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PREFAZIONE
“Se fossimo capre, le orecchie sarebbero frontali e non laterali,
pertanto la percezione dello spazio sarebbe differente.
Il fatto che gli esseri umani abbiano le orecchie in posizione laterale
consente all’udito di essere uno dei sensori umani più significativi
in termini spaziali per percepire la direzione dei suoni,
la posizione della sorgente,
in base allo sfasamento temporale della percezione che questa comporta.
I suoni sono onde meccaniche, e quindi come tali,
hanno un comportamento differente alla geometria dello spazio,
ma anche in base ai materiali che incontrano”.
da Anna Barbara, Storie di architettura attraverso i sensi
Oggigiorno si cerca di realizzare un’architettura sostenibile, in grado di trovare soluzioni costruttive
compatibili con la soddisfazione e il raggiungimento di un comfort ottimale per l’utenza, la
salvaguardia dell’ambiente e la creatività del progettista.
L’inquinamento acustico e il disturbo da rumore sono parametri determinanti nella definizione della
qualità ambientale.
Il rumore, fino a poco tempo fa, era considerato una fonte di inquinamento di poca importanza e
non veniva riconosciuto come una grave minaccia per la salute ed il benessere psico-fisico
dell’uomo.
Solo a partire dagli anni ’60, nasce la normativa in materia di acustica edilizia, la quale
regolamenta i livelli ammissibili di inquinamento da rumore.
Purtroppo ancora oggi si investe poco o nulla sulle tecnologie per il comfort acustico e la
normativa al riguardo presenta ancora forti criticità. Recente è la norma UNI 11367 del 22 luglio
2010 “Acustica in edilizia – Classificazione acustica delle unità immobiliari”, che avrebbe dovuto
porre chiarimenti in materia, ma, per cause burocratiche, ha ancora un carattere provvisorio e
viene considerato un documento volontario che può essere utilizzato per stabilire la classe
acustica di un immobile.
Data la poca chiarezza al riguardo, oggetto della tesi, è l’architettura e il rumore; due categorie
che potrebbero apparire contrastanti, ma che in realtà possono instaurare un rapporto di
complicità, in cui una non esclude l’altra.
Un legame complesso ma, allo stesso tempo, molto interessante, che può presentare diverse
sfaccettature e determinare una progettazione integrata in grado di raggiungere un ottimo
equilibrio formale – tecnologico.
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Parte 1 _ L’architettura acustica
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1.INTRODUZIONE: L’ACUSTICA DALL’ANTICHITA’ AD OGGI
1. Nel mondo antico greco e latino: l’inizio della sonorum doctrina
Il termine “acustica” trae origine dal greco (ἀκούειν, "udire") e indica la scienza che studia il suono.
La disciplina si occupa della generazione, della trasmissione, dell’analisi e della percezione del
suono.
Sembra che Pitagora e i suoi discepoli siano stati i primi ad affrontare lo studio dei fenomeni
acustici. Pitagora ideò la scala che prende il suo nome ed aggiunse una corda alla lira per
ottenere l’ottava del tono più basso, mentre i pitagorici studiarono i suoni emessi da corde di
diverse lunghezze sottoposte a tensioni differenti. Questi studi, però, non produssero risultati
quantitativi, forse per la scarsa conoscenza, nell’antichità, del meccanismo di propagazione del
suono nell’aria. Aristotele affermò che il suono si generava per urto tra un corpo in moto e l’aria e
Vitruvio stabilì l’analogia tra la propagazione del suono e il moto delle onde sull’acqua.
Inoltre Vitruvio descrisse la progettazione acustica degli anfiteatri nel suo De architectura libri
decem (circa 70-10 a.C.). Secondo Vitruvio il fondamento del teatro consisteva nella diffusione dei
suoni e compito dell’architetto era quello di valorizzare col teatro le proprietà acustico - musicali.
Ciò motiva l’estesa trattazione di argomenti acustico – musicali, in quanto la teoria acustico –
musicale costituisce il fondamento del teatro.
[6] Vox autem ut spiritus fluens aeris, et actu sensibilis auditu.
