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  • Mercoledì 01 Luglio 2009 09:05
  • Scritto da David Guanciarossa

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 Correzione acustica dei piccoli ambienti (II parte)

 

Riverbero e tempo di riverberazione

Consideriamo un ambiente ed una sorgente sonora messa rapidamente in azione; l'ascoltatore sarà investito da una percentuale di energia direttamente proveniente dalla fonte di emissione e da quella (indiretta) riflessa dalle pareti. Quest'ultima, successivamente, subirà una seconda riflessione che, a sua volta, giungerà all'orecchio dell'ascoltatore e così via, per una serie di riflessioni successive, finché l'energia emessa non venga ad esaurirsi a causa del successivo assorbimento operato dalle pareti. L'effetto di queste riflessioni multiple non viene distintamente notato dal'orecchio, in quanto queste si succedono a brevissimi intervali di tempo (piccole frazioni di secondo), a meno che non venga bruscamente interrotta la sorgente di emissione: in questo caso l'effetto delle molteplici riflessioni sarà rilevato dall'orecchio sotto la forma di un prolungamento del suono già emesso dalla sorgente e rapidamente diminuente d'intensità: è questo il fenomeno del riverbero (da non confondere con questo dell'eco), l'insieme cioè degli effetti causati dalla rapida giustapposizione delle riflessioni. La durata di questo fenomeno viene convenzionalmente calcolata sul tempo necessario affinchè, una volta cessata la emissione della sorgente, l'intensità del suono decresca di 60 dB (si riduca, cioè, ad un valore cosi basso da non essere più udibile) (fig. 1).

durata convensionale
fig. 1 -Durata convenzionale del tempo di riverberazione (Tr). In A la sorgentge sonora viene bruscamente interrotta e nell'intervallo di tempo corrispondente a Tr l'intensità del suono decresce di 60 dB secondo l'andamento teorico indicato dal tratto A-B

Ogni locale possiede un tempo di riverberazione caratteristico, funzione del volume (v. fig. 2),

andamento nel tempo
fig. 2 - Andamento del tempo di riverberazione in funzione del volume della sala.

della natura e della forma delle pareti ed il suo valore può variare da poche frazioni di secondo a 10 secondi ed oltre; tale valore dipende, inoltre, dalla frequenza emessa dalla sorgente: così di un determinato ambiente e possibile misurare diversi valori del tempo di riverberazione, ad es. a 100, 500, o 1000 Hz (v. fig. 3).

riverberazione/frequenza
fig. 3 - Andamento del tempo di riverberazione in funzione della frequenza

La durata del tempo di riverberazione può influire molto sulla qualità e fedeltà della riproduzione sonora, anche perchè, nel caso dei piccoli ambienti, sul fenomeno del riverbero ha notevole influenza l'effetto della risonanza che può rendere non uniforme lo smorzamento dell'energia sonora. La figura n. 4,

4a
fig. 4a - Tempo di riverberazione per un suono emesso in un ambiente in cui le frequenze eccitate sono poche (ambiente piccolo).
4b
fig. 4b - Tempo di riverberazione per un locale di grandi dimensioni.

ad esempio, indica l'andamento della coda sonora (tempo di riverberazione) nel caso di una stanza di dimensioni relativamente modeste, allorché la sorgente sonora (un suono puro e stabile) venga fatta bruscamente cessare. Il livello di pressione acustica indicato in A decresce ad un valore di -60 dB (punto B), ma la variazione e tutt'altro che lineare (come, invece, indicato nella fig. 1, calcolata in via teorica), presentando numerose irregolarita dovute alla disuniforme distribuzione a causa della eccitazione delle frequenze proprie dell'ambiente. É comunque evidente che la presenza di riverbero costituisce una vera e propria deformazione del suono. Immaginiamo di avere una sorgente sonora che emetta una serie di suoni ad intervalli regolari in un ambiente completamente non riverberante (camera anecoica) (v. fig. 5 e segg.).

