Appunti Suono Exhibit Design

SUONO

Per la valutazione del comfort acustico negli spazi espositivi e, più generalmente, in presenza di

gruppi di persone, vengono considerati i seguenti parametri:

• il tempo di riverberazione, • il livello di rumore, • lacapacità acustica dell’ambiente in esame,

• livello ottimale di ascolto dei sistemi di acustica attiva. • Soundscape

L’acustica

• L’Acustica è il ramo della fisica che tratta la generazione, la propagazione e la percezione di onde in

mezzi elastici (gassosi, liquidio solidi);

• L’acustica è strettamente correlata con il senso dell’udito.

Fenomeno ondoso

Un’onda è un disturbo che viaggia attraverso un mezzo elastico, trasporta energia da un posto ad un

altro senza trasporto di materia. Ogni particella del mezzo subisce uno spostamento temporaneo per

poi ritornare nella posizione di equilibrio.

Generazione del suono

Il suono è una perturbazione di carattere oscillatorio che si propaga in un mezzo elastico (gassoso,

liquido o solido), di frequenza tale da essere percepita dall’orecchio umano (da circa 20 a 20.000 Hz)

La perturbazione è generata dalla vibrazione di un corpo (sorgente sonora) che comprime ed espande

alternativamente il mezzo elastico in cui è immerso trasmettendogli il moto oscillatorio.

1. Introduzione all'Acustica

• Acustica: Ramo della fisica che studia la generazione, propagazione e percezione delle onde

sonore nei mezzi elastici (gassosi, liquidi o solidi).

• Relazione con l'udito: L'acustica è strettamente correlata al senso dell'udito umano, che

percepisce variazioni di pressione come suoni.

2. Fenomeno Ondoso

• Definizione: Un'onda è un disturbo che si propaga attraverso un mezzo elastico, trasportando

energia senza trasportare materia.

• Comportamento delle particelle: Le particelle del mezzo oscillano attorno alla loro posizione

di equilibrio mentre l'onda si propaga.

3. Generazione del Suono

• Definizione: Il suono è una perturbazione oscillatoria che si propaga in un mezzo elastico e

viene percepita dall'orecchio umano (20-20.000 Hz).

• Processo: Generato dalla vibrazione di un corpo (sorgente sonora), che comprime ed espande

alternativamente il mezzo in cui è immerso, trasmettendo il moto oscillatorio.

4. Velocità del Suono

• cc

Formula: La velocità del suono c in un gas ideale dipende dalla temperatura e dalle

c=γRTMc = \sqrt{\frac{\gamma R T}{M}}

proprietà del gas: c=MγRT

γ: Rapporto dei calori specifici.

o R: Costante universale dei gas.

o T: Temperatura assoluta.

o M: Massa molare del gas.

o

• Valori: Aria a 0°C: 331 m/s.

o Aria a 20°C: 343 m/s.

o Altri mezzi: varia notevolmente (e.g., acciaio: 5200 m/s, acqua distillata a 20°C: 1481

o m/s).

5. Periodicità dei Fenomeni Acustici

• Grandezze:

Lunghezza d'onda (λ): Distanza tra due punti corrispondenti di due cicli successivi di

o un'onda.

Periodo (T): Tempo necessario per completare un ciclo.

o Frequenza (f): Numero di cicli per unità di tempo.

o

f=1Tf = \frac{1}{T}

f=T1

Relazione:

o

c=fλc = f \lambda

c=fλ

Esempio: in aria, per f = 20 Hz → λ = 17 m; per f = 20 kHz → λ = 17 mm.

o

6. Pressione Sonora

• Definizione: Variazione della pressione statica dovuta alla presenza di un'onda sonora.

