Lo studio dei riflettori acustici in una sala polivalente tramite simulazione ray-tracing

Sabrina Canale

Lo studio dei riflettori acustici in una sala polivalente tramite simulazione ray-tracing.

Rel. Arianna Astolfi, Alessia Paola Griginis, Tomás Ignacio Mendez Echenagucia. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città, 2013

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Abstract:	La presente tesi di laurea ha come oggetto lo studio dei riflettori acustici in una sala polivalente tramite simulazione ray-tracing. Per riflettori acustici si intende pannelli le cui forme, dimensioni e materiali possono essere molto vari che forniscono un utile supporto per migliorare le condizioni di comfort acustico all'interno di una sala. Tali pannelli sono principalmente utilizzati al di sopra di grandi palcoscenici per compensare la perdita di riflessioni dalle pareti laterali il cui percorso è ostacolato dalla presenza di un numero elevato di orchestrali, oppure per limitare l'altezza del soffitto al di sopra del palco e ridurre il percorso delle onde sonore riflesse. Il caso in esame riguarda la progettazione di riflettori acustici all'interno della Nuova Aula Magna dell'Università degli Studi di Torino. Sarà facile immaginare che all'interno di tale spazio non vi sia alcun palcoscenico di dimensioni tali da ospitare un'orchestra composta da più di cento elementi. Per quale motivo inserire, in una sala di dimensioni piuttosto contenute e priva di un vero e proprio palcoscenico, riflettori utilizzati quasi esclusivamente per migliorare il comfort acustico dei musicisti sul palcoscenico? Le motivazioni saranno più chiare una volta compresa la teoria alla base della progettazione dei riflettori acustici. Per ora è possibile affermare che il compito principale dei pannelli acustici a soffitto è quello di fornire riflessioni utili, ossia riflessioni che giungono all'ascoltatore entro i 50-80 ms dopo l'arrivo del suono diretto. Le superfici che delimitano l'ambiente in esame, per i motivi che verranno illustrati in seguito, non sono in grado di fornire da sole questo contributo ed è stato necessario progettare i riflettori acustici per sopperire a tale mancanza. La progettazione dei pannelli acustici a soffitto è però piuttosto complicata dal momento che devono essere tenute in considerazione numerose variabili (quali la forma dei pannelli, le loro dimensioni, l'altezza a cui vengono posti, la distanza tra sorgente e ricevitore, ecc...). Per questo motivo è stato indispensabile utilizzare software di simulazione acustica come utile supporto alla progettazione, i quali hanno consentito di esplorare un numero elevato di ipotesi e hanno permesso di ottenere risultati che sarebbe stato molto oneroso compiere manualmente. Sono stati utilizzati due diversi strumenti: il primo è stato uno script creato ad hoc utilizzando Grasshopper, un plug-in per la modellazione generativa in Rhinoceros, il quale a partire dalla definizione delle superfici é in grado ricavare le riflessioni speculari provenienti da ciascun pannello in funzione della posizione della sorgente sonora. Il secondo strumento utilizzato è stato Odeon, uno dei più celebri software di simulazione acustica; questo software ha permesso di realizzare indagini più approfondite de comportamento acustico della sala tramite il calcolo degli indici di qualità acustica e la simulazione della risposta all'impulso. In ultimo il programma ha permesso di realizzare una sorta da "rendering acustico", ossia un file audio in cui un certo segnale, vocale o musicale, viene riprodotto tenendo conto del campo sonoro