Premessa

L'acustica di una mensa richiede la determinazione di parametri oggettivi calcolabili e misurati.

Sonora srl è stata incaricata dello studio acustico di una grossa sala mensa in una nota Azienda italiana.

Metodologia

La letteratura propone diversi modelli di previsione che consentono di stimare il livello di rumore e altri parametri acustici caratteristici degli ambienti collettivi, come per esempio mense, in funzione delle condizioni ambientali, del numero di occupanti e delle proprietà acustiche dei materiali.
Tra questi, risultano particolarmente rilevanti i modelli basati sull’effetto Lombard e sulle condizioni di campo sonoro diffuso, descritti di seguito:

Lo sforzo vocale varia con il rumore ambientale a causa dell'effetto Lombard. Per livelli di rumore superiori a 45 dB, il livello del parlato a una distanza di 1 m L_(S,A,1m) può essere espresso dall'equazione:
L_(S,A,1m)=55+c(L_(N,A)-45) (dB)
dove L_(N,A) è il livello di pressione sonora ponderato A (SPL) del rumore e c è la pendenza lombarda, che può essere impostata su c=0.5.

Un modello di calcolo per il livello di rumore ambientale è stato derivato da Rindel applicando semplici ipotesi riguardanti la radiazione sonora e un campo sonoro diffuso nella stanza. Il modello di previsione semplice suggerito può essere espresso nell'equazione:
L_(N,A)=93-20 lg⁡(g ((0.16 V)/(N∙T)+A_p )) (dB)
La dimensione del gruppo (g) indica il numero medio di persone attribuite a ciascun interlocutore che genera rumore di conversazione, e riflette il rapporto tra parlanti e ascoltatori presenti nello spazio analizzato. Ai fini della previsione, il volume della stanza (V), il tempo di riverbero in condizioni non occupate (T), il numero totale di occupanti (N), e l’assorbimento acustico medio per persona (Ap) consentono di stimare il livello di pressione sonora ambientale. Un aspetto particolarmente importante dell’equazione è che ogni raddoppio del numero di persone determina un aumento di circa 6 dB del livello di rumore ambientale, mettendo in evidenza l’influenza della densità di affollamento.

Sia il tempo di riverbero che il volume per persona sono parametri importanti per il controllo del livello di rumore. Se il tempo di riverbero è superiore a 1,5 s e il volume per persona è inferiore a 10 m3, il livello di rumore ambientale può superare gli 80 dB, cioè molto forte e chiaramente sgradevole.

Figura 3 1 - Distribuzione del livello di rumore ambientale in funzione del tempo di riverbero (RT) e del volume per persona, calcolata secondo il modello di previsione indicato dall’equazione.

La qualità della comunicazione vocale è correlata al rapporto segnale/rumore (SNR), definito come la differenza tra l'SPL ponderato A del suono diretto da una persona che parla a una certa distanza r e l'SPL ponderato A del rumore ambientale nella stanza.
Il rapporto segnale/rumore (SNR) non risulta alterato dall’effetto Lombard, poiché si può assumere che in media tutte le persone presenti nella stanza, incluse quelle che parlano, adottino lo stesso sforzo vocale. L’incremento dello sforzo vocale dovuto al rumore di fondo coinvolge sia l’oratore principale che tutti gli altri, mantenendo invariato il rapporto tra segnale e rumore. Pertanto, l’SNR a una distanza r può essere calcolato in funzione dell’area di assorbimento per persona (A/N) e della dimensione del gruppo g.
SNR=L_(S,A,1m)-L_(N,A)=10 lg⁡(QAg/(16πr^2 N))≅10 lg⁡(Qg/(100πr^2 )∙V/NT) (dB)