5

Al cessare di ogni impulso sonoro, la pressione sonora decresce istantaneamente (tratto A-B) e l'orecchio sarà in grado di percepire distintamente la successione delle note. Passando in un ambiente debolmente riverberante, lo smorzamento della pressione sonora sarà meno accentuato (del tipo, ad es., della fig. 5b) e così via, passando ad ambienti più riverberanti: la situazione della figura 5-c mostra il sovrapporsi degli effetti, col risultato che l'orecchio non è più in grado di percepire le note singole, in quanto il lungo periodo impiegato da ciascun livello a smorzarsi, fa si che vi si sovrapponga la nota successiva.

All'atto pratico, la riproduzione peggiora per la complessità dei suoni emessi. Diagrammi del tipo delle figure 4-a e 4-b ci mostrano che, in ogni caso, lo smorzamento del livello sonoro non è mai lineare: é come se una nuova oscillazione si sovrapponga, creando un suono parassita. É comune esperienza che l'intellegibilità del linguaggio rischia di essere fortemente compromessa, allorchè un conferenziere parli in una sala piuttosto grande, priva di arredo e... con pochi ascoltatori: l'eccessiva coda sonora che accompagna ogni sillaba farà si che queste si sovrappongaoo, impastandosi tra di loro e rendendo incomprensibile il parlato. Per un ambiente di dirnensioni e caratteristiche domestiche, questo fenomeno è comunque, ben difficile che possa raggiungere l'entità sopradescritta; qualora venga riprodotto un «pieno» orchestrale in una stanza eccessivamente riverberante (molto spoglia di arredi e con superfici molto riflettenti, come ad es. con pavimento di marmo lucido, etc.) va innanzi tutto perduta la precisione dell'esecuzione e la definizione stereofonica, mentre il suono diventa aspro e privo di «calore». Se battete una volta e in maniera energica le mani in un tale ambiente, si sentirà con distinzione l'effetto di riverbero sotto forma di un prolungamento del rumore prodotto.

É guindi necessario per ogni ambiente stabilire la corretta durata del tempo di riverberazione, partendo dal principio elementare che si debba realizzare la maggior fedeltà possibile della restituzione sonora, alle condizioni originarie. Poichè le registrazioni di cui disponiamo in casa (siano esse un disco o un nastro magnetico) sono realizzate in ambienti (studi di registrazione, sale da concerto, etc.) ognuno dotato di proprie caratteristiche di riverberazione, gueste ultime fanno parte del materiale sonoro che viene riprodotto nell'ambiente domestico; in tal modo al fenomeno delle riflessioni multiple proprio dei locali in cui i suoni sono stati registrati, va ad aggiungersi quello che si verifica nell'ambiente di ascolto. La registrazione di un pezzo jazz o rock viene, ad esempio, eseguita spesso dal vivo, in locali molto affollati e quindi con un basso valore del tempo di riverberazione: la riproduzione di un tale brano ne è avvantaggiata, se anche l'ambiente di ascolto possiede un tempo di riverberazione piuttosto breve. Le grandi masse corali e musicali di Wagner saranno valorizzate da un ambiente piuttosto riverberante, mentre la musica da camera richiederà un ambiente moderatamente riverberante. La durata ottimale del tempo di riverberazione, in funzione della frequenza e in funzione del particolare programma musicale da riprodurre, è stata stabilita secondo criteri statistici ricavati dall'esame di soggetti ritenuti capaci di fornire il responso medio dell'orecchio umano (vedi fig. 2). Così, in ambienti di volume molto vicino a quelli domestici (100 m3), si rileva per il parlato un valore di 0,4 secondi, per la musica leggera e da ballo valori oscillanti intorno a 0,8 sec, per la musica da camera un valore di 1,2 sec, per la musica sinfonica intorno a 1,7 sec, per la musica d'orgamo di circa 2 sec. Alcuni autori, però, non ammettono che si superi il valore di 0,7 e altri persino di 0,5 per la musica riprodotta in ambienti di dimensioni dornestiche.