Ea movetur circulorum rutundationibus infinitis, uti si in
stantem aquam lapide inmisso nascantur innumerabiles
undarum circuli crescentes a centro, quam latissime possint,
et vagantes, nisi angustia loci interpellaverit aut aliqua
offensio, quae non patitur designationes earum undarum
ad exitus pervenire. Itaque cum interpellentur offensionibus,
primae redundantes insequentium disturbant
designationes. [7] Eadem ratione vox ita ad circinum efficit
motiones; sed in aqua circuli planitiae in latitudine
moventur, vox et in latitudine progreditur et altitudinem
gradatim scandit. Igitur ut in aqua undarum
designationibus, item in voce cum offensio nulla primam
undam interpellaverit, non disturbat secundam nec
insequentes, sed omnes sine resonantia perveniunt ad
imorum et ad summorum aures. [8] Ergo veteres architecti
naturae vestigia persecuti indagationibus vocis scandentis
theatrorum perfecerunt gradationes, et quaesierunt per
canonicam mathematicorum et musicam rationem, ut,
quaecumque vox esset in scaena, clarior et suavior ad
spectatorum perveniret aures. Uti enim organa in aeneis
lamminis aut corneis echeis ad cordarum sonitum
claritatem perficiuntur, sic theatrorum per harmonicen ad
augendam vocem ratiocinationes ab antiquis sunt
constitutae.
[6] D’altra parte la voce come il respiro fluisce nell’aria ed è
in atto quando diviene sensibile all’udito. Essa si muove con
infinite circonferenze di cerchi, come quando gettata una
pietra nell’acqua stagnante si formano innumerevoli cerchi
ondosi che si ingrandiscono, partendo dal centro il più
ampiamente possibile e propagandosi, se non li interrompe
la ristrettezza del bacino o qualche ostacolo che non
permette che i contorni di tali onde arrivino alla fine.
Pertanto quando sono interrotte da ostacoli, le prime onde
rifluendo scompigliano i contorni delle seguenti. [7] Con lo
stesso principio la voce in tal modo si propaga a cerchio,
ma nell’acqua i cerchi si muovono su piano nel senso della
larghezza, la voce sia avanza nel senso della larghezza sia si
eleva gradualmente in altezza. Pertanto come nell’acqua
con i contorni delle onde, così capita nel caso della voce
quando nessun ostacolo interrompe la prima onda, non
disturba la seconda né le seguenti, ma tutte senza echi
pervengono alle orecchie di chi sta più in basso e di chi sta
più in alto. [8] Pertanto gli antichi architetti perseguendo le
impronte della natura con indagini sull’elevazione della
voce realizzarono le gradinate dei teatri e cercarono di
ottenere tramite la normativa dei matematici e la teoria
musicale che qualunque voce si trovasse sulla scena,
pervenisse più chiara e soave alle orecchie degli spettatori.
Poiché come gli organi a lamine bronzee sono perfezionati
fino alla chiarezza di suoni degli strumenti a corda, così
dagli antichi furono istituiti accorgimenti razionali grazie alla
scienza musicale per aumentare la voce nei teatri.
(Vitruvio – De architectura, libro quinto, 3,6-8)
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Vitruvio, in accordo con la teoria musicale esposta, propone di disporre, in apposite celle ricavate
sotto le gradinate della cavea, dei vani risuonatori, per potenziare la diffusione delle voci
provenienti dal palcoscenico. Ciò risiede nell’esigenza di realizzare un teatro “perfetto” con la
valorizzazione ottimale delle proprietà acustico – musicali.
