Il tempo di riverbero secondo Sabine (detto anche T60 o RT) è il tempo in cui prima del transitorio di estinzione la densità di energia sonora diminuisce di 60 dB rispetto al massimo valore raggiunto. Questo parametro consente di valutare in quanto tempo un suono si estingue in un ambiente chiuso.
Il tempo di riverbero è un parametro estremamente importante nella qualità acustica ambientale. Questo perché, ad esempio, con due segnali in rapida successione, se il tempo di riverbero fosse alto, accadrebbe che il transitorio di estinzione del primo segnale potrebbe interferire con il transitorio iniziale del suono seguente causando problemi nella percezione acustica ambientale.
Formula La formulazione matematica si regge su tre principi: L'orecchio umano non è in grado di distinguere due suoni se prodotti reciprocamente a meno di 1/10 di secondo di distanza (fenomeno della persistenza). Il suono raggiunge la velocità di 340 metri al secondo nell’aria (ad una temperatura di circa 20 °C). La fonte sonora e l’ascoltatore devono trovarsi nel medesimo asse rispetto all’ostacolo.
La formula si ricava in base alle caratteristiche della stanza:
dove α 1 ,α 2 ,… , α n sono i coefficienti di assorbimento acustico, cioè la frazione di energia assorbita rispetto all'energia incidente. Tali coefficienti adimensionali vengono consultati, caso per caso, attraverso una tabella che contiene alcuni dei materiali più usati, in funzione alla frequenza che si sta andando a studiare (di solito si assumono le frequenze centrali di bande separate da un'ottava).
Ad ogni coefficiente di assorbimento corrisponderanno le superfici S1, S2, etc… .cioè la dimensione che fornisce l'area di una finestra "equivalente" in grado di assorbire la stessa quantità di energia sonora dell'arredo in questione.
Pertanto l'intero denominatore rappresenta l’area di assorbimento, misurata in Sabine.
Da questo ne deriva che la misurazione accurata della stanza è certamente tra i fattori fondamentali del suo calcolo.
Coefficienti di assorbimento α in funzione della frequenzaFrequenze centrali in bande di ottavaMateriale125250500100020004000Apertura condotti di ventilazione0.750.80.80.80.850.85Apertura del proscenio0.30.350.40.450.50.55Ghiaia spessore 150 mm0.150.30.80.420.610.72Sabbia asciutta spessore 150 mm0.240.340.450.620.760.95Intonaco acustico, spessore 10 mm, applicato direttamente alle pareti0.080.150.30.50.60.7Intonaco, marmo, piastrelle0.010.010.020.020.020.03Pavimento in legno (parquet) su calcestruzzo di cemento0.040.040.070.060.060.07Pavimento in piastrelle, linoleum, asfalto, gomma su calcestruzzo di cemento0.020.030.030.030.030.02Superfici di strutture compatte e dure0.020.020.030.030.040.05Superfici fortemente vibranti (pannelli di legno con intercapedine d'aria, ecc.)0.400.200.120.070.050.05
Nel calcolo del T60 è altrettanto importante tener conto del potere di assorbimento delle persone presenti nella stanza: la loro superficie totale, misurata in quella di una persona adulta di normale corporatura è di circa due metri quadrati.
Utilizzi
Il calcolo del T60 si usa quando: il campo sonoro è diffuso, cioè quando le onde hanno uguale probabilità di raggiungere tutte le superfici e ogni angolo di incidenza la stanza ha caratteristiche regolari ed uniformi nella stanza è presente un basso assorbimento acustico la sorgente utilizzata per la misurazione del T60 sia posta in una posizione baricentrica.
