Il corretto dimensionamento delle stanze (1° parte)

SUONO & STUDIO
a cura del Dr. Marco Fringuellino*
Il corretto dimensionamento delle stanze (1° parte)
La percezione dei suoni è
un’esperienza che tutti gli esseri
umani fruiscono in
continuazione, sentendo dei
rumori, parlando, ascoltando
musica, ecc. Gran parte del
tempo della vita quotidiana è
trascorso nelle stanze di case,
fenomeno d’interferenza
assume i suoi valori estremi,
sono dette frequenze di
risonanza dell’ambiente. A
queste frequenze, nella stanza si
creano delle zone d’interferenza
costruttiva, dette ventri, in cui la
pressione sonora oscilla fra i
Figura 1 – Esempio in pianta di
distribuzione del livello
della pressione sonora in un
ambiente a 80 Hz.
valori massimi, e delle zone
d’interferenza distruttiva, dette
nodi, in cui la pressione oscilla
fra i valori minimi. La peculiarità
di questo fenomeno è che i
ventri ed i nodi sono stazionari
nello spazio, ossia in un dato
ambiente ed a una certa
frequenza di risonanza sono
punti fissi. Il primo effetto
negativo dovuto alla presenza
delle onde stazionarie in un
ambiente è
che, alla
frequenza di
risonanza, il
campo di
pressione nella
stanza non è
assolutamente
omogeneo
nello spazio:
spostandosi
all’interno
dell’ambiente
si
percepiscono
variazioni del
livello della
pressione
sonora di
decine di
decibel (c.f.r.
figg. 1 e 2). Il
scuole, uffici, ecc. In generale
questi locali sono dei
parallelepipedi, perché questa è
la forma tridimensionale che più
si è affermata in edilizia, per ovvi
motivi di stabilità statica e
ottimizzazione dello spazio a
disposizione.
Sicuramente è capitato a tutti di
notare che mentre alcune stanze
sono davvero pessime dal punto
di vista dell’ascolto, altre tutto
sommato “suonano bene”
(riferendosi a locali non trattati
acusticamente). Il motivo di
questi comportamenti, cosi
differenti per ambienti diversi, è
da ricercarsi in molteplici fattori.
Tra essi è rilevante il fatto che, in
presenza di una sorgente che
emette del suono, nella stanza si
instaurano delle onde acustiche
particolari, dette stazionarie.
Questo è un fenomeno che
nasce dall’interferenza fra l’onda
diretta emessa dalla sorgente, e
le onde riflesse dalle superfici
dell’ambiente.
Le frequenze alle quali questo
24 B R O A D C A S T
&
P R O D U C T I O N
secondo problema è legato alla
risposta in frequenza: in
ambienti non controllati la
risposta in frequenza della sala è
totalmente non lineare,
caratterizzata da forti picchi ad
alcune frequenze (percepite
enfatizzate all’orecchio, come
rimbombi) e
profonde valli in
altre (percepite
come decurtate
nell’ascolto). La
differenza fra il
massimo ed il
minimo della
risposta in
frequenza
dell’ambiente è
definito ROS
(Rapporto di
Onde Stazionarie).
Il motivo per cui
certe stanze
“suonano” meglio o peggio di
altre è proprio da ricercarsi nella
distribuzione in frequenza delle
onde stazionarie. Quello che è
importante sapere, infatti, è che
la frequenza di risonanza di
ognuna di queste onde
stazionarie è legata alle tre
dimensioni (lx, ly,lz )
dell’ambiente, come visibile
nella formula di figura 3. In
questa formula sono presenti
•
anche tre numeri interi (nx,
ny,nz ) chiamati “indici modali”.
Le dimensioni della stanza sono
dunque combinate nella
formula con tutte le possibili
permutazioni di questi tre
numeri interi: per le stanze in
cui il rapporto dei lati è
commensurabile (ossia
ammettono un minimo comune
multiplo), ciò può essere causa
del fatto che differenti onde
stazionarie (con diversi indici
modali e diversa distribuzione
nello spazio di ventri e nodi) si
presentino alla stessa frequenza
di risonanza.
Queste particolari onde
stazionarie, dette coincidenti,
sono oltremodo deleterie per
l’ascolto, dunque in fase di
progettazione la distribuzione
delle frequenze di risonanza può
essere ottimizzata, sia per
evitare onde coincidenti, sia per
essere la meno sconveniente
possibile ai fini di una corretta
risposta della sala, ottenendo
dei rapporti dei lati che siano
incommensurabili. Molti
ricercatori, basandosi sulla
teoria analitica per il
Figura 2 – Esempio di
distribuzione del livello della
pressione sonora in due stanze
accoppiate a 83,5 Hz.
D I C E M B R E / G E N N A I O
2 0 1 0
Figura 3 – Formula per il calcolo
delle frequenze di risonanza in
un parallelepipedo.
parallelepipedo e sulla formula
di figura 3, si sono cimentati
nell’ottenere dei rapporti fra le
dimensioni dei lati che
ottimizzassero la risposta
modale alle basse frequenze,
secondo differenti criteri. R.H.
Bolt, nel 1946, studiò il
problema assumendo che vi
sarebbe stata una migliore
risposta in frequenza, avente un
minore rapporto di onde
stazionarie, imponendo che i
modi fossero equi-spaziati in
frequenza.
Egli ottenne come valori dei
rapporti tra le dimensioni dei
lati 2:3:5 e 1:1,26:1,59. L.W.
Sepmayer, nel 1965, giunse a
l’equi-spazialità
dei modi in
frequenza non
renda
soddisfacente la
risposta. Louden
nel 1971, a seguito
di uno studio eseguito su 125
combinazioni di rapporti
dimensionali di stanze
rettangolari, suggerì che la figura
di merito per giudicare i
rapporti di dimensioni sia basata
non sull’equi-spazialità in
frequenza ma sulla deviazione
standard della spaziatura
intermodale. Egli stabilì come
uno dei rapporti ottimali fosse
1:1,4:1,9.
Gilford, nel 1979, propose un
metodo d’analisi per bande di
definire tre famiglie di rapporti
ottimali, a seconda che, a parità
di altezza, si desiderino stanze
più o meno allungate (fig. 4). Si
noti come la seconda serie di
questi rapporti sia molto
prossima a quella enunciata da
Bolt. Successivi studi
mostrarono come le ipotesi di
Bolt e Sepmayer, sebbene
buone, non fossero le migliori e
Figura 4 – Rapporti di Sepmayer
tra le dimensioni di un
ambiente a parallelepipedo.
larghezza di 20 Hz, il quale
prevedeva un’iterazione per
successivi aggiustamenti
affinché un’equa distribuzione
dei modi per banda fosse
sufficientemente raggiunta. Se
all’epoca il metodo risultò
oltremodo pesante e laborioso,
attualmente il computer
permette di implementare i
metodi iterativi e fornire il
miglior rapporto dei lati di un
ambiente in tempi brevi.
* Dott. Marco Fringuellino
[email protected]
Musicista ed Esperto
di Acustica
Consulente della S-M
di Pino Stillitano
www.S-M.it
mezza
orizzontale
D I C E M B R E / G E N N A I O
2 0 1 0
•
B R O A D C A S T
&
P R O D U C T I O N
19