DELL’AMBIENTE INTERNO
2.3 I MATERIALI POROSI E LE LORO CARATTERISTICHE
I materiali porosi sono la tipologia più diffusa fra i materiali caratterizzati da assorbimento acustico. L’assorbimento avviene per mezzo dei pori interconnessi attraverso il materiale che, mediante effetti viscosi, sono in grado di dissipare l’energia acustica in calore. Caratte-ristica fondamentale è che i pori siano aperti ed esposti all’ambiente. La loro dimensione tipica è minore di 1 mm, inferiore a quella delle lunghezze d’onda d’interesse.
Quando un’onda acustica penetra un ma-teriale, le molecole d’aria interne ai pori e alle interconnessioni sono costrette vibrare, perdendo energia a causa dell’attrito con le superfici interne dei pori all’interno del ma-teriale. Nei materiali porosi fibrosi (figura 10) una parte dell’energia viene dissipata anche dalla vibrazione meccanica delle fibre stesse.
In base alla microstruttura porosa questi
ma-teriali possono essere suddivisi in cellulari, ad esempio le schiume, fibrosi, caratterizzati da spazi d’aria fra i filamenti delle fibre, come la fibra di vetro, e i materiali granulari, ove vi sono sacche d’aria tra i granuli che compon-gono il materiale stesso, come nel caso del calcestruzzo poroso.
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alla direzione di propagazione dell’onda. La tortuosità è una caratteristica strettamente correlata alla resistività al flusso, poiché in-fluisce su come il flusso d’aria sia in grado di attraversare il materiale.
Infine, ma non per ordine di importanza, un parametro fondamentale è il diametro della fibra. Le fibre sintetiche, grazie alla loro tipo-logia di produzione, possono essere realiz-zate con svariati diametri e gestite più facil-mente nelle dimensioni. Al contrario le fibre naturali presentano un diametro più irrego-lare, meno gestibile e sono tendenzialmente più grandi rispetto alle fibre sintetiche comu-nemente prodotte.
SPESSORE e MONTAGGIO
L’effetto di assorbimento massimo si verifica nei punti in cui la velocità di particella è mas-sima, cioè dove il materiale fonoassorbente sottrae maggiore energia all’onda incidente.
In prossimità di una superficie rigida, questo
Figura 11: Fonoassorbimento, Tyler Adams, 2018, op.cit.
Un’altra importante distinzione è la differen-za fra rugosità superficiale e porosità: su-perficie ruvida non è sinonimo di susu-perficie porosa, ma una superficie può essere sia po-rosa sia ruvida.
La resistività al flusso (vedi capitolo 7) è una caratteristica per la quale viene misurato il passaggio d’aria attraverso l’elemento. Se la resistività al flusso è troppo alta comporta un impedimento da parte del materiale di essere attraversato dall’aria, e quindi una tendenza a riflettere piuttosto che assorbire.
Il materiale deve quindi permettere all’onda sonora di entrare con facilità nella struttura, e dunque avere una bassa resistività e un’e-levata porosità. Tuttavia deve anche genera-re attrito nella sua struttura per disperdegenera-re l’energia sonora, portando a un aumento della resistività al flusso.
Attraverso la resistività al flusso, tramite dei modelli, è possibile ricavare l’assorbimento acustico alle diverse frequenze per questa tipologia di materiali.
Altre caratteristiche importanti per i mate-riali porosi sono: la forma dei pori, con in-fluenza sugli effetti termici e viscosi, la lun-ghezza e la tortuosità, maggiore e complessa è l’interconnessione dei pori maggiore sarà l’assorbimento. Quest’ultima è determinata da pori disposti in posizione perpendicolare
punto si trova ad una distanza [m]:
d = λ / 4
dove λ corrisponde alla lunghezza d’onda [m]. Quindi l’assorbimento si verifica quan-do il materiale poroso ha uno spessore di almeno ¼ della lunghezza d’onda (figura 11). Nei materiali porosi l’assorbimento alle basse frequenze aumenta con l’aumentare dello spessore del materiale fonoassorben-te, come illustrato nella figura 12. Per questo motivo questa tipologia di materiali ha dif-ficoltà nell’assorbire le basse frequenze con lunghezze d’onda di alcuni metri. In alterna-tiva all’aumento dello spessore del materiale è possibile ottenere il medesimo risultato in-serendo fra materiale e superficie di applica-zione un air-gap (figura 13), in modo tale che lo spessore totale sia sempre di almeno ¼ della lunghezza d’onda. Fondamentale dun-que è considerare i risultati dei test in fun-zione a come è stato posizionato e montato il pannello.