È importante inoltre tenere in considerazione ulteriori parametri ambientali per un calcolo più preciso: Il volume della sala, in quanto sale eccessivamente ampie costringono il suono riflesso ad aumentare il suo percorso, portando quindi ad un maggior influsso del riverbero. le caratteristiche di assorbimento delle pareti e degli arredi, pubblico compreso. Poiché, in base al variare della frequenza sonora che si sta andando ad analizzare, le potenzialità di assorbimento delle pareti e degli arredi cambiano radicalmente. Di conseguenza questa variazione coinvolge anche il tempo di riverberazione che dipende, seppur indirettamente, anche dalla frequenza del suono utilizzato per l'analisi. La presenza di umidità nella sala, in quanto, in questo caso, il calo dell'energia sonora dovuto all'assorbimento dato dall'aria stessa, diventa un fattore importante nei calcoli del riverbero.
Problematiche Un Sabine''', inteso come unità di misura, vale su un m2 di superficie aperta, in quanto una stanza con un’area equivalente pari a N Sabine può essere pensata come una stanza perfettamente riflettente. Questo fatto fa però sorgere un problema: in una stanza perfettamente assorbente il T60 non vale zero ma:
Pertanto Norris ed Eyring studiarono una forma alternativa che fosse di tipo statistico
Questa formula mantiene le prime due caratteristiche della formula di Sabine, alle quali aggiungono la necessità di definire il libero cammino medio delle onde sonore, ovvero il tempo medio in cui un’onda viaggia liberamente, tra due interazioni successive alle pareti.
Secondo alcuni studi la riverberazione ottimale per musica e parlato può essere calcolata da una formula empirica, quando queste vengono emesse a 500 Hz:
In cui n vale sempre 8, mentre K può valere 0,5 per la musica o 0,35 per il parlato.Sull’andamento ottimale nella frequenza i pareri non sono univoci; alcuni studiosi ritengono la soluzione migliore sia l’uniformità mentre altri consigliano di ricavare i valori del T 60 graficamente.
Da questa formula è derivata poi quella che ci aiuta a conoscere le unità assorbenti relative al tempo ottimale:
Altri fattori per una buona acustica
Un risultato acustico ottimale si ottiene trovando una media tra i tempi di riverbero brevi (utili per garantire chiarezza sia nel suono che nel parlato, facendo sì che non si verifichi una sovrapposizione di suoni o sillabe emessi in momenti nettamente divisi nel tempo) e quelli più lunghi (che invece sono particolarmente importanti per donare carattere pieno e vivido alle sonorità.
Per farlo, si è in possesso di più metodi che variano sia in base alla destinazione d'uso (ad esempio per auditorium, per sale conferenze o d'opera, per teatro di concerti sinfonici o per quelli deputati alla musica da camera) o al tipo di sonorità che verrà eseguita.
Da questo si può dedurre, attraverso i diversi studi degli esperti del settore circa il tempo di riverbero, che il T60 dovrebbe essere: breve (di circa 1 secondo) per lezioni e conferenze. Questo perché in questi ambiti l'intellegibilità del parlato è un requisito fondamentale che si chiede all'ambiente circostante, in quanto un riverbero eccessivo porterebbe alla sovrapposizione di suoni e parole che pregiudicherebbero la comprensione del messaggio; medio (da 1 a 1.6 secondi) per opera e musica da camera, nelle quali è ancora primaria l'esigenza dell'intelligibilità del libretto d'opera e della "tessitura" della musica, ma è fondamentale anche richiedere un certo riverbero che rafforzi l'emotività dei climax sia musicali che letterari. lungo (da 1.8 a 2.2 secondi) per musica sinfonica, da cui si aspetta un suono corposo e avvolgente e nel quale sia possibile unire uniformemente tutte le sonorità dei vari strumenti d'orchestra anche grazie alle riflessioni multiple. molto lungo (3 secondi) per concerti d’organo e canti liturgici (es. canto gregoriano) per i quali il riverbero rappresenta un elemento di solennità che valorizzano (invece che svilire) il cambio delle lunghissime sillabe e accordi.
Il tempo di riverberazione non è certo l'unico fattore per la resa acustica ottimale di un ambiente.