[1] Ita ex his indagationibus mathematicis rationibus fiant
vasa aerea pro ratione magnitudinis, theatri, eaque ita
fabricentur, ut cum tangantur sonitum facere possint inter se
diatessaron diapente ex ordine ad disdiapason. Postea inter
sedes theatri constitutis cellis ratione musica ibi conlocentur
ita, uti nullum parietem tangant circaque habeant locum
vacuum et ab summo capite spatium, ponanturque inversa
et habeant in parte, quae spectat ad scaenam, suppositos
cuneos ne minus altos semipede; contraque eas cellas
relinquantur aperturae inferiorum graduum cubilibus longae
pedes duo, altae semipede. [2] Designationes autem
eorum, quibus in locis constituantur, sic explicentur. Si non
erit ampla magnitudine theatrum, media altitudinis
transversa regio designetur et in ea tredecim cellae
duodecim aequalibus intervallis distantes confornicentur, uti
ea echea quae supra scripta sunt, ad neten hyperbolaeon
sonantia in cellis quae sunt in cornibus extremis, utraque
parte prima conlocentur, secunda ab extremis diatessaron
ad neten diezeugmenon, tertia diatessaron ad paramesen,
quarta ad neten synhemmenon, quinta diatessaron ad
mesen, sexta diatessaron ad hypaten meson, in medio
unum diatessaron ad hypaten hypaton. [3] Ita hac
ratiocinatione vox a scaena uti ab centro profusa se
circumagens tactuque feriens singulorum vasorum cava
excitaverit auctam claritatem et concentu convenientem
sibi consonantiam. Sin autem amplior erit magnitudo theatri,
tunc altitudo dividatur in partes IIII, uti tres efficiantur
regiones cellarum transverse designatae, una harmoniae,
altera chromatos, tertia diatoni. Et ab imo quae erit prima,
ea ex harmonia conlocetur ita uti in minore theatro supra
scriptum est.
[1]Così in base a queste indagini mediante principi
matematici siano fatti vasi bronzei in rapporto alle
dimensioni del teatro ed essi siano foggiati in modo tale che
quando sono colpiti possano dar luogo a suoni tra di loro di
diatessaron, diapente in ordine fino al disdiapason. Quindi
costituite delle celle tra i posti a sedere del teatro, siano
collocati colà con criterio musicale in modo tale che non
tocchino alcun muro, abbiano all’intorno un vano vuoto e
dello spazio sulla sommità, siano posti rovesci, nella parte
che guarda verso la scena abbiano dei cunei di supporto
alti non meno di mezzo piede, e innanzi a tali celle siano
lasciate aperture larghe due piedi, alte mezzo piede rivolte
alle assisi dei gradini inferiori. [2] Le loro disposizioni poi, in
quali luoghi siano costituiti, siano regolate in tal modo. Se il
teatro non sarà di grandi dimensioni, si designi la fascia
trasversale a metà dell’altezza e in essa si facciano a volta
tredici celle distanziate da dodici intervalli uguali, affinchè
tali risuonatori che sopra sono stati citati, quelli che suonano
in nete hyperbolaeon siano collocati da ambedue le parti
all’inizio, nelle celle che si trovano all’estremità, nei secondi
posti dalle estremità quelli di diatessaron in nete
diezeugmenon, nei terzi quelli di diatessaron in paramese,
nei quarti quelli di nete synemmenon, nei quinti quelli di
diatessaron in mese, nei sesti quelli di diatessaron in hypate
meson, al centro uno solo di diatessaron in hypate hypaton.
[3] In tal modo con questo calcolo la voce proveniente
dalla scena diffondendosi come dal centro e muovendosi
all’intorno e colpendo con percussione le pareti concave
dei singoli vasi otterrà un’aumentata sonorità che per
l’accordo si addice alla consonanza con tale voce. Se
invece le dimensioni del teatro saranno maggiori, allora
l’altezza sia divisa in 4 parti, affinché siano create tre fasce
di celle disposte trasversalmente, una dell’armonia, la
seconda del croma, la terza del diatono. E la fascia che
sarà prima dal basso, sia installata conformemente
all’armonia così come è stato scritto per il teatro più
piccolo.
(Vitruvio – De architectura, libro quinto, 5,1-3)
2. Nei testi della letteratura classica: il rumore di calpestio
Nei testi classici si possono trovare riferimenti al fenomeno acustico del rumore di calpestio: in
genere il rumore non era legato al disturbo arrecato quanto alla possibilità di essere individuati dai
nemici in situazioni belliche.
[…] e si rompe ogni sonno:
così questi
rotto il dolce sopor su le palpebre,
notte vegliano amara, ognor
del piano alla parte conversi, ove
s’udisse
nemico calpestìo
(Omero – Iliade, Libro X)
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Folgora ai lampi dell’acciaro
il cielo
e ne brilla il terren, che al
calpestìo
delle squadre rimbomba. In
mezzo a queste armasi
Achille
(Omero – Iliade, Libro XIX)
S’avvide Ulisse del blandir
de’ cani,
E d’uomo un calpestìo raccolse […].
