SIMULAZIONE AL CALCOLATORE DELL'ACUSTICA DELL'AUDITORIUM "OSCAR NIEMEYER" IN RAVELLO
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Associazione Italiana di Acustica
38° Convegno Nazionale
Rimini, 08-10 giugno 2011
SIMULAZIONE AL CALCOLATORE DELL’ACUSTICA
DELL’AUDITORIUM “OSCAR NIEMEYER” IN RAVELLO
Raffaele Dragonetti(1), Gino Iannace (2), Carmine Ianniello (1), Rosario Aniello
Romano (1)
(1) DETEC-Facoltà di Ingegneria-Università degli Studi di Napoli Federico II,
piazzale Tecchio 80, 80125 - Napoli.
(2) Ri.A.S. Centro Interdipartimentale per il Controllo dell’Ambiente Costruito-
Facoltà di Architettura-Seconda Università degli Studi di Napoli, via San Lorenzo,
Monastero di San Lorenzo ad Septimum 81031 - Aversa (CE)
Sommario
Nel recente passato il DETEC ha fornito una consulenza per l’acustica
dell’auditorium “Oscar Niemeyer” affidandone la responsabilità scientifica a C.
Ianniello. Nel primo lavoro pubblicato sul Niemeyer [1] sono riportate informazioni
sull’auditorium, sulle annose vicende che hanno preceduto l’inaugurazione
dell’opera all’inizio del 2010 e sulle misure acustiche effettuate appena prima della
inattesa chiusura del complesso.
I questo lavoro è riportato un modello realizzato per lo studio acustico
dell’auditorium in parola mediante un noto software commerciale (Odeon 10.1). Il
modello è rappresentativo della condizione di allestimento della sala non occupata,
come era predisposta durante i tre giorni del festival di inaugurazione. I risultati
della simulazione numerica sono confrontati con i dati ottenuti dalle misure. Il mo-
dello “tarato” è stato utilizzato anche per la valutazione degli effetti della presenza
del pubblico nelle poltrone.
1. Introduzione
Il complesso concepito nell’autunno del 2000 dal famoso architetto brasiliano
Oscar Niemeyer (tuttora al lavoro all’età di 103 anni) è incastonato in una splendida
posizione che guarda la costiera amalfitana dalle colline di Ravello (Fig.1). Le pre-
stazioni acustiche richieste alla sala spaziavano dalla musica sinfonica alla prosa
comprendendo balletto, conferenze, cinema, esposizioni, ed altro ancora. Chiara-
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mente, una sala molto polifunzionale i cui principi di progettazione con l’acustica
variabile sono descritti brevemente in [1].
Fig.1 – Viste del complesso dell’Auditorium “Oscar Niemeyer; (a) dal mare; (b)
verso il mare.
Dopo molteplici vicende riportate dalle cronache e descritte anche in [2], il
complesso fu inaugurato il 29/01/2010 con un breve festival che durò 3 giorni. Du-
rante questo festival l’Auditorium ospitò un concerto della Banda dei Carabinieri,
un balletto con musica riprodotta, un concerto di sassofono solo, un’orchestra sin-
fonica con coro che eseguì la nona di L. van Beethoven, musica leggera con Lucio
Dalla ed orchestra, musica di Vivaldi diretta dal Mo Salvatore Accardo, proiezioni
cinematografiche 3D, conferenze e tavole rotonde. Un campionario di eventi acu-
stici davvero molto eterogeneo. L’esito di un questionario a cui risposero più di
mille intervistati che avevano partecipato al festival, valutazioni di artisti che si e-
rano esibiti ed articoli su giornali espressero giudizi positivi sull’acustica [1]. Dopo
questo evento l’Auditorium fu chiuso per contrasti sulla gestione del complesso.
Tuttavia, il DETEC riuscì ad effettuare misure acustiche in un tempo molto ristretto
nella sala non occupata che si trovava nelle condizioni di allestimento identiche a
quelle in cui era stata usata durante il breve festival.