• peff=1T∫0T[Δp(t)]2dtp_{eff} = \sqrt{\frac{1}{T} \int_0^T [\Delta p(t)]^2

Valore RMS:

dt} peff =T1 ∫0T [Δp(t)]2dt

p0: Pressione statica (e.g., pressione atmosferica).

o Δp(t): Variazione istantanea della pressione.

o

7. Livello di Pressione Sonora

• Lp=10log⁡10(p2pref2)L_p = 10 \log_{10} \left(\frac{p^2}{p_{ref}^2}\right)

Formula: Lp

=10log10 (pref2 p2 ) pref=20μPap_{ref} = 20 \mu Pa

Riferimento: pref =20μPa, soglia convenzionale di

o udibilità a 1000 Hz.

• Esempi:

20 Pa → 120 dB.

o 200 Pa → 140 dB.

o

8. Potenza Sonora

• Definizione: Energia sonora irradiata nell'unità di tempo da una sorgente sonora.

• LW=10log⁡10(WWref)L_W = 10 \log_{10}

Formula per il livello di potenza sonora:

\left(\frac{W}{W_{ref}}\right) LW =10log10 (Wref W )

Wref=10−12WW_{ref} = 10^{-12} W

Riferimento: Wref =10−12W.

o

9. Intensità Sonora

• Definizione: Energia per unità di tempo che attraversa una superficie unitaria perpendicolare

alla direzione di propagazione dell'onda (W/m²).

• Relazione con la distanza:

Onde piane: Intensità costante se non si considerano fenomeni dissipativi.

o Onde sferiche:

o

I=W4πr2I = \frac{W}{4 \pi r^2} I=4πr2W

Relazione con pressione sonora:

o

I=p2ρcI = \frac{p^2}{\rho c}

I=ρcp2

10. Sorgenti Sonore

• Tipologie:

Voce umana: Prodotta dalle corde vocali.

o Strumenti musicali: Vibrano per produrre suono (e.g., corde, membrane).

o Sorgenti di rumore: Non necessariamente musicali o articolate.

o

• Caratteristiche:

Potenza sonora (W).

o Spettro: Distribuzione delle frequenze emesse.

o Direttività: Dipendenza dell'emissione dal punto di vista direzionale.

o

11. Relazione tra Frequenza e Lunghezza d’Onda

• c=fλc = f \lambda

Formula: c=fλ

In aria (c = 343 m/s), lunghezze d'onda vanno da 17 m (f = 20 Hz) a 17 mm (f = 20 kHz).

o

12. Anatomia dell’Orecchio Umano

• Orecchio Esterno: Capta le onde sonore e le dirige verso il timpano.

• Orecchio Medio: Amplifica e trasmette le vibrazioni dal timpano all'orecchio interno.

• Orecchio Interno: Converte le vibrazioni in impulsi elettrici inviati al cervello.

13. Curve di Ponderazione

• Curve: Rappresentano la sensibilità dell'orecchio umano a diverse frequenze.

• Audiogramma Normale: Misura della soglia di udibilità a diverse frequenze per una persona

con udito normale.

MATERIALI ACUSTICI

Introduzione dei materiali acustici

• Definizione: I materiali acustici sono usati per controllare la qualità del suono in un ambiente,

migliorando l'assorbimento, la riflessione e la diffusione sonora.

Proprietà dei materiali e interazione con l’onda sonora

• Proprietà chiave:

Assorbimento

o Riflessione

o Diffusione

o

• Concetti:

Energia incidente (Ei): Energia sonora che arriva sulla superficie.

o Energia riflessa (Er): Parte dell'energia incidente che viene riflessa.

o Energia assorbita (Ea): Parte dell'energia incidente assorbita dal materiale.

o Energia trasmessa (Et): Parte dell'energia incidente che attraversa il materiale.

o

• Legge della conservazione dell'energia: Ei = Er + Ea + Et.

Materiali fonoassorbenti: tipologie e progettazione

• Tipologie principali:

Materiali porosi: es. lana di roccia, fibra di vetro, polietilene.

o Risuonatori di Helmholtz.

o Pannelli vibranti.

o

• Progettazione:

Pori aperti e interconnessi: Fondamentale per l'efficacia dell'assorbimento.

o Effetti dissipativi: Attrito con le pareti dei pori e conversione dell'energia sonora in

o calore.