(Omero – Odissea, Libro XVI)
Nella tragedia Oreste di Euripide (V sec. a.C.) si può trovare invece il fenomeno del rumore di
calpestio nell’edilizia, infatti il fenomeno è percepito all’interno di una abitazione:
Elettra:
“[…]O donne
direttissime, il piè lieve
movete,
rumor non fate, calpestìo non
s’oda.
Cara amica mi sei; ma se dal
sonno
desti il fratel, sarà sciagura
grande”.
(Euripide – Oreste)
Nella letteratura italiana si incontra il termine calpestio sia nell’Orlando Furioso (1545) dell’Ariosto,
sia nella Gerusalemme Liberata (1575) del Torquato Tasso:
Ma non per lungo spazio così stette,
che un calpestio le par che venir senta:
cheta si leva e appresso alla riviera
vede ch'armato un cavallier giunt'era.
(Ariosto – Orlando Furioso, Canto I, 38)
Avea Iocondo ed avea il re sentito
il calpestio che sempre il letto scosse;
(Ariosto – Orlando Furioso, Canto XXVIII, 65)
Già sendo in atto di partir, s'udiro
le strade risonar dietro le spalle
d'un lungo calpestio, che gli occhi in giro
fece a tutti voltar giù ne la valle.
(Ariosto – Orlando Furioso, Canto XXXVII, 87)
Porgendo intorno pur l’orecchie intente
Se calpestio, se romor d’armi sente
(Tasso – Gerusalemme Liberata, Canto VII)
Anche in diverse opere di Leopardi si possono trovare tracce del rumore di calpestio. In
particolare, nello Zibaldone il rumore è evocato in modo positivo. Il passo dello Zibaldone è
interessante perché tratta del suono e del rumore con originalità; usando le parole dello stesso
poeta: “Quello che altrove ho detto sugli effetti della luce, o degli oggetti visibili, in riguardo all’
idea dell’infinito, si deve applicare parimente al suono, al canto, a tutto ciò che spetta all’udito”.
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È piacevole un luogo echeggiante,
un appartamento ecc.
che ripeta il calpestìo de’
pied, o la voce ecc.
(G. Leopardi – Zibaldone, 16 ottobre 1821)
3. Dal XVII al XIX secolo: primi esperimenti scientifici
Con Galileo Galilei i fenomeni acustici vennero affrontati sperimentalmente. Egli per primo affermò
che l’altezza del suono dipende dal numero di vibrazioni della sorgente sonora, accennò alle
principali leggi delle corde vibranti e indicò il metodo diretto per la determinazione della velocità
del suono nell’aria, tracciando la strada ai lavori di M. Mersenne, P. Gassendi, G.A. Borelli, V. Viviani
e altri.
Dopo le esperienze di G.A. Borelli e V. Viviani (1656), Isaac Newton (1687) formulò una relazione
teorica, ricavata dall’applicazione della legge di Boyle, per il calcolo della velocità del suono
nell’aria, che però forniva valori troppo bassi rispetto a quelli misurati sperimentalmente.
Joseph-Louis Lagrange nel 1759 dimostrò la non applicabilità della legge di R. Boyle e Pierre Simon
Laplace formulò la relazione esatta per il calcolo della velocità del suono nell’aria.
Nel Settecento continuarono gli studi sulle corde da parte di vari scienziati, tra i quali J. Bernoulli, L.
Eulero, J.B. D’Alembert e D. Bernoulli, sui tubi sonori, sulle membrane tese e sulle verghe a estremità
libere.
Nell’Ottocento un notevole impulso allo studio dell’acustica venne dall’introduzione nello studio
delle vibrazioni del metodo stroboscopico da parte di J.A. Lissajous (1855) e del metodo grafico di
E.L. Scott (1870), dai lavori sperimentali di F. Savart, dalle ricerche teorico-sperimentali di H.
Helmholtz e di J. Rayleigh, dall’invenzione del fonografo e del microfono a opera rispettivamente
di T. Edison e di D.E. Hughes.
