ASSORBIMENTO ACUSTICO

La scelta dei materiali fono-assorbenti la si effettua in prima battuta in base al coefficiente di assorbimento e si possono subito fare due osservazioni:
l'assorbimento acustico non è mai costante al variare della frequenza e a bassa frequenza l' efficacia è assai ridotta o nulla, soprattutto se l'assorbente (spesso qualche centimetro) è a diretto contatto con la superficie della parete trattata. 

Perchè? Vi siete mai posti questa domanda?

Spiegazione

E' noto che il massimo effetto di una "resistenza acustica" (pannelli o fibre sciolte) lo si ottiene posizionandola ad una distanza dalla parete pari ad un quarto della lunghezza d'onda da attenuare. Ovvero ponendola dove la velocità di oscillazione dell'aria è massima (fig.1).

Lo strato d'aria a ridosso della parete è infatti immobile e dunque non vi può essere attrito aerodinamico.

Figura 1 –(a) Inserimento di materiale fonoassorbente ad una distanza d pari a λ/4. (b) Inserimento di materiale fonoassorbente aderente alla parete [1]. 

CHE FARE? 

Per ridurre del 90% il suono riflesso ad una data frequenza bisognerebbe teoricamente adottare spessori pari ad un quarto di lunghezza d'onda, in modo che vi sia materiale acusticamente assorbente alla citata distanza dalla parete. Come a dire che per assorbire i 345 Hz (lunghezza d'onda pari ad un metro) servirebbe uno spessore di 250 mm. Nella pratica ci si accontenta di spessori inferiori e, se si riesce, per come appena spiegato, è meglio mettere il materiale assorbente opportunamente distanziato dalla superficie riflettente. Come si nota dalla fig. 2 all’aumentare della distanza d dal muro per un pannello di materiale assorbente dello spessore costante di 250mm, l’assorbimento a bassa frequenza aumenta. Dunque è essenziale saper collocare l'assorbente acustico nella posizione che ci possa aiutare ad ottenere l'effetto voluto anche con modici spessori. Di seguito, una serie di casi dove la collocazione strategica del materiale fonoassorbente porta a risultati differenti.

Figura 2 –
Coefficiente di assorbimento di un pannello fonoassorbente fibroso dello spessore di 2,5 cm in funzione della frequenza e della distanza dalla parete [2].

Figura 3 –

A)L’assorbimento sonoro di un materiale poroso, varia con la distanza dalla parete solida. L’assorbimento massimo lo si ottiene quando il materiale è a un quarto di lunghezza d’onda dalla parete. Quello minimo quando è quando è a mezza lunghezza d’onda.[2]

B) Calcolando la frequenza corrispondente ad una determinata distanza dalla parete (lunghezza d’onda), si vede che l’assorbimento sonoro di materiale poroso presenta dei picchi a frequenze corrispondenti a un quarto di lunghezza d’onda e ai suoi multipli dispari. [2]

A) MATERASSINO ASSORBENTE SUL RETRO DELL’ALTOPARLANTE

Posizionando una piccola quantità di assorbente acustico dietro e attorno al woofer: si nasconde al woofer la presenza di un grande volume posteriore privo di fonoassorbente ed accordato in reflex; bassi ben smorzati e non affetti da code sonore (sopra agli 80 Hz) ma anche bassissime frequenze (sotto agli 80 Hz) potenti ed indistorte come tutti potrebbero, giustamente, desiderare. Con tale sistemazione, il materiale assorbente influenza l'altoparlante (ne abbassa il Qms) ma non agisce sul sistema box più condotto di accordo.

[4]

I sostenitori della sospensione pneumatica possono sperimentare questa via intermedia che assomiglia ad una doppia camera reflex in serie: il primo passa-basso è il materassino assorbente che crea il primo piccolo subvolume posteriore al woofer; il secondo passa-basso è il condotto reflex verso l’esterno che lavora con l’intero volume interno del diffusore. 

Un esempio "trasparente" ci viene dai diffusori Waterfall. Grazie all'assorbente acustico che circonda posteriormente il woofer, il box è completamente privo di assorbente acustico.