2. Analisi con il calcolatore
2.1. Modello geometrico
La Fig. 2 mostra una vista del modello geometrico dell’Auditorium con la col-
locazione della sorgente all’altezza di 1,3 m dal pavimento nonché con i nove punti
riceventi nell’area delle poltrone nelle posizioni simili a quelle utilizzate per le mi-
sure riportate in [1].
2.2. Taratura acustica
Il software utilizzato in questo lavoro è l’Odeon 10.1. Come è noto agli utenti, è
basato sui principi dell’acustica geometrica, in particolare su una tecnica ibrida del
tracciamento dei raggi e delle sorgenti immagine. Nonostante la sua potenza di cal-
colo, come altri codici, richiede molta esperienza nella scelta di un insieme di pa-
rametri per ottenere risultati utili. Quando per una sala sono disponibili descrittori
dell’acustica derivanti da misure in una certa condizione è opportuna una taratura
del modello per lo studio di altre condizioni della sala non note da misure. Ideal-
mente il processo di taratura consiste nella minimizzazione delle differenze tra i pa-
rametri acustici misurati e quelli calcolati per tutte le coppie sorgente/ricevitore.
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Chiaramente, se in teoria ciò è possibile, la numerosità dei parametri in gioco da
assegnare al modello rende molto difficile l’operazione nella pratica.
Fig.2 – Viste del modello geometrico dell’Auditorium Niemeyer.
L’esperienza degli autori e quella di altri utenti di Odeon, nonché di software di
natura simile, suggerisce che la taratura in base ai tempi di riverberazione T30 o
EDT produce risultati accettabili per questi due parametri ma altri parametri non
sono sempre accettabili. La procedura adottata dagli autori di questo lavoro è
l’ottimizzazione per tentativi dell’insieme dei coefficienti di assorbimento per otte-
nere un valore medio spaziale di T30 che differisce non più del 10% dal corrispon-
dente valore di T30 misurato. Data la geometria impostata dell’auditorium, è stato
verificato che le variazioni di altri parametri necessari alla procedura di calcolo non
avevano una forte influenza su T30. Pertanto, la minimizzazione è stata effettuata
sostanzialmente “aggiustando” i coefficienti di assorbimento delle superfici per cia-
scuna banda ottava.
Fig.3 – Risultati della taratura del modello acustico dell’Auditorium “Oscar
Niemeyer”: paragone tra i valori medi di T30 (linee continue) e tra le rispettive de-
viazioni standard (linee a punti).
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Usualmente, il grado di soddisfazione dell’accordo è quantificato da differenze
minori della differenza minima percepibile (JND). Anche se diversi autori, ad e-
sempio [3], ritengono JND = 5%, il documento ISO 3382 [4] non riporta un valore
di JND per T30 esplicitamente. La Fig. 3 mostra il risultato della taratura.
I dati nella Fig.3 e nella Tabella 1 mostrano che le differenze conseguite sono al
di sotto del limite 5%, con un valore massimo a 1 kHz minore del 4,3%. La devia-
zione standard, interpretabile come un indice sintetico della dispersione spaziale di
T30, alle frequenze basse presenta valori misurati più alti di quelli calcolati. Proba-
bilmente, questo è imputabile al carattere ondoso del campo sonoro più marcato al-
le frequenze basse che il software non rende a sufficienza.
La Tabella 1 riporta il valore assoluto delle differenze percentuali Δ% = |100 x
(T30, misurato – T30, calcolato)/ T30, misurato| tra i valori medi misurati ed i corrispondenti
calcolati.
Tabella 1. Differenza percentuale tra i valori medi spaziali di T30 Δ%
F 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
(Hz)
Δ% 1,86 0,98 1,85 1,48 4,26 3,78 1,13 2,63
(%)
2.3. Confronto tra i valori misurati e calcolati per altri parametri
La Fig. 4 mostra il paragone tra i valori medi spaziali misurati e quelli calcolati
dei parametri EDT, C80, D50 e LF. Questo confronto evidenzia che pur con una sod-
disfacente taratura effettuata sul parametro fondamentale T30 si riscontrano diffe-
renze tra i valori medi misurati e quelli derivanti dal modello tarato di entità mag-
giore in vario grado. Come era lecito attendere, i valori di EDT sono quelli più vi-
cini a quelli misurati. L’adattamento peggiore risulta per l’efficienza laterale LF.