4. Nel XX secolo: dall’acustica architettonica al soundscape
Nel 1915 Wallace Clement Sabine, professore di matematica e filosofia all'Università di Harvard,
gettò le fondamenta di una nuova scienza, l'acustica architettonica. Egli risolse il problema
acustico della sala del Fogg Art Museum e fu il primo ad aver definito il tempo di riverberazione.
Definì il tempo di riverbero come il numero di secondi richiesti dall'intensità del suono per cadere
da un livello di udibilità di 60 dB (decibel) fino alla soglia di non-udibilità.
La sua formula è T = 0.161 V/A dove T è il tempo, V è il volume della stanza in metri cubi, ed A è
l'area di assorbimento del suono in metri quadri. Inoltre Sabine fu in grado di determinare che le
migliori sale da concerto avevano un tempo di riverbero di 2-2.25 secondi, mentre le migliori sale
da lettura avevano un tempo di riverbero leggermente inferiori ad 1 secondo. In seguito alla sua
scoperta, Sabine rivestì la Fogg Lecture Hall di materiale fono-assorbente, per tagliare il tempo di
riverbero e ridurre l'effetto-eco. Questo successo rafforzò la carriera di Wallace Clement Sabine, il
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quale fu assunto come consulente di acustica presso la Boston Symphony Hall, il primo teatro
progettato seguendo le basilari nozioni di acustica. Il design acustico di Sabine fu un gran successo
e la Symphony Hall di Boston è considerata una delle migliori sale da concerto nel mondo. Inoltre,
l'unità di assorbimento del suono è stata nominata sabin in suo onore.
Il pittore musicista Luigi Russolo del Movimento Futurista, fu colui che provò per primo, e lo scrisse
anche nel Manifesto dell’Arte dei rumori
(1913), a introdurre i rumori delle macchine
del XIX secolo all’interno della musica.
Russolo aveva intuito che l’universo acustico
della civiltà delle macchine aveva reso i
codici musicali della tradizione inadeguati
alla mutata sensibilità percettiva
dell’individuo, mentre risultava più idonea la
sintonia tra il rumore e i suoni del progresso
tecnologico della nascente società industriale. Gli Intonarumori erano strumenti per riprodurre i
suoni-rumori delle macchine e della città, funzionavano con semplici dispositivi meccanici ideati
per riprodurre famiglie di rumori: ululatori, rombatori, crepitatori, stropiccia tori, scoppia tori,
gorgogliatori, ronzatori e sibilatori… Dai suoi esperimenti nacque una nuova estetica, che
emancipò il rumore da semplice fastidio a musica.
Nel Novecento, dopo la scoperta del triodo ad opera di L. de Forest (1907) e l’avvento della
radiodiffusione (1919) per iniziativa di molti radiotecnici formatisi durante la Prima Guerra Mondiale,
l’acustica ebbe un grande sviluppo perché con la disponibilità di amplificatori elettronici fu
possibile produrre e rilevare suoni di qualsiasi frequenza e intensità.
Presso i laboratori della Bell Telephone incominciò a svilupparsi la psicoacustica (1920-1940), con
l’approfondimento delle relazioni tra intensità e sensazione sonora.
La Seconda Guerra Mondiale sollecitò gli studi in acustica, in particolare quelli relativi
all’identificazione dei sottomarini in immersione e quelli volti al miglioramento della comunicazione
verbale in ambienti molto rumorosi come i carri armati e gli aeroplani.
Verso la fine degli anni Settanta il compositore canadese Murray Schafer propose il concetto di
soundscape, che poneva attenzione al paesaggio sonoro, considerando il suono alla scala del
progetto urbano.
Nel suo libro intitolato Paesaggi sonori, ripercorre la storia della civiltà umana sotto l’aspetto
acustico. Attraverso ampi excursus nella letteratura e nella mitologia di tutti i paesi e di tutte le
epoche, Schafer mostra come si sia creata una cesura con la rivoluzione industriale, quando i suoni
della tecnologia hanno prodotto un paesaggio sonoro a low-fidelity (bassa fedeltà), ossia un
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ambiente in cui i segnali sono così numerosi da sovrapporsi, con il risultato di mancanza di
chiarezza ed effetti di mascheramento.