Anche le Dalquist DQ10 adottano il materassino assorbente a ridosso dell'altoparlante, per abbattere il Qms (e del Qts), appiattire il modulo dell'impedenza alla risonanza (si facilita il filtraggio passa-alto) e ridurre le escursioni della membrana in aria libera.

Il concetto precedente è totalmente esposto sul libro di Paolo Viappiani “Teoria e pratica dei sistemi di altoparlanti Bass Reflex. Calcolo, progettazione e verifica aggiornati alla teoria più attuale ”.

B) POSIZIONAMENTO DELL’ASSORBENTE SULLE PARETI INTERNE DEL BOX 

In tal caso si ha un assorbimento differenziato: nullo alle basse e bassissime frequenze. Un comportamento che può essere utile per smorzare le riflessioni interne ad alta frequenza in un diffusore bass-reflex senza rinunciare all’emissione dal condotto delle bassissime frequenze.

C) ASSORBENTE BEN DISTANTE DALLE PARETI 

Si cerca di mettere l'assorbente acustico in posizione ben distante dalle superfici riflettenti. In questa situazione è come se si avesse uno spessore di assorbente acustico pari a quello del materassino più quello dello strato d'aria che lo separa dalla parete. In pratica, se la distanza del materassino dal muro arriva a superare qualche decina di cm si riesce ad ottenere un buon assorbimento anche a bassa frequenza.

I Tube Traps ed i DAAD vanno tenuti ad una certa distanza dai muri. 

D) PANELLI RISONANTI

Per assorbire le basse frequenze in ambiente è invece meglio utilizzare i pannelli risonanti.

Charles M. Salter Associates inc

Nei pannelli risonanti l’energia sonora, anziché essere frenata (e trasformata in calore per l’attrito) come avviene nei materiali porosi/fibrosi, si trasforma ugualmente in calore ma a seguito della deformazione dinamica di un pannello solido (distanziato dal muro). Maggiore è l’ampiezza del movimento che subisce il pannello, maggiore è l’energia persa per vincere il suo attrito interno. Finestre, porte, librerie, armadi e quadri, si comportano come strutture fonoassorbenti a bassa frequenza. L’assorbimento è determinato dalla loro massa e dalla loro propria rigidità. Se vi è anche una intercapedine si ha anche un effetto molla. Il pannello, il suo supporto e l’intercapedine costituiscono una massa elastica con una sua frequenza di risonanza (esattamente come per un altoparlante). Quando il suono incidente ha una frequenza pari a quella di risonanza del pannello si ha il massimo di assorbimento . Una lastra di compensato da 2,5 kg/m2 con una intercapedine di 50 mm riempita con materiale fonoassorbente si comporta molto bene su tutta la gamma bassa (supporti distanziati di 1 metro). Anche un grande mobile chiuso e contenente vestiti offre buoni risultati a bassa frequenza: le ante si comportano come pannelli risonanti e le fessure intorno alle antine si comportano come un condotto che trasforma il volume interno in un risonatore a cavità.

All’aumentare della densità superficiale del pannello e/o della profondità dell’intercapedine d’aria tra pannello e superfici rigida, la frequenza di assorbimento massimo diminuisce

Dove:

m = densità superficiale del pannello (Kg/m^2);

d = distanza del pannello dalla parete (m). 

E) ASSORBIMENTO A DUE VIE

in alcuni diffusori vengono accoppiati due o più materiali assorbenti di diverse caratteristiche: si potrebbe così dire "un assorbimento a due vie".

EFFETTO DELL’ASSORBIMENTO ACUSTICO

A) Rallenta al suo interno la velocità di propagazione del suono (con la conseguenza che l’altoparlante vede alle sue spalle un box di dimensioni maggiori e quindi anche di maggior volume)

V = 124 m/s nella lana naturale a fibre lunghe (dal Volume 5 di P. Viappiani)

V = 230 m/s in un TL con bassa densita di riempimento pari a 6-7 kg/m3 (Luca Angelelli)

V = 344 m/s nell’aria

B) Assorbe l’energia. Il coefficiente di assorbimento dipende dal materiale e dalle sue caratteristiche: densità e spessore influenzano il coefficiente di assorbimento ed è dunque meglio non fare scelte a casaccio.

