Cominciamo subito con la prima domanda che ci si pone all’atto della scelta del materiale assorbente da apporre. Quali sono i parametri da tenere in debito conto al fine di effettuare una scelta ponderata e razionale del materiale fonoassorbente? Dove posiziono quest’ultimo per ottenere la migliore resa?
La scelta dei materiali fonoassorbenti la si effettua, in prima battuta, in base al coefficiente di assorbimento ricordando che l'assorbimento acustico non è mai costante al variare della frequenza. A bassa frequenza l' efficacia è assai ridotta o nulla, soprattutto se il fonoassorbente (avnete spessore di qualche centimetro) è a diretto contatto con la superficie della parete trattata. 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 (Figura 1). Lo strato d'aria a ridosso della parete è infatti immobile, dunque non vi potrà essere attrito aerodinamico.
Posizionamento materiale fonoassorbente (a) Inserimento di materiale fonoassorbente ad una distanza d pari a λ/4 (b) Inserimento di materiale fonoassorbente aderente alla parete
[Figura 1]
Per ridurre del 90% il suono riflesso ad una data frequenza bisognerebbe adottare spessori pari ad un quarto di lunghezza d'onda, in modo che vi sia materiale fonoassorbente alla citata distanza dalla parete. Per assorbire, ad esempio, i 344 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, è meglio mettere il fonoassorbente opportunamente distanziato dalla superficie riflettente. Come si nota dalla Figura 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 collocare opportunamente il materile fonoassorbente nella posizione idonea al fine di ottenere l'effetto voluto, anche con modici spessori (Figura 3). Di seguito, una serie di casi dove la collocazione strategica del materiale fonoassorbente porta a risultati differenti ma altrettanto validi.
Coefficiente di assorbimento di un pannello fonoassorbente fibroso dello spessore di 2,5 cm in funzione della frequenza e della distanza dalla parete
[ Figura 2 ]
Posizionamento materiale fonoassorbente
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, il minimo quando è a mezza lunghezza d’onda
B) Calcolando la frequenza corrispondente ad una determinata distanza dalla parete (lunghezza d’onda), si nota che l’assorbimento sonoro del materiale poroso presenta dei picchi a frequenze corrispondenti a un quarto di lunghezza d’onda e ai suoi multipli dispari
[ Figura 3 ]
Corona circolare di materiale fonoassorbente sul retro dell'altoparlante
Conosciuta forse con l'appellativo di "materassino assorbente" introdotto da Paolo Viappiani sul libro "Bass Reflex" ma utilizzata dalla Bowers & Wilkins negli anni 70, la tecnica della corona circolare di materiale fonoassorbente sul cestello dell'altoparlante Figura 4, non è di certo una scoperta di recente attualità, ma da annoverarsi alle pagine di storia passata e già scritta. Ciò nonostante, interessante caso studio ed esempio di applicazione di materiale fonoassorbente non convenzionale, se così può essere definito.
Posizionando una piccola quantità di assorbente acustico sulla parte retrostante del mid-woofer, si andrà ad influenzare i parametri caratteristici di Thiele & Small, che ne risentiranno in maniera più o meno sensibile in relazione alla densità del materiale che si appone. Il materiale fonoassorbente influenzerà l'altoparlante (ne abbassa il Qms e di conseguenza i parametri direttamente correlati) ma non aggirà sul sistema box più condotto.
Materassino Fonoassorbente Paolo Viappiani Bass Reflex
[ Figura 4 ]
L'applicazione della tecnica succitata somiglia ad un caricamento acustico a doppia camera reflex in serie. Il primo passa-basso è il materassino assorbente, che crea il primo 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 di riflesso il 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 viene trattato sul libro di Paolo Viappiani “Teoria e pratica dei sistemi di altoparlanti Bass Reflex. Calcolo, progettazione e verifica aggiornati alla teoria più attuale ”.
Materiale fonoassorbente sulle pareti interne del cabinet
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.
Fonoassorbente posizionato a una distanza calcolata dalla parete
In funzione della lunghezza d'onda e dunque della freqeunza da dover trattare si cerca di posizionare il fonoassorbente ad una precisa distanza dalle superfici riflettenti. In questa situazione è come se si avesse uno spessore di fonoassorbente pari a quello del materassino più quello dello strato d'aria che lo separa dalla parete. In pratica, se la distanza del fonoassarbente dal muro è uguale o superiore a 57 cm si riesce ad ottenere un buon assorbimento a frequenze pari a 150 Hz o inferiori.
I Tube Traps e i DAAD vanno tenuti ad una certa distanza dai muri in funzione della freqeunza da trattare
Adozione di pannelli risonanti sulle pareti
Per assorbire le basse frequenze in ambiente è invece meglio utilizzare i pannelli risonanti.
Trattamento acustico con pannelli risonanti contenenti materiale assorbente composito. 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 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 frequenza di risonanza propria (esattamente come per un altoparlante). Quando il suono incidente ha una frequenza pari a quella di risonanza del pannello si ha il massimo assorbimento.
Grafico pannello risonante coefficiente di assorbimento vs frequenza
[Figura 5 ]
Una lastra di compensato da 2,5 kg/m2 (Figura 5 - grafico pannelli risonanti coefficiente di assorbimento vs frequenza) 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 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.
Assorbimento acustico con pannello risonante
Dove:
m = densità superficiale del pannello (Kg/m^2);
d = distanza del pannello dalla parete (m).
I pannelli vibranti hanno un comportamento selettivo, con un massimo in corrispondenza della loro frequenza di risonanza e sensibilmente inferiore alle frequenze superiori e inferiori. Essi lavorano sfruttando la vibrazione che le onde di pressione sono in grado di conferire alla membrana, dissipando di conseguenza energia.
Andamento in frequenza del coefficiente di assorbimento acustico, con o senza l’aggiunta di materiale fonoassorbente poroso all’interno della cavità
[ Figura 6 ]
Tre utili esempi tratti dal “Corso di Fisica Tecnica – Volume V – Acustica architettonica - 1969 – Ing. Cesare Codegone".
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.
Coefficiente di assorbimento vs frequenza
[ Esempio A ]
Se l’intercapedine è riempita con ovatta l’assorbimento migliora. Il coefficiente di assorbimento α è massimo (0,8) a 160 Hz Figura 6 (Andamento in frequenza del coefficiente di assorbimento acustico, con o senza l’aggiunta di materiale fonoassorbente poroso all’interno della cavità)
Coefficiente di assorbimento vs frequenza con intercapedine piena di ovatta
[ Esempio A ]
L’intercapedine è bene che sia riempita di assorbente, così facendo si aumenta l'ampiezza della 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.
Coefficiente di assorbimento vs frequenza
[ Esempio B ]
Con l’intercapedine completamente riempita di assorbente acustico la situazione migliora.
Coefficiente di assorbimento vs frequenza con intercapedine piena di materiale assorbente
[ Esempio B ]
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.
Coefficiente di assorbimento vs frequenza
[ Esempio C ]
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.
Assorbiemento a due vie
in alcuni diffusori vengono accoppiati due o più materiali assorbenti di diverse caratteristiche: si potrebbe così definire "un assorbimento a due o più vie".
Assorbimento materiali compositi
Una delle funzioni del materiale fonoassorbente all'interno di diffusori acustici è quella di rallentare la velocità di propagazione del suono, con la conseguenza che l’altoparlante vedrà alle sue spalle un box di dimensioni maggiori. Assorbe l’energia irradiate nell'ambiente circostante. Il coefficiente di assorbimento dipende dal materiale e dalle sue caratteristiche: densità e spessore influenzano il coefficiente di assorbimento.
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.