Una volta stabilito il corretto valore del tempo di riverberazione in relazione alle dimensioni dell'ambiente, al tipo di programma sonoro da realizzare, si possono determinare il tipo e l'entità delle correzioni acustiche da apportare al locale, affinchè venga rispettato il valore ottimale prescelto. Sono a disposizione, a questo scopo, molte relazioni di carattere sperimetitale (spesso convalidate anche in linea teorica), il cui uso richiede però la perfetta conoscenza delle limitazioni ,che ne sono alla base. Una delle relazioni correntemente usate anche per ambienti piccoli è quella di Sabine, che presuppone valori uniformi (1) della densità dell'energia sonora in tutti i punti dell'ambiente (uniforrne distribuzione dell'energia) e, inoltre, una diffusione e un assorbimento uniformi delle pareti e una forma cubica del locale:

Sabine
(media dei coefficienti di assorbimento di Sabine delle varie pareti)
in cui:
Tr=tempo di riverberazione in ,secondi;
V=volurne dell'ambiente;
S=superficie complessiva delle pareti;
a1, a2. an = coefficienti di assorbirnento di Sabine (2) (fattore di Sabine) caratterizzante l'azione assorbente delle pareti per ogni singola frequenza;
a1 S1, a2 S2, an Sn = unita assorbenti delle singole pareti delimitanti l'ambiente (prodotto dei fattori di Sabine di ogni singola parete per la relative sunerficie).
p>Nella tabella sono elencati i valori dei coefficienti Sabine, per alcuni materiali di uso commune, per una frequenza di 1024 Hz.

 

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Tabella dei coefficienti di assorbimento Sabine per materiali di uso comune (per una frequenza di 1024 Hz)


- Cemento grezzo colato 0,02
- Intonaci interni su muro 0,04
- Intonaco di gesso 0,03
- Marinette di cemento per pavimento 0,015
- Marmo per zoccoli e pavimenti 0,012
- Travertino 0,04
- Vetro 0,025
- Acqua (sup. libera) 0,015
- Legno verniciato 0,03
- Pavimenti di legno 0,09
- Tappeti di gomma su pavimenti di cemento 0,12
- Tappeti pesanti foderati 0,3
- Tendaggi di cotone in contatto con la parete, 300 gr./mq., non drappeggiati 0,17
- Tendaggi di cotone in contatto con la parete, 420 gr./mq., non drappeggiati 0,22
- Tendaggi di cotone in contatto con la parete, 540 gr./mq., non drappeggiati 0,45
- Poltrone di teatro imbottite 0,30
- Sedie in legno non imbottite 0,04
- Uomo senza cappotto 0,51
- Uomo con cappotto 0,58
- Donna senza cappotto 0,33
- Donna con cappotto 0,54
- Parete in foglio di comuni forati su una faccia vista con fori del diametro di 10 mm. per 1% della superficie complessiva 0,20
- Solaio tipo SAP 16 cm. a travetti prefabbricati con elementi riempiti con feltro di vetro del peso specifico di 60 Kg./mc. forato con fori del diametro di 10 mm. per l'1% della superficie complessiva 0,22
- Intonaco poroso costituito da un impasto di pomice, vermiculite e un legante, trattato a spazzola chiodata, spessore mm. 18 0,18

Dalla (I), imponendo il valore di Tr (valore ottimale del tempo di riverberazione), è possibile risalire essendo anche note le dimensioni delle pareti, al valore medio am del coefficiente di Sabine per ogni frequenza presa in esame. Viceversa, preso in esame un dato locale di volume noto, valutato il coefficiente am tramite la (II) (considerate tutte le superfici e relativo coefficiente a), si può determinare il valore di Tr e paragonarlo con quelli ottimali già stabiliti per via statistica.