Metodi di misurazione delle proprietà fonoassorbenti

• Norme ISO:

ISO 354:2003

o ISO 10534:1996

o

• Strumenti:

Tubo di impedenza: Misurazione del coefficiente di assorbimento a incidenza normale.

o Camera riverberante: Misurazione del coefficiente di assorbimento a incidenza

o diffusa.

Materiali fonodiffondenti: tipologie e progettazione

• Tipologie:

Diffusori mono e bidimensionali.

o Superfici concave e convesse.

o Strutture geometriche irregolari.

o Strutture geometriche periodiche.

o QRD – Quadratic Residue Diffusers.

o Diffusori di Schroeder.

o

• Progettazione:

Densità degli elementi irregolari: 50-60% per migliorare la diffusione.

o Elementi più larghi e alti: Migliorano le prestazioni alle basse frequenze.

o Angoli ottimali tra gli elementi scatterizzanti: Profondità, simmetria e periodicità.

o Superfici curve: Producono uno scattering più uniforme tra frequenze successive.

o

Metodi di misurazione delle proprietà fonodiffondenti

• Norma ISO: ISO 17497-2:2012.

• Principi di misurazione:

Misurazioni delle riflessioni diffuse.

o Valutazione del coefficiente di diffusione.

o

Titolo: Materiali fonoassorbenti: pannelli forati

• Pannello risonante

Diapositiva 21

Titolo: Materiali fonoassorbenti: pannelli forati

• Pannelli in legno forato

• Fantoni Kaufman Repetto Milan

Diapositiva 22

Titolo: Materiali fonoassorbenti: Misurazione

• A A-vuoto A-s

• Lana minerale densità 40kg/m³ e spessore 40 mm

• Strato superiore 19 mm, fori 2mm+15mm

Diapositiva 23

Titolo: Materiali fonoassorbenti: Misurazione

• Pannello forato risonante con intercapedine 50 mm, strato di lana minerale densità 40kg/m³ e

spessore 40 mm

• A A-vuoto A-s

Diapositiva 24

Titolo: Calcestruzzo poroso con aggregati di dimensioni e forma diverse

• A 20 mm B 20 mm C 20 mm D 20 mm

• Aggregato in ghiaia schiacciata irregolare 4/8 mm

• Aggregato leggero in vetro espanso sferico 4/8 mm

• Aggregato leggero in vetro espanso sferico 2/4 mm

• Aggregato leggero in vetro espanso sferico 0.

CAMPI SONORI E PROPAGAZIONE

Acustica degli ambienti chiusi

• Differenze tra uffici, sale conferenze, aule scolastiche, e sale da concerti dovute a:

Dimensione

o Geometria

o Materiali

o Sorgenti sonore

o Campo sonoro

o

Propagazione del suono in campo libero

• Si verifica in spazi aperti senza ostacoli.

• Suono emesso da una sorgente puntiforme con potenza e direttività assegnate.

• I=Q⋅W4⋅π⋅r2I = \frac{Q \cdot W}{4 \cdot \pi

Intensità acustica in un punto P calcolata come:

\cdot r^2} I=4⋅π⋅r2Q⋅W Dove:

II I = intensità sonora in P (W/m²)

o rr r = distanza ricevitore-sorgente (m)

o WW

W = potenza sonora di S (W)

o QQ

Q = fattore di direttività di S

o

Direttività di una sorgente sonora omnidirezionale

• QQ IDID

Fattore di direttività Q e Indice di direttività ID:

Q=1Q = 1 ID=0ID = 0

Spazio libero: Q=1, ID=0 dB

o Q=2Q = 2 ID=3ID = 3

Sorgente su superficie riflettente: Q=2, ID=3 dB

o Q=4Q = 4 ID=6ID = 6

Incrocio di due superfici riflettenti: Q=4, ID=6 dB

o Q=8Q = 8 ID=9ID = 9

Incrocio di tre superfici riflettenti: Q=8, ID=9 dB

o Formula dell'intensità:

o