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Progettazione acustica di aule scolastiche

Piccaluga, Alessandra

Progettazione acustica di aule scolastiche.

Rel. Marco Perino, Arianna Astolfi. Politecnico di Torino, NON SPECIFICATO, 2000

Abstract:

Le aule scolastiche sono oggetto di numerosi studi e indagini sia a livello nazionale sia internazionale.

Dal punto di vista acustico, il requisito più importante che in esse necessita di essere soddisfatto è l'intelligibilità del parlato. Recenti studi hanno dimostrato che le ss cattive condizioni acustiche delle aule rallentano lo sviluppo intellettuale soprattutto dei soggetti di giovanissima età, mentre su individui adulti comportano delle ripercussioni sullo stato di salute psicofisica, quali mal di testa e mal di gola, a causa dell'elevato sforzo vocale necessario a compensare le cattive condizioni di ascolto, e stress e ridotta capacità di apprendimento e di concentrazione.

Tradizionalmente le normative forniscono i valori ottimali dei parametri di

acustici di una sala, in base alla volumetria e alla destinazione d'uso della stessa. In

questa ricerca, invece, si è voluto individuare un metodo di carattere progettuale in

grado di stabilire a priori la configurazione adatta affinché, all'interno dell'ambiente

studiato, le condizioni d'ascolto, e quindi l'intelligibilità, risultassero ottimali.

A tal fine sono state condotte delle indagini sperimentali e numerico ? teoriche in cinque aule del Politecnico di Torino: l'Aula Riunioni del Dipartimento di Energetica, la 15 S e la 11 B, nella Facoltà di Ingegneria, e la R 5 ed R 7, nel complesso delle ex officine ferroviarie che ospita, tra le altre, alcune aule della Facoltà di Architettura. In ciascuna delle cinque aule sono state effettuate misure dei seguenti parametri:

Tempo di riverberazione; o Livello di pressione sonora dovuto ad una sorgente specifica; Livello di pressione sonora del rumore di fondo.

Le misure effettuate sono state utili, inoltre, per calcolare: 1

L'indice di Chiarezza C50, a partire dalla risposta all'impulso misurata in vari punti

delle aule R5 ed R 7, per la valutazione della nitidezza del segnale sonoro;

l'indice NCB, a partire dalle misure del livello sonoro del rumore di fondo, per il

bilanciamento dello spettro del rumore e la valutazione del disturbo, grazie al quale è

stato possibile associare aggettivi quali rombante o sibilante al rumore di fondo presente in ambiente.

I dati sperimentali sono, poi, stati confrontati con quelli ottenuti dall'applicazione del modello dell'acustica statistica (la teoria del campo sonoro diffuso formulata da Sabine) e dalle simulazioni eseguite tramite l'utilizzo del codice Ramsete 1.6, nel quale è implementato il modello ibrido a fasci piramidali(Pyramid Tracíng). Mentre la prima permette di fare delle considerazioni generali (di tipo statistico, appunto) sul campo sonoro dell'ambiente preso in esame, il secondo, come tutti i modelli di simulazione fondati sui criteri dell'acustica geometrica, ne rende possibile analisi spaziale, cioè l'andamento nelle diverse zone dello stesso ambiente, anche al variare delle condizioni al contorno.

Dai confronti eseguiti si è potuto notare che, il metodo dell'acustica statistica si e rivelato quello che ha fornito, in media, i risultati maggiormente vicini ai valori misurati.

In seguito alle indagini sul campo sonoro delle aule, l'attenzione è stata concentrata su due sole di queste, la R '7 e la R 5, per le quali è stato eseguito un progetto di correzione acustica.

Per questa fase della ricerca ci si è riferiti agli studi di Houtgast e Steeneker sull'indice STI; tale indice valuta l'intelligibilità del parlato all'interno di un ambiente con determinate caratteristiche acustiche, tramite l'analisi della funzione di trasferimento della modulazione; infatti, perché la qualità della comunicazione verbale, dal punto di vista dell'intelligibilità, risulti soddisfacente, la modulazione del segnale vocale, nella posizione dell'ascoltatore, deve mantenersi il più possibile uguale a quella che si registra in corrispondenza dell'oratore. All'interno di un ambiente, i principali fattori che influenzano il trasferimento della modulazione sono il rumore di fondo e la riverberazione.

In questo studio, non potendo agire sul fonoisolamento, per il quale sarebbe necessario uno studio ad hoc, si è intervenuti sulla riverberazione: dopo aver calcolato il valore ottimale del T60 in corrispondenza del quale, con lo stesso livello del rumore di

fondo misurato, si ottiene il massimo valore dello STI, è stato ricavato l'assorbimento

totale (Atot, m2 ) necessario per ottenere questo tempo di riverberazione ideale.