dove Q è la direttività di una persona che parla (Q = 2 corrispondente a una sorgente semisferica posta davanti alla bocca del parlante). Una formula simile è stata derivata da Pierce. Si applica a livelli di rumore ambientale ponderati A compresi tra 45 dB e 85 dB o a una gamma di livelli di parlato compresa tra 55 dB e 75 dB. L'intervallo SNR corrispondente va da – 10 dB a +10 dB.
Per la valutazione delle caratteristiche acustiche di un ambiente, può essere utilizzato il parametro relativo alla qualità della comunicazione verbale, strettamente correlato al rapporto segnale/rumore (SNR), che rappresenta l’indicatore della chiarezza e dell’intelligibilità del parlato all’interno del locale. Pertanto, un SNR compreso tra 3 dB e 9 dB è caratterizzato come "buono", l'intervallo tra 0 dB e 3 dB è "soddisfacente" e un SNR inferiore a -3 dB è "insufficiente". Si raccomanda di assumere come valore di riferimento il limite di transizione tra condizioni sufficienti e insufficienti di intelligibilità del parlato, corrispondente a un rapporto segnale/rumore (SNR) pari a –3 dB, considerato il requisito minimo per una corretta progettazione acustica degli ambienti destinati alla ristorazione. Queste considerazioni possono essere valide per le persone con udito normale. Tuttavia, la ISO 9921 [8, Sezione 5.1] afferma che "le persone con un lieve disturbo dell'udito (in generale gli anziani) o gli ascoltatori non nativi richiedono un rapporto segnale/rumore più elevato (circa 3 dB)". Questo miglioramento è relativo a quello richiesto per gli ascoltatori normoudenti, e quindi per questo gruppo di persone dovrebbe essere applicato un SNR ≥ 0 dB per rappresentare condizioni "sufficienti" e SNR ≥ 3 dB per rappresentare condizioni "soddisfacenti".
La qualità della comunicazione verbale può essere migliorata riducendo la distanza tra la sorgente sonora e l’ascoltatore, poiché una minore distanza consente di percepire un segnale diretto più intenso rispetto al rumore di fondo, incrementando il rapporto segnale/rumore (SNR). Tuttavia, questa soluzione, seppur utile per favorire la comprensione del parlato in ambienti rumorosi, non influisce sul livello complessivo di rumorosità dell’ambiente, che rimane determinante per il comfort acustico generale.

Tabella 1 - Qualità della comunicazione verbale, dipendente dal rapporto segnale/rumore. Adattato da Lazarus.

Il concetto di capacità acustica è definito come il numero massimo di persone in una stanza che consente una qualità sufficiente della comunicazione verbale a una distanza di 1 m.
Per un individuo con normale capacità uditiva, una comunicazione verbale di qualità sufficiente richiede un rapporto segnale/rumore (SNR) superiore a –3 dB. In tali condizioni, il livello di rumore ambientale non deve superare i 71 dB per conversazioni a una distanza di circa 1 m.
Dall’equazione si trova il numero di persone corrispondente a 71 dB, cioè la capacità acustica:
N_max≅V/20T
dove V rappresenta il volume dell’ambiente, espresso in metri cubi (m³), e T il tempo di riverbero, espresso in secondi, misurato in condizioni non occupate alle frequenze medie comprese tra 500 Hz e 1000 Hz.
La tabella 2 fornisce l'SNR in funzione del livello di rumore ambientale e della distanza di comunicazione. Le celle più importanti nella tabella sono quelle con SNR = -3 dB, perché questo è il limite per una qualità sufficiente della comunicazione verbale.

Esempi di configurazioni di tavoli tipiche di ambienti di ristorazione sono illustrati schematicamente nella Figura 6. In un tavolo rettangolare di grandi dimensioni, la conversazione risulta agevole con la persona seduta accanto (r ≈ 0,5 m), mentre diventa progressivamente più difficile con interlocutori disposti sul lato opposto (r compresa tra 0,7 m e 1,0 m), in funzione della larghezza del tavolo. Nel caso di tavoli rotondi da dieci posti, comunemente utilizzati nei banchetti, la conversazione fra persone poste ai lati opposti (r = 2 m) risulta generalmente impossibile, poiché richiederebbe un livello di rumore massimo di circa 59 dB, come riportato nella Tabella 1.

Le comunicazioni risultano invece possibili tra pochi interlocutori vicini (r = 1,0 m o r = 0,5 m). Al crescere del rumore ambientale, ad esempio fino a 83 dB, il dialogo resta praticabile solo tra persone sedute a distanza ravvicinata. Analogamente, per le altre configurazioni di tavoli illustrate nella Figura 6, si individuano distanze tipiche di conversazione: 1,4 m per tavoli rotondi a sei posti, 1,0 m per tavoli quadrati a quattro posti e 0,7 m per tavolini a due posti. Tali valori sono indicativi e arrotondati, coerentemente con gli esempi presentati nella Tabella 2.