all'interno dell'ambiente in esame e della posizione in cui si trova l'ascoltatore. Il presente studio è composto essenzialmente da quattro capitoli: i primi hanno carattere teorico mentre l'ultimo riguarda l'applicazione delle nozioni acquisite al caso studio reale. Inizialmente vengono illustrati i parametri di qualità acustica che sono stati utili nell'analisi del comportamento della sala, viene poi illustrata la teoria alla base della progettazione dei riflettori acustici e in ultimo vengono descritti i software di simulazione acustica utilizzati. L'ultima parte è quella che maggiormente caratterizza la tesi e riguarda le indagini svolte per arrivare alla configurazione ottimale dell'Aula Magna.
Relatori:	Arianna Astolfi, Alessia Paola Griginis, Tomás Ignacio Mendez Echenagucia
Tipo di pubblicazione:	A stampa
Soggetti:	A Architettura > AB Architettura degli interni A Architettura > AL Edifici e attrezzature per l'istruzione, la ricerca scientifica, l'informazione G Geografia, Antropologia e Luoghi geografici > GH Scienze Ambientali S Scienze e Scienze Applicate > SA Acustica S Scienze e Scienze Applicate > SD Computer software
Corso di laurea:	Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città
Classe di laurea:	NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici:	NON SPECIFICATO
URI:	http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3177
Capitoli:	Capitolo 1 Introduzione Capitolo 2 Acustica architettonica 2.1 Qualità acustica di una sala di una sala polivalente 2.1.1 Le prime riflessioni 2.1.2 I fenomeni di eco 2.1.3 Il tempo di riverberazione 2.1.4 L'Early Decay Time EDT 2.1.5 La chiarezza C80 2.1.6 L'indice di intelligibilità STI 2.1.7 Il limite percettivo minimo JND 2.2 Progettazione acustica preliminare Capitolo 3 I riflettori acustici sospesi 3.1 Introduzione 3.2 Ragioni per l'uso dei riflettori acustici 3.3 Il singolo pannello 3.3.1 Pannello di dimensioni infinite 3.3.2 Pannello di dimensioni infinite in una direzione del piano 3.3.3 Pannello di dimensioni finite 3.4 La matrice di pannelli 3.4.1 Caratteristiche e comportamento 3.4.2 La frequenza di taglio superiore 3.4.3 La frequenza di taglio inferiore 3.5 Alcune suggestioni Capitolo 4 I software di simulazione acustica 4.1 Simulazione ray-tracing su programmi cad 4.2 Odeon 4.2.1 La costruzione del modello acustico 4.2.2 L'algoritmo di calcolo 4.2.3 Il coefficiente di scattering 4.2.4 L'analisi della risposta all'impulso 4.2.5 Il calcolo dei parametri di qualità acustica 4.2.6 Odeon 9.2 vs Odeon 11 Capitolo 5 Il caso studio 5.1 Obiettivi acustici di progetto 5.2 Lo stato di fatto 5.2.1 Descrizione della sala 5.2.2 Indagini preliminari: presenza di fenomeni di eco 5.2.3 Simulazione acustica: Odeon 5.3 Il trattamento acustico delle superfici della sala 5.4 La progettazione dei riflettori acustici sospesi 5.4.1 Indagini preliminari e simulazione con Grasshopper 5.4.2 Simulazioni con Odeon 5.4.3 La descrizione della configurazione finale 5.4.4 Confronto tra Odeon 9.2 e Odeon 11 5.5 L'auralizzazione Capitolo 6 Conclusioni Bibliografia
Bibliografia:	S. Cingolani, R. Spagnolo, Acustica musicale e architettonica, Torino, UTET Libreria, 2008. F. Bianchi, R. Carratù, L'acustica in architettura, Torino, UTET, 2007. M. Barron, Auditorium acoustics and architectural design, London, E&FN Spon, 2010. Norma italiana UNI EN ISO 3382:2009, Acustica - Misurazione dei parametri acustici degli ambienti. Parte 1 : Sale da spettacolo e Parte 2: Tempo di riverberazione negli ambienti ordinari. AA.VV., Manuale di progettazione edilizia: fondamenti, strumenti, norme. Vol.2: Criteri ambientali e