É possibile anche fare una verifica delle condizioni ottimali seguendo la relazione di Knudsen:

Knudsen 1

il cui valore deve risultare maggiore appunto di 80. I vari coefficienti vanno scelti con i seguenti criteri: K1 è legato all'intensità del suono emesso dalla sorgente e vale 0,75/0,90/0,85 per livelli sonori di 40, 60, 81 dB rispettivamente; K2 = 0,9 per un valore ottimale di Tr (che va scelto come visto in funzione delle frequenze riprodotte e del volume del locale e del tipo di progranuna); K3 = 1 per ambiente molto tranquillo e 0,9 per ambiente mediamente tranquillo; K4 = 1 per piccoli ambienti. Altre relaziorri sono state elaborate nel tentativo di ottenere Tr con leggi più vicine alla realtà fisica del fenomeno. Per Kundsen vale la relazione:

Kundsen 2
con V=volume dell'ambiente; e = 1,2 per musica sinfonica.

Eyring suggerisce la relazione:

Eyring

da considerarsi piu vicina alla realtà di quella di Sabine, ma più adatta per ambienti grandi dalle pareti diffondenti con valore medio di a maggiore di 0,2+0,3 (3).

Ognuna di queste relazioni ha comunque, alla base, una serie di limitazioni che ne impediscono un uso indiscriminato. La relazione di Sabine è di più immediata applicabilità e può essere usata per piccoli ambienti, pur ammettendo una certa indeterminazione dei risultati.

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1) In realtà, come già visto le ipotesi concernenti la realizzazione di un campo sonoro uniforme non sono sempre realizzabili per ambienti di piccole dimeosioni.
2) Esso è definito dalla relazione: formula 5
con Am e Ao assorbimenti, rispettivamente, per una data frequenza, della sala riverberante, e della sala trattata acusticamente.
(3) Altre relazioni come quella di Millington a Sette: Tr = -0,16 V/S loge rgm, con rgm media dei coeff, di rinvio sono in teoria applicabili ad ambienti grandi.


In pratica

Se l'amblente che avete a disposizione produce un suono squillante, aspro, mancante di definizione e separazione stereo nei pieni orchestrali o, per contro, smorza in maniere eccessiva i suoni acuti, producendo una eccessiva separazione tra i due altoparlanti (1), buona parte di questi guai sono da attribuire ad un non corretto valore del tempo di riverberazione. Un primo rimedio può essere quello di variare la risposta dell'amplificatore alle alte frequenze, tagliando o esaltando un po' i toni alti o meglio operando sui contralli di tono dell'altoparlante degli acuti nei diffusori, qualora, com'è nella generalità dei casi, ne siano provvisti. Un rimedio efficace, ancora non molto diffuso, anche tra i «puristi», è quello di, intervenire in maniera attiva sulla correzione del tempo di riverberazione (2) tramite riverbaratori elettromeccanici o elettronici da inserire nella catena Hi-Fi, come ad es. il Fisher «Space expander», per citare uno dei più noti. Questo tipo di correzione diventa fondamentale quando i difetti di cui sopra non siano ascrivibili all'ambiente di ascolto, ma alla cattiva qualità dell'incisione.

Il modo piu ovvio, comunque, di intervenire è quello di cambiare le caratteristiche acustiche del locale. Una correzione efficace serà quella che ci porterà a definire con sufficiente approssimazione l'entità e la qualità del trattamento acustico da adottare. Supponiamo di avere a disposizione un locale di forma corrispondente ad un parallelepipedo, di dimensioni: metri 6x4=24 mq e h= m 2,80, dotato di una porta e di una finestra (v. fig. 6-A 6-B); un altoparlante sia in funzione ad una frequenza di 1024 Hz:

locale pianta0
locale-pianta 1

stabiliamo anzitutto il tempo di riverberazione del locale nudo per tale frequenza. É necessario, allo scopo, il calcolo delle unità assorbenti che viene eseguito con l'aiuto della tabella:

Pavimento in, marmette in cemento = mq. 24;
coeff. a = 0,015;
unità assorbenti = 0,36 mq.

Soffitto con intonaco normale = mq. 24;
coeff. a = 0,04;
unità assorbenti = 0,96 mq.