Schafer anticipa la critica alla globalizzazione sub specie sonoris contrapponendo ad essa
l’“acustic design” (design
acustico). Il design acustico
cerca di scoprire principi
grazie ai quali può essere
migliorata la qualità estetica di
un paesaggio sonoro. Viene
data grande importanza alla
salvaguardia delle “impronte
sonore (soundmarks). Il termine
deriva da landmark (punto di
riferimento, pietra miliare) e si
applica a quei suoni che sono unici oppure a quei suoni che possiedono peculiarità in grado di
essere riconosciuti come tali, la cosiddetta “comunità acustica”. Schafer, con l’ecologia acustica,
afferma il suo impegno sociale per un mondo sonoro migliore, considerando che il suono è
“pubblico”. Ogni comunità possiede dei punti di riferimento, letterari, artistici e architettonici, che
la contraddistinguono e contribuiscono alla creazione di un’identità locale. Ciò accade anche per
il “paesaggio sonoro”: ogni luogo ha suoni peculiari e inconfondibili, le “impronte sonore” di una
cultura, che contribuiscono, come le altre manifestazioni umane, alla creazione dell’identità
locale.
Su questi concetti si sono formati generazioni di soundscapers, che oggigiorno si occupano della
progettazione e del controllo di numerose attività connesse al fenomeno sonoro: le infrastrutture e i
nodi di interscambio, i centri commerciali, ma anche il volere politico delle amministrazioni che
governano il territorio.
Il soundscape design considera il suono nel contesto delle relazioni con l’ambiente, non si occupa
di sonorità in termini di inquinamento, ma come espressione di cultura e di progetto.
5. Oggigiorno: il rumore come fonte di inquinamento
Al giorno d’oggi si è assistito ad una crescita di interesse verso l’acustica, soprattutto nelle aree
urbane, dove il rumore rappresenta una fonte di inquinamento notevole. La volontà comune di
non poter più tollerare il fastidio dovuto alle immissioni di rumore nell’ambiente abitativo ha
prodotto una crescita notevole delle liti giudiziarie, soprattutto dopo l’emanazione del DPCM 1°
marzo 1991 “Limiti massimi di esposizione al rumore negli ambienti abitativi e nell’ambiente
esterno”, che ha rappresentato il primo provvedimento legislativo per la valutazione del disturbo
causato dal rumore prodotto dalle sorgenti sonore fisse.
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2.PRINCIPI DI BASE DI ACUSTICA
6. Concetti di base
“Una sonora melodia che scaturisce da una radio
può essere piacevole per una famiglia che vive in
un appartamento, ma è fastidiosa per dei vicini che
vorrebbero dormire; non è desiderata, è rumore.
Per definizione, il rumore è suono indesiderato.”
C. Harris, Handbook of Noise Control
Una vera definizione di rumore non è possibile, ma è generalmente accettato che mentre il suono
abbia una connotazione di gradevolezza, il rumore sia portatore di fastidio.
Quando una superficie solida od una porzione di questa viene fatta vibrare ad una frequenza
opportuna a contatto con un mezzo, attraverso il mezzo si propaga qualche cosa che viene
percepito dall’orecchio e che viene definito suono. Si parla comunemente di onde sonore che si
propagano attraverso il mezzo.
Si può cominciare considerando un caso semplice in cui il suono venga generato dal movimento
alternato di un pistone oscillante all’imbocco di un tubo a pareti rigide, che si suppone molto
lungo. Lo strato d’aria adiacente al pistone risente del movimento di questo: quando il pistone si
muove verso destra, lo strato di fluido immediatamente adiacente alla parete è compresso,
quando il movimento del pistone avviene in senso opposto, lo stato d’aria viene rarefatto.
In altre parole, la pressione e la densità dello strato assumono alternativamente valori superiori ed
inferiori a quelli del fluido indisturbato. Le variazioni di pressione, che si alternano nel mezzo rispetto
al valore della pressione caratterizzante il fluido indisturbato Po, a loro volta indurranno nello strato
di fluido adiacente una successiva perturbazione simile e così via. Nel tubo si viene così a
determinare una perturbazione di pressione che viaggia lungo tutta la sua estensione.
L’ entità della perturbazione di pressione si può indicare come:
∆P(τ) = P(τ) - Po
Po = pressione atmosferica