LA DENSITA’

Come si vede dalla figura 4, a parità di spessore (40mm), all’aumentare della densità del materiale aumenta il potere assorbente alle basse frequenze. Usando un pannello a bassa densità sotto ai 1000 Hz l’assorbimento va riducendosi velocemente: sotto ai 200 Hz, l’assorbimento è quasi nullo. Morale, l’aumento di densità permette solo un modesto aumento dell’assorbimento a bassa frequenza e a discapito dell’assorbimento ad alta frequenza.

Figura 4 [6]

LO SPESSORE

Come si vede dalla figura 5, a parità di densità, all’aumentare dello spessore del materiale aumenta il potere assorbente alle basse frequenze. Usando un pannello di basso spessore sotto ai 1000 Hz l’assorbimento va riducendosi velocemente: sotto ai 200 Hz l’assorbimento è quasi nullo. All’aumentare dello spessore l’assorbimento cresce in maniera sensibile, ma a bassissima frequenza l’assorbimento rimane basso.

Morale: se dovete smorzare le risonanze interne ad una cassa (eliminando le colorazioni del suono da esse generate) non escludete la possibilità di scegliere pannelli di materiale assorbente di discreta densità e di buono spessore. Per le risonanze al di sotto dei 200 Hz (tipica all’interno dei diffusori a torre o TL) uno spessore di 10 cm non può bastare (e l’ho già scritto in altri interventi). L’utilizzo di pannelli piramidali non modifica la situazione a bassa frequenza

Figura 5 [6]

l'aumento dello spessore dell'assorbente aiuta ad allargare l'effetto assorbente alle basse frequenze (e non si può che essere contenti se si pensa che anche il damping factor diventa più uniforme). Tanto per fare un esempio: una risonanza stazionaria a 400 Hz fa assomigliare il suono di un diffusore al suono di uno scatolone in cartone vuoto. Ovvio che bisogna attutirla al meglio.

Non è invece opportuno, soprattutto per le basse/bassissime frequenze, limitare la penetrazione del suono nello spessore dell'assorbente (effetto soffocamento) aumentando troppo la densità. Il woofer vedrebbe una riduzione del volume del box. Vicino alle pareti del box del woofer però è possibile aumentare la densità.

Dunque, anche per l'assorbente acustico le esigenze ed i problemi cambiano al variare della frequenza.

POLISTIROLO ESPANSO

Il polistirolo espanso non è un "assorbente" acustico: è solo un eccellente ed economico "isolante” termico. Per i nostri usi (esclusivamente audio) potete anche dimenticarvelo. Essendo rigido ed a celle chiuse non assorbe energia, e poi è pure troppo leggero per produrre isolamento acustico.

Stesso discorso per altri materiali espansi a celle chiuse (venduti a rotoli o a pannelli). Vanno bene solo come materiali resilienti da posare sotto il parquet flottante per attutire la trasmissione dei rumori verso chi abita al piano inferiore.

Per capire se un espanso è a celle chiuse basta provare a soffiarci/respirarci attraverso: se l'aria non passa è a celle chiuse.

Diverso discorso se includono una pesante lamina di piombo (per l'isolamento acustico): l'espanso serve da supporto per mantenere disaccoppiato il foglio di piombo dalla superficie su cui va ad essere fissato.

ASSORBIMENTO ACUSTICO VS SMORZAMENTO

Sappiamo bene che l' assorbimento acustico (attenuazione dei suoni riflessi) è un fenomeno ben diverso dallo "smorzamento" delle risonanze proprie dei pannelli di legno (risonanze con altissimo Q e bassissime perdite) con cui sono costruiti i diffusori. I materiali per controllare i due diversi fenomeni hanno caratteristiche ben diverse. Per le risonanze nei pannelli lo si approfondirà nel paper "onde stazionarie” e "il mobile” .
Altro discorso ancora è la trasmissione all'esterno del box delle onde sonore presenti all'interno del box: l'isolamento acustico è cosa assai diversa dall'assorbimento acustico e quindi anche i materiali che si suggeriscono sono ben diversi dal solito assorbente acustico.