Figura 3 2 - Esempi di tabelle con indicazione delle distanze di comunicazione verbale. (a) Tavola lunga, distanze tipiche 1,0 m e 0,5 m; (b) Tavola rotonda per dieci, distanze tipiche 2,0 m, 1,0 m e 0,5 m; (c) Tavola rotonda per sei, distanza tipica 1,4 metri; (d) Tavolo quadrato per quattro, distanza tipica 1,0 m; (e) Tavolo quadrato per due, distanza tipica 0,7 m.

Tabella 2 - Qualità della comunicazione verbale in termini di SNR calcolato in funzione della distanza e del livello di rumore ambientale.

L’adozione del concetto di progettazione universale comporta la necessità di definire requisiti acustici specifici per ambienti quali ristoranti, caffetterie e altre strutture aperte al pubblico. I principali parametri che influenzano le condizioni acustiche di tali spazi sono il volume dell’ambiente (V), il tempo di riverbero (T) e il numero di persone presenti (N), corrispondente al numero di posti a sedere.
La rappresentazione grafica mostrata in Figura 3.3 si basa sull’equazione dell’SNR, che correla il rapporto segnale/rumore (SNR) ai parametri V/(N T) e alla distanza di comunicazione verbale (r). Per una distanza di riferimento pari a r = 1,0 m, il valore V/(N T) = 20 individua il limite tra condizioni di comunicazione vocale sufficienti e insufficienti, assunto come riferimento per la definizione del requisito acustico.
Tuttavia, considerando che è raro che un ristorante o un’area adibita a mensa risulti costantemente a piena occupazione, un livello di affollamento pari all’80 % viene considerato una condizione più realistica per la progettazione. In tal caso, la linea di confine si riduce a V/(N T) = 16, da cui deriva il requisito progettuale per il tempo di riverbero:
T≤1/0.8x20∙V/N≅0.063∙V/N (s)
Da quanto illustrato emerge che i requisiti acustici devono essere correlati al volume per persona, rendendo necessario definire il numero massimo di posti a sedere previsti per l'ambiente. Tale parametro può essere stabilito in base alle disposizioni delle autorità preposte alla sicurezza antincendio e indicato nei piani di evacuazione, oppure essere specificato nei documenti di progettazione architettonica. La capacità massima così individuata costituisce il dato di base per la determinazione dei parametri acustici di riferimento.
Il volume dovrebbe essere il più grande possibile. Questo è un aspetto da considerare nella fase iniziale della pianificazione.
I materiali fonoassorbenti devono essere applicati sulle superfici dove è possibile. Il soffitto è evidente, ma spesso devono essere incluse anche parti delle pareti
La disposizione dei posti a sedere non deve essere troppo affollata. La capacità acustica non deve essere superata di oltre il 25 %.
Alcuni paesi utilizzano la classificazione acustica per gli edifici, ad esempio quattro classi A, B, C e D dove la classe A è la migliore, la classe C è i requisiti minimi per i nuovi edifici e la classe D è applicabile per gli edifici più vecchi. La tabella 3 mostra i requisiti suggeriti per il tempo di riverbero suddivisi in quattro classi. Queste classi di suoni sono indicate nella Figura 3.3.

Figura 3 3 - Qualità della comunicazione verbale in funzione della distanza e del parametro V/(N T). I requisiti acustici suggeriti in quattro classi di suono sono indicati con linee tratteggiate.

Tabella 3 - Requisiti acustici suggeriti per ambienti di ristorazione, suddivisi in quattro classi di qualità sonora. Il valore del rapporto segnale/rumore (SNR), riferito a una distanza di 1 m, è riportato in funzione del grado di occupazione dell’ambiente, espresso come percentuale del numero totale di posti a sedere.

La tabella 3 mostra anche la qualità della comunicazione verbale in termini di SNR a una distanza di 1 m per diverse percentuali di occupazione. Ad esempio, un'occupazione del 100 % nella classe A dà
SNR = 0 dB, che è la linea di confine tra soddisfacente e sufficiente. Lo stesso SNR = 0 dB si ottiene in classe C con un'occupazione del 40 %. La figura 8 mostra il livello di rumore ambientale stimato in funzione dell'occupazione per le quattro classi sonore.

Figura 3 4 - Il livello di rumore ambientale in funzione dell'occupazione e le classi sonore suggerite, stimate con il modello di previsione, Equazione (LN,A). La qualità della comunicazione verbale a una distanza di 1 m è indicata sul lato destro della figura.