Pareti con intonaco .normale mq 44,80;
coeff. a = 0,04;
unità assorbenti = 1,8 mq.

Porta a vetri con asola vetrata superiore = mq. 2,80;
coeff. a = 0,028;
unità assorbenti = 0,079 mq.

Finestra con telalo in legno = mq. 4,50;
coeff. a = 0,03;
unità assorbenti = 0,14 mq.

Tot. unità assorbenti: mq. 3,34. Il volume totale è di m3 67,20.

Applicando la I):

applicazione della formula I

Trattasi quindi di un caso particolarmente grave (il valore ammissibile non deve essere superiore a 0,5-0,6 sec.), come del resto era da aspettarsi data la natura estremamente riflettente del locale: pavimento in marmette, porta a vetri, estesa superficie della finestra. Per contro, il valore ottimale di Tr si avrebbe se nell'ambiente si potesse realizzare un numero di unità assorbenti pari a :

formula 7

Proviamo allora a riempire il nostro locale con i mobili, a rivestire il pavimento di folta moquette, a coprire la parete della finestra con una spessa tenda ed a trattare le pareti con un intonaco speciale (Fig. 6c).

Il calcolo delle unità assorbenti diviene in questo caso:

1) Moquette sul pavimento con feltro Isolante sottostante mq. 24: coeff. a = 0,3 e unità assorbenti = mq. 7,2.
2) 4 poltrone ben imbottite: coeff. a = 0,3 e unità assorbenti = mq. 0,12.
3) Mobilia normale: unità assorbenti = mq. 2.
4) Tendaggio di cotone pesante (420 gr/mq) mq. 11,2; coeff. a = 0,22 e unità assorbenti = mq. 2,5.
5) Presenza di un ascoltatore normalmente vestito: coeff. a = 0,51 e unità assorbenti = mq. 0,51.
6) Trattamento di tre pareti con intonaco poroso di vermiculite, pomace e legante, per uno spessore di mm. 18 mq. 42: coeff. a = 0,18 e unità assorbenti = mq. 7,56.
7) Soffitto con intonaco, normale mq. 24: coeff. a = 0,04 e unità assorbenti = mq. 0,96.
8) Parete normale mq. 8,40: coeff. a = 0,04 e unità assorbenti = mq. 0,33.
9) Porta a vetri mq. 2,80: coeff. a = 0,028 ed unità assorbenti = mq. 0,079.

In totale le unità assorbenti sono = mq. 21,259.

II valore trovato risulta praticamente uguale a' quello richiesto (21,5 mq) dalle condizioni ideali.

La correzione così realizzata è verificata per una frequenza media (circa 1.000 Hz), ma in materia del tutto analoga è possibile procedere per altre frequenze. (Per brevità la tabella riporta i valori del coefficenti di assorbimento alla sole frequenza di 1.024 Hz).

Nella disposizione del materiale assorbente è buona norma evitare che due superfioi parallele ed affacciate l'una verso l'altra restino entrambe non trattate acusticamente e che la parete dietro l'ascoltatore abbia caratteristiche molto riflettenti.

Come visto la presenza di una tenda è un mezzo molto efficace (e molto economico) per modificare il tempo di riverberazione. É opportuno però che questa non venga disposta di fronte agli altoparlanti per evitare di danneggiare la riproduzione degli acuti. La tenda che copre una parete piena deve essere appesa a una certa distanza (alcuni centimetri) da quest'ultima.

Di altri materiali, delle loro caratteristiche assorbenti e dei criteri per la corretta disposizione tratteremo nel prossimo numero.

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1) A quest'ultimo problema è legato l'uso di creare un terzo canale (canale centrale) che ristabilisca la giusta dispersione degli acuti.
2) Di questo e di altri problemi analoghi come l'installazione di equalizzatori per la correzione della risposta globale dell'ambiente d'ascolto, si parlerà in seguito («acustida attiva» nelle pagine di questa rivista).


SUONO HIFI STEREO anno 1 numero 6 dicembre 1971 - Edoardo Catalano

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