Uno dei casi più ecclatanti è certamente quello riguardante la Philharmonic Hall del Lincoln Center a Manhattan. La sala, pur avendo un tempo di riverberazione sostanzialmente corretto, risultò letteralmente disastrosa dal punto di vista delle qualità acustiche. Alcuni dei suoi difetti erano: un'apparente assenza delle frequenze basse per cui violoncelli e contrabbassi erano pressoché non udibili, o in costante ritardo rispetto al resto dell'orchestra. Si scoprì poi che i pannelli del soffitto, quelli responsabili delle prime e più importanti riflessioni, erano troppo piccoli e venivano letteralmente aggirati (si veda diffrazione del suono) dalle frequenze più basse, senza quindi rifletterle; lo spettatore veniva raggiunto dalle basse frequenze solo dopo riflessioni multiple delle pareti, con molto ritardo;
il ritardo e la poca udibilità colpiva anche gli orchestrali che si sentivano appena gli uni con gli altri (la parete riflettente alle loro spalle, retaggio dell'antica scena, assorbiva troppo);
la geometria delle pareti era tale da determinare fenomeni di focalizzazione dell'energia sonora in alcuni punti della sala (si pensi ad uno specchio parabolico che concentra l'energia in un fuoco) e vere e proprie "ombre sonore" in altri;
il pavimento della sala non era molto inclinato e il suono passava sopra la testa degli spettatori. Gli spazi tra le file erano tali da comportarsi come risonatori e facevano curvare le onde sonore a bassa frequenza verso l'alto. Insomma un disastro!! La sala fu successivamente migliorata con ingenti spese (oggi prende il nome dal finanziatore Avery Fisher) ma rimase come monito a non abbandonare la sperimentazione su modelli in scala e quella assistita dal computer.
Misurazione e norme ISO La misurazione del T60 è regolata da due norme ISO: ISO 354 - Acoustics - Measurement of sound absorption in a reverberation room, che specifica il metodo di misurazione del coefficiente di assorbimento del suono dei materiali usati per la costruzione di muri o l'assorbenza dell'area di oggetti come elementi d'arredo o anche persone. Ad ogni modo non utilizzato per le misurazione di risuonatori debolmente smorzati. ISO 3382-1-2009 - Measurement of the reverberation time of rooms with reference to other acoustical parameters: che esprime i parametri acustici da considerare per valutare correttamente le sale da concerto (sostituendo la ISO 3382-2:2008, nella quale venivano indicati i parametri per l’individuazione dei tempi di riverberazione negli ambienti ordinari, quali abitazioni domestiche, uffici, ristoranti, centri espositivi, impianti industriali, istituti sportivi e scolastici.) La misurazione del T60 si effettua con: la sorgente sonora omnidirezionale; la posizione dei microfoni che garantisca l'adeguata copertura ambientale (per questo dovrebbero stare ad almeno 1 metro da ciascuna parete riflettente); la distanza tra sorgente e microfono che sia regolata dalla formula:
V = Volume in c = Velocità del suono (m/s) T = Tempo di riverbero stimato (s)
Esistono 3 modi di misurare il T60: Metodo del rumore stazionario: conosciuta come la tecnica più antica, riprende il procedimento di formazione delle riflessioni che danno luogo alla riverberazione. Consiste nel fornire una sorgente con un rumore stazionario (solitamente viene adoperato il rumore rosa), misurare il livello corrispondente e derivarne un grafico per concludere interrompendo bruscamente la sorgente. Dal grafico del livello si rileva il tempo necessario all’ambiente per far sì che il livello si attenui di 60 dB.
Le caratteristiche di questo metodo sono: un buon rapporto segnale/rumore l'attrezzatura particolarmente ingombrante (amplificatore di potenza, cassa acustica dodecaedrica, del treppiede e delle eventuali batterie) il numero di misurazioni, in quanto il T60 viene ricavato dalla media di più misurazioni.