Una quantificazione più precisa delle differenze riscontrate è riportata nella Tabella
2 in cui sono evidenziate in grigio le differenze maggiori del 10%. Il simbolo Δ%
per questi parametri ha lo stesso significato di quello definito per la Tabella 1. In
tutti casi si nota che il software, come utilizzato, calcola dispersioni spaziali minori
di quelle valutate dai dati sperimentali.
2.4. Valutazione dell’influenza dell’occupazione del pubblico
Per studiare l’influenza dell’occupazione del pubblico sui parametri acustici, in
particolare su T30 ed EDT, nel modello tarato sono stati sostituiti i coefficienti di
assorbimento delle poltrone vuote nell’area destinata al pubblico con quelli delle
poltrone occupate (verde in Fig.2).
I coefficienti di assorbimento utilizzati sono riportati nella Tabella 3. Quelli nel-
la seconda riga si riferiscono all’area a gradini con le poltrone non occupate e deri-
vano dal processo di taratura (NO). Quelli nella terza riga attengono alla condizione
di occupazione piena e sono tratti dalla biblioteca dei coefficienti di assorbimento
inclusa nel software Odeon 10.1 (OP). Il risultato appare realistico per EDT e T30
mentre per C80 e D50 si nota solo la tendenza attesa che alla modesta riduzione dei
tempi di riverberazione corrisponde un incremento modesto degli indici della chia-
rezza ma l’aderenza ai valori misurati non è soddisfacente. D’altronde, queste di-
screpanze sono evidenziate già nella Fig. 4. Un’ipotesi che può spiegare perché nel-
le bande ottave a 125, 250 e 500 Hz i due indici della chiarezza presentano una ri-
levante diminuzione rispetto ai loro valori nelle altre bande è legata ad un fenome-
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no ondoso che il software ed il modello geometrico realizzato non portano in conto
adeguatamente. Si tratta del noto “seat dip effect” che si manifesta come
un’attenuazione selettiva causata dalla propagazione delle onde sonore lungo dire-
zioni prossime al piano che tocca la cima della distribuzione ordinata delle poltrone
[5,6,7]. Date le dimensioni e la distribuzione più usuali delle poltrone,
l’attenuazione dell’energia sonora coinvolge le bande ottave appena menzionate.
Nella realtà l’effetto si verifica anche se le poltrone sono occupate.
Fig.4 – Un ulteriore paragone tra parametri acustici misurati e calcolati.
Tabella 2. Differenza percentuale tra i valori medi spaziali di altri parametri acusti-
ci.
f (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
EDT 3,54 1,52 0,34 6,43 9,02 1,13 3,98 13,06
Δ% (%)
C80 40,07 83,63 189,36 35,75 5,36 2,60 4,61 26,18
Δ% (%)
D50 14,01 20,07 30,61 8,27 8,00 8,38 11,10 19,57
Δ% (%)
LF 1019 259 145 113 144 76 46 12
Δ% (%)
Tabella 3. Coefficienti di assorbimento dell’area destinata al pubblico
f (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
NO 0,35 0,45 0,35 0,40 0,50 0,50 0,50 0,50
OP 0,62 0,62 0,72 0,80 0,83 0,84 0,85 0,85
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La Fig. 5 mostra i valori medi spaziali dei parametri misurati senza
l’occupazione del pubblico (tutte le poltrone sono vuote) a paragone con i valori
corrispondenti ottenuti con la simulazione numerica nell’ipotesi di occupazione
completa. (tutte le poltrone sono occupate).
Fig.5 – Paragone tra i valori medi spaziali di parametri acustici misurati senza
occupazione del pubblico ed i valori medi spaziali calcolati con la presenza del
pubblico.
3. Conclusione
L’esperimento numerico descritto brevemente sopra consente le considerazioni
seguenti.
1) Dal 1968, quando fu pubblicato un lavoro che può essere considerato il capo-
stipite dei codici di calcolo per l’analisi del suono negli auditori [8], sono stati
commercializzati più di una dozzina di pacchetti di software per l’analisi in parola.