CONSIGLI OPERATIVI: MOQUETTE GOMMATA

Se si tratta di studiare la coibentazione da inserire all’interno di diffusori “satelliti” che non devono essere spinti a funzionare anche nelle prime ottave, e per i quali è però importantissimo ottenere una ottima gamma mediobassa (priva di risonanze e colorazioni varie) si può seguire una strada poco battuta, ma semplice, per cercare di assorbire le riflessioni interne al box anche alle frequenze ben al di sotto dei 1000 Hz, senza far uso pannelli assorbenti di alto spessore.

Dal momento che:

• in corrispondenza delle pareti interne dei box dei diffusori acustici, a bassa frequenza, si ha solo pressione e non velocità (nei piccoli box questa condizione si verifica in tutto il volume interno);
• I normali materiali assorbenti di tipo poroso o fibroso se collocati a ridosso delle pareti hanno un’efficacia piuttosto scarsa a bassa frequenza (e quindi anche nella zona delle nostre stazionarie).

La cosa da provare a fare è quella di incollare su tutte le pareti interne del box della moquette gommata: la si deve incollare non dal lato gommato (come si fa sui pavimenti) ma da quello del pelo. Il lato gommato (non permeabile all’aria) risulterà rivolto verso l’interno del box e rimarrà flottante, ovvero non rigidamente connesso ai pannelli del box. Saranno le variazioni di pressione interne al box a farlo lavorare (e non la velocità dell’aria). In commercio ci sono tappetini di tutti i tipi e quindi anche di tipo adatto al nostro scopo. Non sono materiali costosi e o di difficile reperibilità. Non serve ricoprire esattamente il 100% della superficie interna, basta un 90%. Sopra questa moquette si potrà poi incollare uno strato di 40 mm di poliuretano espanso di buona densità. Nei diffusori alti e stretti (a torre) si possono aumentare gli strati sul pannello della base e su quello superiore. Alla waterfall il responso.

NOTE FINALI

Abbiamo visto come il coefficiente di assorbimento acustico α dei materiali di tipo poroso e fibroso abbia un andamento più o meno simile, ovvero scarso a bassa frequenza ed in progressivo aumento all’aumentare della frequenza. A bassa frequenza bisogna dunque intervenire con una integrazione fatta di pannelli vibranti e/o di elementi con un buon coefficiente di fonoassorbimento centrato sulle basse frequenze.

Il comportamento dei pannelli vibranti è molto diverso da quello offerto dai materiali porosi.
I pannelli vibranti offrono infatti un comportamento selettivo con un massimo in corrispondenza della loro frequenza di risonanza e piuttosto scarso alle frequenze superiori.

Figura 4 -

“Andamento in frequenza del coefficiente di assorbimento acustico, con o senza l’aggiunta di materiale fonoassorbente poroso all’interno della cavità” [5].

I pannelli vibranti lavorano sfruttando il fatto che le onde di pressione sono in grado di far vibrare la membrana (dissipando energia). 

ESEMPI

Ecco tre utilissimi esempi tratti dal “Corso di Fisica Tecnica – Volume V – Acustica architettonica - 1969 – Ing. Cesare Codegone (che all’epoca era Ordinario del Politecnico di Torino).

Esempio A

Un pannello vibrante può essere realizzato con un grande pannello di compensato (spessore 3 mm) abbinato ad una intercapedine di 5 cm . Il coefficiente di assorbimento α è massimo (0,36) a 250 Hz.

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,25 - 0,35 - 0,20 - 0,07

Se l’intercapedine è tutta riempita con ovatta l’assorbimento migliora. Il coefficiente di assorbimento α è massimo (0,8) a 160 Hz

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,65 - 0,65 - 0,25 - 0,15

Prima considerazione personale: l’intercapedine è bene che sia riempita di assorbente. Si allarga anche la banda di frequenze su cui si agisce con efficacia.

Esempio B

Con un grande pannello di compensato abbastanza rigido (spessore 12 mm) abbinato ad una intercapedine di 3,5 cm .

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,14 - 0,10 - 0,08 - 0,07

Con l’intercapedine completamente riempita di assorbente acustico la situazione migliora.