I diversi ambienti di ristorazione non rappresentano un insieme omogeneo, ma possono variare notevolmente per dimensione, destinazione d’uso e livello di comfort acustico richiesto. Il sistema di classificazione del suono consente di differenziare queste tipologie in funzione delle prestazioni attese: la classe A si riferisce agli spazi ad alta qualità acustica, la classe B agli ambienti formali o per eventi, la classe C ai locali informali e la classe D alle mense o ambienti collettivi.
In tali contesti, i parametri fisici fondamentali — tempo di riverbero, volume e numero di posti a sedere — risultano tra loro correlati e determinano la qualità complessiva dell’ambiente sonoro. Per ottenere un tempo di riverbero contenuto, tipicamente intorno a 0,5 s, è necessaria una quantità adeguata di assorbimento acustico, distribuendo materiali fonoassorbenti su soffitti e pareti o mediante elementi verticali come pannelli e schermi divisori.

Caso studio

Il caso studio che proponiamo riguarda una sala mensa di  250 posti a sedere in un volume di circa 2140 m³ 

Considerate le caratteristiche geometriche del volume in oggetto, l'obiettivo da raggiungere è un SNR ad ambiente totalmente occupato prossimo a -3 dB pertanto si è calcolato un tempo di riverbero di progetto ad ambiente vuoto di circa 0.4 s che caso in cui si consideri l’ 80% della sala occupata fornisce un SNR = -2.3 dB ovvero rientrante nella categoria di comunicazione verbale sufficiente. In tali condizioni, si stima che il livello di rumore di fondo all’interno dell’ambiente si aggirerà intorno ai 71 dB (Rindle).

Per raggiungere i parametri di progetto si è seguito il seguente workflow:

1. Valutazione preliminare delle caratteristiche geometriche e dei materiali degli ambienti oggetto di indagine con focus specifico relativo alle destinazioni d’uso dei locali considerati.
2. Definizione target di progetto secondo normative e letteratura di settore
3. Modellazione acustica degli ambienti non trattati mediante software di simulazione dedicato.
4. Individuazione soluzioni acustiche da integrare nel design architettonico.
5. Modellazione acustica degli ambienti trattati mediante software di simulazione dedicato.
6. Individuazione di ulteriori accorgimenti acustici legati all’ utilizzo dell’ ambiente volti al miglioramento della fruibilità degli stessi.

Modello acustico stato di progetto pre trattamento 

L’ ambiente è stato trattato sostituendo i baffle acustici con un controsoffitto ribassato a quota circa 3 m con materiale specifico. Lo stesso materiale, nella sua configurazione in aderenza è stato utilizzato in sostituzione del cartongesso per placcare le frazioni opache delle pareti perimetrali e le tramezzature che separano i locali mensa dagli ambienti di servizio. Sono state inoltre aggiunte delle pareti mobili in materiale fonoassorbente di caratteristiche acustiche specifiche in modo da segmentare il locale in 8 sezioni comunicanti, ma distinte. Questa operazione risulta fondamentale anche in relazione all’utilizzo del locale in quanto permette di distinguere le aree  che ospitano le sedute dalle zone di servizio in modo da ridurre il disturbo percepito al tavolo generato dalla distribuzione dei pasti.

Modello acustico stato di progetto post trattamento

Dall’ analisi dei risultati in tale configurazione, il livello di riverberazione medio all’ interno dell’ ambiente è risultato conforme al target di 0.4s necessario per raggiungere un SNR conforme ai requisiti di progetto in condizioni di locale occupato.   Considerati i risultati medi promettenti si è provveduto a valutare il riverbero puntualmente nelle varie aree di ascolto disposte in corrispondenza dei tavoli. Sono stati determinati per ragioni di leggibilità i grafici relativi al parametro EDT, più collegato alla diretta percezione dell’ orecchio umano, e T30, da utilizzato come indicatore di riverbero nei vari contesti normativi, nonché mappe e istogrammi di distribuzione EDT broadband.

Per migliorare ulteriormente le caratteristiche acustiche dell’ ambiente  è  stato ipotizzato l’utilizzo di un sistema di speaker in grado di  riprodurre delle tracce musicali o ambientali. Il controsoffitto ribassato previsto ha permesso l’alloggiamento di circa 22 speaker a scomparsa perfettamente integrabili nell’ ambiente utili anche per la diffusione di messaggi di servizio all’interno della mensa.

Per ulteriori informazioni è possibile contattarci saremo lieti di illustrare i dettagli della progettazione.