impianti, Milano, HOEPLI, 1994. DIRAC Room Acoustic Software, User manual, Brùel & Kjaer, 2007. R. Spagnolo, Manuale di acustica applicata, Torino, UTET, 2001. European Standard EN 60268-16:2011, Sound system equipment. Part 16: Objective rating of speech intelligibility by Speech Transmission Index. L. Beranek, Music, acoustic and architecture, John Wiley, 1962. L. Dellatorre, Riflettori acustici per l'orchestra: principi e progetto, Tesi di Laurea, Politecnico di Torino, Gennaio 2007. [J.H. Rindel, Acoustic design of reflectors in auditoria, Proceedings of the Institute o Acoustics, 1992, pp. 119-128. J.H. Rindel, Attenuation of sound reflections due to diffraction, Proceedings of the Nordic Acoustical Meeting, Aalborg, Denmark, 1986. X. Zeng, C.L. Christensen, J.H. Rindel, Practical methods to define scattering coefficients in a room acoustic computer model, in Applied Acoustics, vol. 67, 2006, pp. 771-786. P. D'Antonio, T. Cox, Technical Bulletin on the design of overhead canopies for music and speech using the waveform system, RPG Diffusor Systems, Inc, 2004. J.H. Rindel, Design of new ceiling reflectors for improved ensemble in a concert hall, Applied Acoustics, vol. 34,1991, pp. 7-17. J.H. Rindel, The design of an array of reflectors for improved ensemble on a concert hall platform, Nordic Acoustical Meeting, Lulea, 1990. J.H. Rindel, Reflection of sound from finite-size plane and curved surfaces, Meeting of the Acoustical Society of America, Minneapolis, 2005. M. Skalevik, Low frequency limits of reflector arrays, Proceedings of the Institute of Acoustics, 2006, pp. 223-238. M. Skalevik, Orchestra canopy arrays: some significant features, Proceedings of the Nordic Acoustical Meeting, Gothenburg, Sweden, 2006. N.V. Jordan, J.H. Rindel, A.C. Gade, The new orchestra platform in the Danish Radio concert hall, Nordic Acoustical Meeting, Lulea, 1990. RPBW, Architettura & musica, sette cantieri per la musica dall'IRCAM all'Auditorium di Roma (catalogo della mostra), Milano, Edizioni Lybra Immagine, 2002. F. Irace, G. Basilico, R. Piano, La fabbrica della musica: /'auditorium Paganini nella città di Parma, Milano, Editrice Abitare Segesta, 2002. L. Verdi, Auditorium Rai a Napoli, in Modulo n. 327, 2006, pp. 1266-1271. sito web www.kirkegaard.com R. Piano, Giornale di bordo, Firenze, Passigli editore, 1997, pp. 228-233. R.L. Kirkegaard, T.E. Gulsrud, S. McCreery, Acoustics of the Sydney Opera House Concert Hall, Part 2: The Acoustician's Perspective, Proceedings of ICA, Sydney, Australia, 2010. sito web http://europaconcorsi.com/projects/216694-Auditorium-del-parco-L-Aquila sito web http://en.wikipedia.org/wiki/Boettcher_Concert_Hall T. Mendez Echenagucia, A. Astolfi, M. Sassone, L. Shtrepi, A. van der Harten, NURBS and mesh geometry in a room acoustic ray-tracing simulation. C.L. Christensen, Odeon Room acoustic program, version 9.2, User manual, Industrial, Auditorium and Combined Editions, Odeon A/S, Lyngby, Denmark, 2007. H. Kuttruff, Simulation ofsoundreflection from curved walls, Acustica, 1992. A. Farina, A new method for measurement the scattering coefficient and the diffusion coefficient of panels, Acustica/Acta Acustica, vol. 86,2000, pp. 928-842. sito web http://www.odeon.dk/version-11 sito web http://www.unito.it/unitoWAR/page/istituzionale/edilizia/progetti_edilizia L. Beranek, T. Hidaka, Sound absorption in concert halls by seats, occupied and unoccupied, and by the hall's interior surfaces, Journal of Acoustical Society of America n.104,1998. H. Kuttruff, Fioom acoustics, London, Spon Press, 2009.

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