Nonostante questa possibilità di montaggio, in condizioni pratiche, risulta difficile avere lo spazio a disposizione per permettere al materiale poroso di assorbire le frequenze più basse. Basti pensare che a 90 Hz la lun-ghezza d’onda è di circa 4 metri, e per essere assorbita lo spessore del pacchetto dovreb-be essere di minimo un metro per raggiun-gere ¼ della lunghezza d’onda.
Figura 12: Variazione dell’assorbimento acustico a diversi spessori, Tyler Adams, 2018, op.cit.
Figura 13 Variazione dell’assorbimento acustico a diversi air-gap, Tyler Adams, 2018, op.cit.
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L’assorbimento per porosità è dato dalla ve-locità delle particelle: negli angoli la veve-locità di queste ultime non è elevata per questo non costituiscono delle trappole acustiche particolarmente efficaci.
Per coprire tutta la gamma di frequenze in particolare quelle più basse, il materiale po-roso può essere associato a un pannello ri-sonante; a volte risulta necessario unire più soluzioni per raggiungere risultati ottimali.
DENSITÀ
I materiali porosi possono essere realizzati a diverse densità, morbidi e flessibili oppure come tavole dense e rigide. La densità è di-rettamente correlata alla resistività al flusso.
Infatti ad elevate densità diventa difficile per il suono attraversare il materiale, portando a una diminuzione dell’assorbimento acustico (figura 14). Allo stesso tempo densità troppo basse, e di conseguenza resistività al flusso basse, comportano assorbimenti minori, a determinati intervalli di frequenza.
VERNICE
La vernice può compromettere le caratteristi-che di assorbimento acustico di un materiale poroso poiché può chiudere integralmente o parzialmente i pori in superficie, ostacolan-do la penetrazione del suono come emerge dalla figura 15. Alcuni produttori, tuttavia, offrono determinate vernici a base acquosa
Figura 14: Variazione dell’assorbimento acustico a diverse densità, Tyler Adams, 2018, op.cit.
Figura 15: Influenza della vernice sull’assorbi-mento acustico, Tyler Adams, 2018, op.cit.
menti maggiori rispetto a quelli più compatti.
Inoltre i tappeti possono risultare utili anche per ridurre il rumore creato dal calpestio, da carrelli, da sedie o cadute accidentali.
Anche le tende, come accennato, possono essere considerate come materiali porosi e come assorbitori variabili. Le loro perfor-mance acustiche variano in base a una serie di fattori: resistività al flusso che dipende dalla tipologia di materiale e dalla distanza di montaggio. Ovviamente maggiore sarà lo spessore del materiale maggiore sarà il suo assorbimento acustico. Un’altra caratteristi-ca da considerare sono le pieghe del tessuto:
infatti utilizzando una lunghezza orizzontale (o verticale) maggiore rispetto a quella della superficie di applicazione si otterrò un nu-mero maggiore di pieghe e migliori perfor-mance acustiche, dovute all’incremento del-la superficie a disposizione.
RIVESTIMENTO
Per via della loro natura porosa e general-mente fibrosa questi materiali, se applicati in ambienti interni, spesso vengono rivestiti per essere protetti dall’umidità, da contami-nazioni, per essere puliti e lavati, per evitare dispersioni di fibre, per mantenere la coesio-ne o più semplicemente per rendere grade-vole il loro aspetto. Se rivestiti da materiali ri-gidi, le capacità fonoassorbenti del materiale poroso diminuiscono come illustrato nella che non vanno a compromettere
significati-vamente l’assorbimento.
ASSORBITORI VARIABILI
Questa particolare tipologia nasce dall’esi-genza di realizzare ambienti dinamici in gra-do di adattarsi a diverse attività. Lo stesso ambiente può richiedere delle performance di assorbimento in caso di lezioni dirette op-pure caratteristiche opposte nel caso di un evento musicale.
La tipologia di assorbitori variabili più diffusa e più economica sono i tendaggi, che con-sentono di coprire totalmente con le pieghe del tessuto la superficie riflettente retrostan-te oppure di lasciarla libera. Esistono invece alcuni assorbitori variabili di nuova genera-zione, in grado di modificare l’assorbimento dell’ambiente variando la quantità di super-ficie assorbente esposta alla stanza tramite dei sistemi rotanti o scorrevoli.
