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Optimization of the acoustic characteristics of diffusive surfaces : an objective evaluation method at the preliminary design phase

Menichelli, Jessica

Optimization of the acoustic characteristics of diffusive surfaces : an objective evaluation method at the preliminary design phase.

Rel. Arianna Astolfi, Louena Shtrepi, Tomás Ignacio Mendez Echenagucia. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città, 2016

Questa è la versione più aggiornata di questo documento.

Abstract:

ABSTRACT

L'importanza delle superfici fono diffondenti in ambito acustico è stato oggetto di numerosi studi. Tuttavia sono poche le ricerche che hanno valutato l'influenza dei parametri geometrici delle superfici e l'efficacia di tali dimensioni allo scattering. Nel presente studio si analizza una serie di criteri applicabili per la progettazione di un diffusore generico e viene presentato un intuitivo e veloce metodo, per ottimizzare le configurazioni geometriche attraverso analisi qualitative e quantitative.

Il processo proposto va quindi a comprendere le prime fasi di modellazione della superficie, fino alla sua convalida oggettiva attraverso le simulazioni. Al fine di presentare nella sua completezza il lavoro svoltosi, vengono presentate le superfici analizzate e il processo di ottimizzazione per ognuna di queste. Inoltre, per convalidare il metodo proposto, la configurazione che ha raggiunti migliori risultati di diffusione viene testata attraverso misurazioni in camera riverberante.

In primo luogo, dopo un'attenta analisi della bibliografia scientifica di riferimento, sono stati definiti dei criteri geometrici utili alla progettazione della superficie fono diffondente: trattasi di dimensioni geometriche o tipologie di configurazione fortemente correlati al fenomeno dello scattering. Questi criteri compongono una linea-guida per l'architetto che vuole introdursi nel ambito del design acustico, un vademecum fondamentale a cui fare riferimento in fase di modellazione.

La modellazione avviene in Rhinoceros®, software CAD tridimensionale, e Grasshopper®, un plug-in di Rhinoceros® che si presenta come visual programming language dove algoritmi vengono creati dalla connessione di componenti. I software sono stati scelti per la possibilità di elaborare gli algoritmi di simulazione direttamente nello spazio di modellazione. Normalmente al fine di analizzare tramite simulazioni acustiche dei componenti, sono necessari molti software. In questo caso l'architetto dovrà conoscere solo un software, già molto diffuso per la modellazione tridimensionale.

L' ottimizzazione delle superfici avviene molto velocemente a partire da analisi qualitative, il tool proposto è basato sul ray tracing al fine di comprendere come i raggi sonori vengono distribuiti rispetto ad un certo spazio, e analisi quantitative, utilizzando strumenti di programmazione, come script in Python®, e simulazione, Pachyderm Acoustics®, all'interno di Rhinoceros®, grazie ai quali è possibile esaminare le superfici con un metodo quanto più vicino a quello descritto dalla norma ISO 17497 - parte 2,"Acustica - Proprietà scatterizzanti delle superfici - parte 2: Misurazione del coefficiente direzionale di diffusione in campo libero".

In conclusione, siccome lo scattering è fortemente correlato alle caratteristiche geometriche delle superfici e degli oggetti all'interno degli ambienti, sembra essere il parametro che influenza più di ogni altro l'interior design degli spazi dedicati all'effettuare e all'ascoltare performance acustiche. Questo lo fa diventare un mezzo di collaborazione multidisciplinare relativo a soluzioni ottimali riguardanti sia acustica che gli aspetti visivi del design.

Relatori: Arianna Astolfi, Louena Shtrepi, Tomás Ignacio Mendez Echenagucia
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SA Acustica
S Scienze e Scienze Applicate > SL Scienze
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città
Classe di laurea: Nuovo ordinamento > Laurea magistrale > LM-04 - ARCHITETTURA E INGEGNERIA EDILE-ARCHITETTURA
Aziende collaboratrici: Institute of Technology in Architecture at ETH Zurich
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4946
Capitoli:

INDEX

1.Introduction

2.Sound propagation and architecture

2.1.Physical phenomenon: absorption

2.1.1.Sound absorbing panels

2.1.2.Absorption coefficient

2.1.3.Measurement methods

2.2.Physical phenomenon: reflection

2.3.Physical phenomenon: diffusion and scattering

2.3.1.Diffusion coefficient

2.3.2.Scattering coefficient

2.3.3.Snell's law and Lambert's law

2.3.4.Measurement methods

2.3.5.Diffusion vs Scattering

3.State of art of acoustic

3.1.Leading existing diffusing panels

3.1.1.Schroeder's diffusers

3.1.2.Maximum length sequence diffusers (MLS)

3.1.3.Quadratic Residue Diffusers (QRD)

3.1.4.Primitive Root Diffusers (PRD)

3.1.5.Fractal diffusers

3.1.6.RPG Skyline®

3.1.7.Polycilindrical deflector

3.2.Other diffusers

4.Towards scattering database and geometrical guidelines

4.1.Macroscale geometries

4.2.Geometric dimensions of specimens

4.3.Specimens shape

4.4.Guidelines for scattering maximization

5.A case study of diffusers optimization

5.1.Acoustic criteria and design

5.2.Simulation: qualitative analysis

5.3.Simulation: quantitative analysis

5.4.Prototype realization

5.5.Measurements

5.6.Repetition and modularity of the diffusers

5.7.Possible applications

6.Conclusions

7.Appendix A

8.Appendix B

9.Bibliography

Bibliografia:

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