Infine, per stabilire dove era più conveniente porre il materiale assorbente aggiuntivo, si è utilizzato il codice Ramsete 1.6 tramite il quale sono state valutate diverse configurazioni delle aule, in ognuna delle quali, mantenendo costante l'assorbimento totale, il materiale assorbente è stato posizionato in zone diverse delle superfici d'involucro.

Sono state ritenute migliori le configurazioni in cui lo STI assume i valori più elevati, soprattutto in fondo all'aula, e distribuzione uniforme nelle zone occupate dagli studenti.

Relatori: Marco Perino, Arianna Astolfi
Tipo di pubblicazione: A stampa
Parole chiave: acustica - aule
Soggetti: S Scienze e Scienze Applicate > SA Acustica
Corso di laurea: NON SPECIFICATO
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/709
Capitoli:

Introduzione

REQUISITI ARCHITETTONICI E AMBIENTALI DELLE AULE SCOLASTICHE 1.1

1.1 ARCHITETTURA E EDILIZIA SCOLASTICA 1.1

l. 1. 1 Le scuole e il contesto urbano 1.3

1.1.2 Caratteristiche generali di ordine morfologico e funzionale 1.5

1.2 ARCHITETTURA E UNIVERSITA' 1.9

1.2.1 Rapporti con il contesto 1.10

1.2.2 Caratteri tipologici dell'edilizia universitaria 1.12

1.3 ASPETTI ACUSTICI LEGATI AL COMFORT NELLE AULE 1.13

1.3.1 Requisiti ambientali 1.13

1.3.2 Gli effetti di cattive condizioni acustiche sul l'apprendimento e sullo

sviluppo intellettuale . 1.15

1.4 RIFERIMENTI NORMATIVI SULL'ACUSTICA DELLE AULE 1.17

1.4.1 Legislazione e normativa italiana: il Decreto Ministeriale del 18112/1975

1.17

1.4.2 La norma UNI 8199 sulla rumorosità degli impianti . 1.19

1.4.3 Confronto con altri documenti normativi 1.19

1.4.4 Osservazioni . 1.25

1.5 RIFERIMENTI SCIENTIFICI: LA RICERCA INTERNAZIONALE 1.26

1.5.1 Gli studi sull'intelligibilità del parlato nelle aule 1.26

1.5.2 Le indagini sperimentali sulle caratteristiche acustiche di aule universitarie

1.29

1.6 BIBLIOGRAFIA 1.31

2 STRUMENTI DI INDAGINE TEORICA 2.1

2.1 1 MODELLI 2.1

2.1.1 Cenni sulla teoria dei modelli 2.1

2.1.2 1 modelli per lo studio dell'acustica degli ambienti confinati 2.2

2.2 L'ACUSTICA STATISTICA 2.6

2.2.1 Richiami sul fenomeno della riverberazíone .. 2.6

2.2.2 Il modello dell'acustica statistica 2.8

2.3 L'APPROCCIO ACUSTICO DELLE RISONANZE MODALI 2.11

2.4 L'ACUSTICA GEOMETRICA 2.16

2.4.1 Le Sorgenti Immagine 2.18

2.4.2 Il "Ray Tracing" 2.22

2.4.3 1 modelli ibridi a fasci divergenti 2.25

2.5 IL CODICE RAMSETE 1.6 2.27

2.5.1 Caratteristiche 2.27

2.5.2 Realizzazione del modello 2.32

2.5.3 Taratura del modello 2.35

2.6 BIBLIOGRAFIA 2.38

3 TECNICHE D'INDAGINE SPERIMENTALE 3.1

3.1 IL TEMPO DI RIVERBERAZIONE 3.2

3.1.1 Procedure di rilievo . 3.2

3.1.2 Condizioni di misura 3.4

3.1.3 Equipaggiamento 1 3.4

3.1.4 Posizioni di misura 3.6

3.1.5 Valutazione della curva di decadimento 3.6

3.1.6 La media spaziale 3.7

3.2 INDICI UTILI DERIVABILI DALLA RISPOSTA ALL'IMPULSO 3.8

3.2.1 Energia sonora 3.8

3.2.2 Tempo di primo decadimento EDT 3.9

3.2.3 L'indice di Chiarezza C50 e C80 3.9

3.2.4 Frazione dell'energia laterale LF., 3.10

3.3 LA MISURA DEL COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO 3.10

3.4 L'INTELLIGIBILITA DEL PARLATO 3.14

3.4.1 Il metodo STI (Speech Transmission Index) 3.14