TAPPETI E TENDAGGI
Anche i tappeti possono essere considerati come materiali porosi. Essi sono efficienti nell’assorbire le alte frequenze e per via dello spessore limitato sono completamente inef-ficaci alle basse frequenze. Come per tutti i materiali porosi maggiore è la permeabilità del tappeto e del sottofondo, maggiore sarà l’assorbimento acustico. I tappeti formati da uno strato di peli in superficie hanno
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vità all’aria, la quale deve essere bassa per non compromettere le performance acusti-che. I film sottili, di cuoio, vinile, prodotti po-limerici, hanno il vantaggio di poter essere lavabili, impermeabili, e di avere superfici non porose e quindi in grado di non trattene-re la polvetrattene-re come richiesto in alcune circo-stanze. Tuttavia porteranno a una diminuzio-ne dell’assorbimento acustico, in particolare alle alte frequenze: per ridurre questo incon-veniente lo spessore deve essere minore ai 2 mm oppure, se possibile, avere una parte forata.
MATERIALI
Viene ora mostrata una rassegna dei mate-riali porosi suddivisi in base alla categoria di appartenenza, partendo da quelli tradizio-nalmente utilizzati a quelli più innovativi, se-guita dalla tabella 1, dove viene presentato un confronto fra le performance acustiche dei materiali naturali maggiormente diffusi.
Si sottolinea che sono state riportate sia le materie prime dalle quali si possono com-porre svariate soluzioni , sia alcuni prodotti diffusi su larga scala; a causa della continua innovazione vengono elencati solamente i principali. Questi materiali possono essere combinati ed evolversi in molteplici forme, assemblaggi e, alcuni di questi, possono de-rivare totalmente o parzialmente dalla filiera del riciclo.
figura 16; è necessario avere un’area aperta per permettere ai pori del materiale interno di essere a contatto con l’ambiente. Nel caso di una lamiera metallica l’area aperta deve essere almeno del 20%, ma se lo spessore del materiale aumentasse, come nel caso del legno la percentuale deve aumentare anche fino al 50%. Sia lo spessore sia la frazione di area aperta comportano comunque una di-minuzione dell’assorbimento poroso, ma il rivestimento esterno può iniziare a funzio-nare come un assorbitore di Helmhotz.
In alternativa il rivestimento può essere rea-lizzato con materiali flessibili, come tessuti o film. I tessuti possono variare l’assorbimento del materiale poroso in base alla loro resisti-Figura 16: Influenza del rivestimento e del relati-vo spessore,Tyler Adams, 2018, op.cit.
• Origine minerale: fibra di roccia, fibra di vetro, vetro cellulare, vetroresina, perlite espansa, argilla espansa, schiuma di al-luminio, schiuma ceramica, pietra, vetro, vermiculite, gesso, cemento acustico.
• Origine animale: lana.
• Origine vegetale: lino, canapa, can-na, bamboo, cotone, iuta, cocco, legno, milkweed, kapok, cellulosa, cotone, de-nim, sughero, schiuma di legno.
• Origine sintetica: polietilene, polieste-re, poliuretano, schiuma poliuretani-ca, schiuma di melammina, schiuma di poliammide, schiuma di polipropilene, schiuma di EPDM, gomma.
• Innovativi: muschio e muri verdi (vege-tali), micelio (fungo), aerogel (sintetico).
Materiale Kg/m3 Spessore cm NRC
50 6 0,55
4 0,55
6 0,7
100 6 0,6
260 3 0,2
Canapa 50 3 0,4
5 0,5
10 0,75
Sughero 100 3 0,3
4 0,25
8 0,4
4 0,45
8 0,6
4 0,55
6 0,7
470 145 100
60
40 Lana vergine
Kenaf Legno Cocco
Canna legno Canna corteccia
Tabella 1: Confronto performance acustiche fra alcuni materiali di origine naturale. (NRC: media degli assorbimenti a 250, 500,1000 e 2000 Hz).
In questa sezione viene sviluppato un ap-profondimento su un materiale poroso spe-cifico, la lana (figura 17). Come emerge dal paragrafo precedente risulta essere l’unico materiale poroso, quindi dotato di caratte-ristiche di assorbimento acustico, di origine animale. Inoltre come sottolineato nel para-grafo 1.4 e nel capitolo 4 la lana risulta es-sere il materiale d’eccellenza del territorio biellese: di conseguenza questo comporta la produzione di scarti che, come vedremo nel capitolo dedicato alla sperimentazione, ri-sulteranno fondamentali in questo progetto.
La lana è una fibra proteica (cheratina) di ori-Figura 17: Lana, http://mowedesign.dk/2016/08/
inspiration-til-efteraaret-trends-2016/.