Assorbimento acustico

Le proprietà assorbenti dei materiali sono quantificate attraverso il coefficiente di assorbimento acustico a, il quale è definito come rapporto tra la potenza sonora assorbita e la potenza sonora incidente.

Il valore di a rappresenta quindi la frazione di energia sonora assorbita da un determinato materiale e può variare fra 0, nel caso in cui tutta l’energia incidente è riflessa, e 1, nel caso in cui tutta l’energia incidente è assorbita. Pertanto, se il valore di a è pari a 0,7 significa che il 70% dell’energia incidente sulla superficie del materiale è assorbita.
 

- assorbimento per porosità;

- assorbimento per risonanza di cavità;

- assorbimento per risonanza di pannello.

Assorbimento per porosità

La superficie di un elemento è tanto più assorbente quanto maggiore è la sua capacità di trasformare l’energia sonora incidente in calore per attrito nelle microcavità del materiale. I migliori materiali acustici sono, infatti, quelli porosi e fibrosi di cui esistono vari tipi, quali: lane di vetro e di roccia, schiume di poliuretano espanso a celle aperte, fibre di legno, feltri, ecc..

Il coefficiente di assorbimento di tali materiali dipende da:

- porosità;

- spessore;

- densità;

- frequenza del suono incidente;

- forma.

La porosità è definita come rapporto tra il volume occupato dai pori e il volume totale. L’assorbimento acustico cresce all’aumentare della porosità. I materiali che assorbono il suono con maggiore efficacia hanno una porosità molto elevata, anche oltre il 90%.

Lo spessore del materiale condiziona l’entità dell’energia sottratta all’onda incidente. In prossimità di una parete rigida, il primo punto corrispondente al massimo della velocità di pressione delle particelle si trova ad una distanza d=l/4 dalla parete, distanza corrispondente alla massima ampiezza della lunghezza d’onda da trattare. Da ciò consegue che l è crescente all’aumentare dello spessore per le basse frequenze, mentre cresce in misura poco significativa per quelle alte.

Un sistema normalmente impiegato per migliorare l’efficienza del materiale alle frequenze medio-basse, evitando di impiegare materiali con spessori elevati, è quello di interporre un’intercapedine d’aria tra la superficie da trattare e il pannello assorbente, il quale dovrà essere posto ad una distanza dalla superficie (parete o soffitto) corrispondente al massimo dell’ampiezza dell’onda sonora, ossia a l/4.

Un altro sistema per migliorare l’efficienza del materiale alle medio-basse frequenze è quello di utilizzare materiali porosi con maggiore densità, quale ad esempio il poliuretano espanso (massa 30 kg/m3 ca.) o lane minerali con densità fino a 100 kg/m³.

Infine, è importante la forma del materiale, in quanto può offrire una più estesa superficie di contatto con l’onda incidente, favorendo la dissipazione di una maggiore quantità di energia sonora. La soluzione più diffusa è quella in cui un lato del materiale è ricoperto da protuberanze a forma piramidale (come da figura).

Nella scelta del materiale da impiegare risulta, quindi, di primaria importanza individuare la frequenza del suono incidente, caratteristica della sorgente sonora. La scelta da adottare sarà, pertanto, diversa a seconda che si intenda migliorare le qualità acustiche di una sala musica, una sala riunioni, una mensa o un capannone industriale.

Assorbimento per risonanza di cavità

Le strutture di risonanza sono costituite da pannelli di materiale non poroso (ad es. una lastra di gesso) sui quali vengono praticati dei fori di opportune dimensioni e vengono montati ad una certa distanza dalla superficie da trattare. Un siffatto sistema produce un effetto di fonoassorbimento fondato sul principio di Helmholtz. La massa d’aria contenuta nei fori del pannello costituisce con il volume d’aria dell’intercapedine retrostante un sistema meccanico del tipo massa-molla, dotato quindi di una propria frequenza di risonanza, in corrispondenza della quale il sistema è in grado di assorbire una considerevole parte di energia.

L’assorbimento di un risonatore di questo tipo è molto selettivo intorno alla frequenza di risonanza e quindi particolarmente efficace nel caso di toni puri di bassa frequenza compresi fra 50 e 400 Hz.

Se l’interno del risonatore è rivestito con materiale assorbente poroso il valore del coefficiente di assorbimento alla frequenza di risonanza diminuisce ma si allarga l’intervallo di frequenze in cui l’assorbimento è efficace.

Schema sistemi acustici vibranti (risonatore di Helmholtz)

La frequenza di risonanza di pannelli di questo tipo è approssimativamente data dalla seguente relazione:

in cui P è la percentuale di foratura, ossia area forata/area del pannello, c la velocità di propagazione del suono (344 m/s a 20°C), d la distanza dalla parete, cioè lo spessore complessivo dell’eventuale materiale poroso e dell’intercapedine, t lo spessore del pannello, corrispondente alla lunghezza del collo dei risonatori.

Coefficienti di assorbimento acustico di alcuni pannelli risonatori

Assorbimento per risonanza di pannello

Nel caso dei pannelli flessibili (legno, gesso, ecc.), l’assorbimento acustico è in funzione della loro elasticità, in quanto le onde sonore incidenti creano una serie di pressioni e depressioni che provocano un’inflessione del pannello verso la parete mettendolo pertanto in vibrazione.

In particolare, il comportamento di un sistema costituito da un pannello sottile collocato di fronte ad una parete rigida, ad una distanza non troppo elevata, può essere analizzato con lo stesso metodo utilizzato per il risonatore di Helmholtz, ossia il pannello si comporta come una massa vibrante, mentre l’aria contenuta nella cavità come una molla acustica caratterizzata dalla sua rigidità. In tal caso, la frequenza di risonanza è data da:

dove m (kg/m²) è la massa per unità di area del pannello, e d la distanza dalla parete (metri).

Anche questo sistema è molto selettivo ed è utile per assorbire suoni incidenti caratterizzati da basse frequenze (200300 Hz), dove i materiali fonoassorbenti sono poco efficaci e i risonatori di Helmholtz assumerebbero dimensioni troppo grandi.

Andamento in frequenza del coefficiente di assorbimento acustico di alcuni pannelli vibranti

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