i

3.4.2 Il metodo RASTI (Rapid Specch Transmission Index) 3.18

3.4.3 Il metodo di calcolo del SII (Speech Interlligibility Index) .. 3.19

3.4.4 Il metodo SIL (Speech Interferenee Level) 3.22

3.4.5 Il metodo AI (Artculation Index) . 3.24

3.5 IL LIVELLO DI PRESSIONE SONORA DEL RUMORE DI FONDO 3.26

3.5.1 Il livello di pressione sonora ponderato in scala A 3.26

3.5.2 Le curve NC 3.27

3.5.3 Le curve RC . 3.28

3.5.4 Le curve NCB 3.29

3.5.5 La misura del livello sonoro del rumore di fondo 3.31

3.6 BIBLIOGRAFIA 3.33

1

4. CAMPAGNA DI MISURE 4.1

k

4.1. GLI AMBIENTI 4.1

4.1.1. Le aule medio piccole 4.3

4.1.2. Le aule grandi . 4.6

4.2. LA MISURA DEI PARAMETRI DI VALUTAZIONE DELLA QUALITA' ACUSTICA

4.2. 1. Gli strumenti di misura 4.12

4.2.2. Le postazioni di misura 4.15

4.2.3. La procedura di misura . 4.19

4.3. L'ELABORAZIONE DEI DATI MISURATI 4.20

4.3.1. La determinazione del livello di pressione sonora del rumore di fondo .. 4.20

4.3.2. La determinazione del livello di pressione sonora dovuto a una sorgente specifica 4.21

4.3.3. La determinazione del tempo di riverberazione 4.21

4.3.4. La determinazione dell'indice di Chiarezza C50 4.23

4.3.5. La determinazione dell'indice STI 4.24

4.3.6. La determinazione del l'indice NCB 4.25

4.4. BIBLIOGRAFIA . 4.26

5 SIMULAZIONI EFFETTUATE 5.1

5.1 IL MODELLO GEOMETRICO 5.2

5.1.1 Le diverse configurazioni perla simulazione dei banchi e delle sedie 5.4

5.2 LA DEFINIZIONE DELLE CONDIZIONI AL CONTORNO 5.7

5.2.1 1 materiali 5.7

5.2.2 La sorgente sonora 5.12

5.3 LE SIMULAZIONI 5.13

5.3.1 L'acustica statistica (Sabine) 5.14

5.3.2 Ramsete 1.6 5.16

5.4 BIBLIOGRAFIA 5.17

6 CONFRONTI FRA RISULTATI SPERIMENTALI E NUMERICO?TEORICI 6.1

6.1 IL TEMPO DI RIVERBERAZIONE 6.1

6.1.1 L'aula Riunioni 6.1

6.1.2 L'aula 15 S . 6.2

6.1.3 L'aula 11 B 6.4

6.1.4 L'aula R 5 6.4

6.1.5 L'aula R 7 6.5

6.2 IL LIVELLO SONORO DOVUTO A UNA SORGENTE SPECIFICA 6.6

6.2.1 L'aula Riunioni 6.7

6.2.2 L'aula 15 S 6.7

6.2.3 L'aula 11 B 6.8

6.2.4 L'aula R 5 6.9

6.2.5 L'aula R 7 6.10

6.3 LA VALUTAZIONE DEL DISTURBO DOVUTO AL RUMORE DI FONDO 6.11

6.4 LA CHIAREZZA C50 ERRORE. IL SEGNALIBRO NON E'

DEFINITO.

6.4.1 L'aula R 5 6.13

6.4.2 L'aula R 7 6.14

6.5 Lo STI 6.14

6.5.1 L'aula Riunioni 6.15

6.5.2 L'aula 15 S 6.15

6.5.3 L'aula 11 B 6.16

6.5.4 L'aula R 5 6.16

6.5.5 L'aula R 7 6.17

6.6 OSSERVAZIONI CONCLUSIVE 6.17

6.7 BIBLIOGRAFIA 6.22

7 IL PROGETTO 7.1

7.1 LA PRIMA FASE 7.2

7.1.1 La stima del tempo di riverberazione ottimale 7.3

7.1.2 Le diverse configurazioni . 7.7

7.1.3 Osservazioni . 7.8

7.2 LA STIMA DELL'ASSORBIMENTO TOTALE OTTIMALE: IL METODO EMPIRICO. 7.9

7.3 LA STIMA DELL'ASSORBIMENTO TOTALE OTTIMALE: IL METODO SCIENTIFICO 7.11

7.3.1 La Funzione di Trasferimento della Modulazione (MTF) in campo sonoro

riverberante 7.11

7.3.2 Il calcolo dello STI ottimale nel campo sonoro riverberante 7.13

7.3.3 L'applicazione ai casi studio 7.14

7.4 IL PROGETTO DEFINITIVO 7.16

7.4.1 Le diverse configurazioni 7.20

7.4.2 1 risultati 7.21

7.4.3 Analisi quantitativa dei risultati 7.23

7.5 OSSERVAZIONI 7.26

CONCLUSIONI 7.16

Bibliografia:

BIBLIOGRAFIA

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