la stessa tipologia a “ferro di cavallo” e originariamente realizzati con elementi lignei.

Inoltre sotto il punto di vista storico, entrambi hanno avuto la stessa sorte dal momento che sono stati incendiati anche se, com'è noto, La Fenice è già stata ricostruita mentre il Petruzzelli è in fase di ristrutturazione.

Per ottenere i risultati acustici, è stato necessario realizzare un modello virtuale di ogni teatro e di ciascuna tipologia scenografica, attraverso il programma Autocad.

Successivamente tali modelli sono stati importati nel programma di acustica Odeon, che ha restituito i valori dei parametri che concorrono alla percezione acustica.

La scena e il piacevole ascolto nel teatro lirico

Siamo un gruppo di architetti laureati allo IUAV di Venezia nel 2006, in questo blog vogliamo rendere disponibile a tutti i risultati conseguiti con la nostra tesi in acustica e già pubblicati negli atti dal 34° convegno nazionale Aia Università degli Studi di Firenze facoltà di Architettura – 13–15 Giugno 2007 e su "the Juornal of Contemporary Scenography" nel 2009.
La tesi studia l'influenza delle scenografie nell'acustica del teatro lirico, in particolare utilizzando forme e materiali aventi caratteristiche acustiche diverse.
Lo studio è stato effettuato con il programma Odeon sui modelli di due teatri italiani, La Fenice di Venezia ed il Petruzzelli di Bari ed ha coinvolto gli scenografi Francesco Arrivo ed Edoardo Sanchi dell'Accademia di Belle Arti di Venezia.