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,24 - 0,15 - 0,10 - 0,07

Seconda considerazione personale: non conviene avere pannelli rigidi (a parità di materiale l’aumento di spessore da 3 mm a 12 mm aumenta la rigidità); la minore deformabilità comporta infatti una minor dissipazione di energia. L’aumento di rigidità lo si ha anche se il pannello (vincolato al suo perimetro) è di piccole dimensioni.

Esempio C

Con del cuoio sintetico (materiale intrinsecamente più smorzato e non rigido) su 10 centimetri di lana di vetro: abbiamo un comportamento fonoassorbente eccellente anche a 125 Hz.

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,63 - 0,80 - 0,70 - 0,47

Terza considerazione personale: se volessi identificare un elemento di arredo casalingo con un assorbimento acustico parimenti efficace in bassa frequenza potrei pensare ai grandi cuscini di un divano foderato in pelle.

Nei pannelli risonanti l’energia sonora incidente è costretta a passare attraverso un pannello producendo una deformazione dinamica di quest'ultimo.

Maggiore è l’ampiezza del movimento del pannello o della membrana e maggiore è l’energia persa nel vincere il suo attrito interno.

Anche le finestre e le porte si comportano come strutture fonoassorbenti alla loro frequenza di risonanza, frequenza che dipenderà unicamente dalla loro massa e dalla loro rigidità, visto che non c’è alcuna intercapedine ad influenzarne la frequenza di risonanza.

COEFFICIENTI DI ASSORBIMENTO 

Ed ecco i coefficienti di assorbimento di alcuni altri materiali spesso presenti nelle nostre case (da “Corso di Fisica Tecnica – Volume V – Acustica architettonica - 1969 – Ing. Cesare Codegone).

Intonaco

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,01 - 0,03 - 0,04 - 0,04

Marmo

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,02 - 0,02 - 0,03 - 0,03

Pavimento in legno

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,03 - 0,04 - 0,06 - 0,12

Tappeto in velluto

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,05 - 0,05 - 0,10 - 0,20

Tende pesanti a 20 cm dalla parete

F = 125 - 250 - 500 - 1000 Hz

α = 0,08 - 0,29 - 0,44 - 0,50

Da notare come la tenda, pur essendo più sottile e leggera di un tappeto, solo per il fatto di essere collocata a 20 cm dal muro riesce ad essere molto più fonoassorbente. La spiegazione vi è già nota.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

[1]

“Cirillo E., “Acustica applicata”, McGraw-Hill, 1997.”

[2]

 “Manuale di acustica concetti fondamentali acustica degli interni.

Editore Ulrico Hoepli Milano

Titolo originale: The Master Handbook of Acoustic, third edition

Traduzione di Gabriele Bertinotti e Rocco Minerva.

Edizione italiana a cura di Daniele Fuselli”

[3]

"Fisica tecnica volume 4, acustica tecnica

AUTORE: Giuliano Cammarata

DATA: 22/03/2003”

[4]

“Paolo Viappiani “Teoria e pratica dei sistemi di altoparlanti Bass Reflex. Edizione demidoff.”

[5]

“Benedetto G. e Spagnolo R., “Assorbimento acustico di materiali e strutture”, in Manuale

di acustica applicata, CittàStudi, novembre 2007, ISBN: 978825173208.”

[6]

Pompoli F., “Assorbimento acustico dei materiali in lana di roccia Rockwool”, Capitolo 3 in “Acustica in edilizia, teoria, applicazioni, prove tecniche, normativa”, Rockwool Italia.

Ringraziameni

Un doveroso grazie va all’Ing. Marco Bonioli, artefice di numerosi papers, sul forum di CHF. Gli articoli densi di contenuti, ma alle volte diluiti dai commenti, sono stati impaginati ed integrati con diverse illustrazioni. Con questo lavoro di impaginazione ed illustrazione ho fatto mio il concetto a forza di leggere e rileggere dal presente e da altri testi per ampliare la mia conoscenza sull’argomento in esame e migliorare il paper stesso. Un doppio grazie a l’Ing. Per aver permesso tutto ciò, fonte di sapere inesauribile, condiviso.

La fonte dove trovare il thread è il forum di CHF al seguente link: http://costruirehifi.net/forum/viewtopic.php?f=97&t=83