Due o tre hanno avuto sviluppi sofisticati in varie forme con aggiornamenti continui
nel corso di decenni ma nessuno di essi consente ancora previsioni con la precisio-
ne del 100%. Una discussione riguardo è riportata in [9].
2) I modelli dei processi fisici relativi alle interazioni del suono con i confini
dell’aria sono schematizzati in vari modi e richiedono scelte non sempre univoche
di parametri necessari a ciascuna procedura di calcolo (numero di poligoni che rap-
presentano l’interfaccia con l’aria, coefficienti di assorbimento, coefficienti di
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scattering, numero di raggi, ovvero di vettori di energia, ed altri ancora). Nonostan-
te i più avanzati siano dotati di librerie di dati le scelte non sono sempre ovvie.
3) Quasi sempre è necessaria una taratura del modello in studio per applicarlo
ed estenderne l’uso. Nel riferimento [10] è proposta una procedura per questo sco-
po.
4) Nel riferimento [11] è discussa la necessità della valutazione dell’incertezza
dei risultati conseguiti con l’uso di mezzi di previsione del suono negli ambienti
confinati. Spesso i risultati sono ritenuti corretti arbitrariamente. L’unico modo che
può consolidare la fiducia in una previsione o in una procedura è la verifica con mi-
sure strumentali in un ambiente reale.
È opinione degli autori che questi mezzi di previsione del suono in ambienti
chiusi hanno un ruolo importante nella progettazione acustica di sale ed auditori ma
è indispensabile la conoscenza delle basi teoriche della modellazione e dei limiti
connessi a ciascuna assunzione circa la modellazione delle fenomenologie coinvol-
te ed all’importanza della loro influenza sui risultati della simulazione. Anche i dati
riportati nelle biblioteche a corredo devono essere considerati solo come utili indi-
cazioni. Ad esempio, è nota la difficoltà della scelta dei coefficienti di assorbimento
e le perplessità che sussistono sui valori di queste proprietà introdotte sin dai tempi
di Sabine. È condivisibile l’opinione di molti studiosi che ritengono che essi dipen-
dono dal modello fisico teorico utilizzato per la loro determinazione. Paradossal-
mente, si giunge alla conclusione che la loro determinazione efficace diventa un
problema inverso specifico del modello in corso di simulazione.
4. Bibliografia
[1] Dragonetti, R., Ianniello, C., Romano, R., Preliminary acoustic measurements in
the Auditorium “Oscar Niemeyer” in Ravello; invited paper in Proceedings
INTERNOISE 2010, June 13-16, Lisbon, Portugal, paper 709.
[2] AA:VV.; Fondazione Ravello, Auditorium Oscar Niemeyer – Ravello; 2010
Fondazione Ravello.
[3] Bork, I. Comparison of room simulation software-the 2nd round robin on room
acoustical computer simulation, Acta Acustica united with Acustica, vol. 86,
(2000) 943-956.
[4] ISO 3382-1: 2009(E) Acoustics: Measurement of room acoustic parameters Part
1: Performance spaces.
[5] Schultz T. J,. Watters G , Propagation of sound across audience seating, J.
Acoust. Soc. Am., vol. 36 (1964) 885-896.
[6] Sessler G. M, West J. E., "Sound transmission over theater seats, J .Acoust. Soc.
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[7] Ando Y.A., Takaishi M.,.Tada K, Calculations of the sound transmission over
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Acoust. Soc. Am.. vol. 72 (1982) 443-448.
[8] Krokstad A., Strøm, S., Sørsdal, S., Calculating the acoustical room response by
the use of a ray tracing technique, J.Sound Vib., vol.8 (1968)118-125.
[9] Howarth M. J., Lam Y. W., An assessment of the accuracy of a hybrid room
acoustics model with surface diffusion facility, Applied Acoustics, vol. 60,
(2000) 237-251.
738° Convegno Nazionale AIA
[10] Dalenbäck B.I, Svensson U. P., A prediction software interface for room
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ICA 2007, Madrid, 2-7 September 2007, 1-6.
[11] Vorländer M., Performance of computer simulations for architectural
acoustics, Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, ICA 2010
23-27 August 2010, Sydney, Australia, 1-6.
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