Coefficiente di assorbimento acustico: leggere correttamente α, αs, αp e αw

Il coefficiente di assorbimento acustico α è il rapporto tra l’energia sonora non riflessa e quella incidente. Un valore di 0 significa riflessione completa, un valore di 1 significa che tutta l’energia incidente non torna indietro, cioè viene assorbita o trasmessa. α dipende dalla frequenza: lo stesso materiale assorbe di solito in modo molto diverso i suoni gravi e quelli acuti. Proprio per questo si misura in bande di terzo d’ottava.

È importante distinguere due famiglie di definizioni. Il coefficiente di assorbimento geometrico, o dipendente dall’angolo, si riferisce a un’onda piana che colpisce una superficie con un angolo determinato. È sempre minore di 1,0 e si può esprimere in percentuale. Il valore riportato nelle schede tecniche dei prodotti è invece quasi sempre il coefficiente di assorbimento di Sabine αs ricavato in camera riverberante. La ISO 354:2003 definisce αs come coefficiente di assorbimento di Sabine ottenuto dalla differenza dei tempi di riverberazione e segnala espressamente che αs può assumere valori maggiori di 1,0 a causa della diffrazione ai bordi del campione.

Le grandezze principali in sintesi: αs è il coefficiente di assorbimento di Sabine misurato per banda di terzo d’ottava secondo ISO 354. αp è il coefficiente di assorbimento pratico, che secondo ISO 11654 si ottiene mediando tre valori di terzo d’ottava in un valore d’ottava. αw è il coefficiente di assorbimento acustico ponderato, un unico numero indipendente dalla frequenza. Accanto a queste esistono i valori unici nordamericani NRC e SAA secondo ASTM C423. Queste grandezze seguono procedure di media e di valutazione diverse, quindi non sono convertibili direttamente l’una nell’altra. Le conseguenze pratiche sono concrete: NRC e αw per lo stesso materiale risultano spesso diversi, e chi equipara le etichette confronta cose non confrontabili.

αs si determina in camera riverberante. Il principio secondo ISO 354:2003 è semplice: si misura il tempo di riverberazione medio della camera una volta vuota e una volta con il campione installato. Dalla differenza dei reciproci dei tempi di riverberazione, tramite l’equazione di Sabine, si ricava l’area di assorbimento equivalente del campione AT; dividendo per la superficie occupata S si ottiene il coefficiente di assorbimento αs = AT / S.

L’area di assorbimento equivalente secondo Sabine vale A = 0,161 · V / T (in unità metriche, con V in m³ e T in s). In forma fisicamente più esatta si scrive A = 55,3 · V / (c · T), dove c è la velocità del suono; a circa 20 °C e con c di circa 343 m/s si ottiene lo 0,161. La ISO 354 richiede inoltre una correzione per l’assorbimento dell’aria tramite il termine 4mV, che si fa sentire soprattutto alle alte frequenze e con bassa umidità. Per questo la norma prescrive condizioni climatiche con umidità relativa tra il 30 e il 90 per cento e temperatura di almeno 15 °C.

Le condizioni al contorno sono rigorose perché il metodo presuppone un campo sonoro diffuso. La camera riverberante deve avere un volume di almeno 150 m³; per le camere di nuova costruzione si raccomandano almeno 200 m³. Il campione di un rivestimento piano deve avere una superficie tra 10 m² e 12 m², rettangolare, con un rapporto larghezza/lunghezza tra 0,7 e 1. Si misura in bande di terzo d’ottava da 100 Hz a 5000 Hz secondo ISO 266, con almeno 36 decadimenti valutati.

Il montaggio è inseparabile dal valore misurato. La ISO 354 regola nell’appendice normativa B diversi tipi di montaggio. Il tipo A indica il montaggio direttamente sulla superficie della camera, il tipo J le unità sospese liberamente e i baffle acustici; esistono inoltre montaggi con intercapedine definita dietro il campione e con cornice perimetrale. Un assorbitore a pannello forato o un controsoffitto acustico guadagna con 200 mm di intercapedine molto più assorbimento alle basse frequenze che a contatto diretto con la parete. Il montaggio e l’intercapedine dietro l’assorbitore fanno quindi sempre parte del valore misurato; le intercapedini di prova usuali sono 200 mm nella prassi ISO e 400 mm nella prassi ASTM. Un valore αs senza indicazione del montaggio è praticamente privo di valore, perché lo stesso materiale può differire di intere classi a seconda della stratigrafia.

La ISO 11654:1997 condensa la curva misurata in due passaggi. Prima, dai valori di terzo d’ottava, nasce il coefficiente di assorbimento pratico αp: per ogni banda d’ottava si calcola la media aritmetica dei tre valori di terzo d’ottava che vi ricadono. Il risultato viene arrotondato a passi di 0,05 e, per medie superiori a 1,00, limitato a αp = 1,00. αp viene indicato di norma per le bande d’ottava 125, 250, 500, 1000, 2000 e 4000 Hz.

Dai valori αp deriva, nel secondo passaggio, il coefficiente di assorbimento ponderato αw. A questo scopo si usa una curva di riferimento normalizzata sulle bande d’ottava 250, 500, 1000, 2000 e 4000 Hz. La curva di riferimento ha i valori 0,40 a 250 Hz, 0,60 a 500, 1000 e 2000 Hz e 0,50 a 4000 Hz.

La curva di riferimento viene spostata a passi di 0,05 verso la curva misurata finché la somma degli scostamenti sfavorevoli è minore o uguale a 0,10. Uno scostamento sfavorevole si ha quando il valore misurato sta sotto la curva di riferimento; si contano solo questi. αw è quindi definito come il valore della curva di riferimento spostata a 500 Hz. αw è perciò sempre un multiplo di 0,05.

Questa lettura a 500 Hz è il nucleo della critica al valore unico: αw condensa un’intera curva in un solo punto di appoggio nella gamma delle medie frequenze. Due prodotti con αw identico possono essere molto distanti a 125 Hz o a 4000 Hz. La ISO 11654 segnala nel campo di applicazione che il valore unico non sostituisce la curva completa e che per una valutazione più precisa vanno consultati i dati completi in funzione della frequenza. Inoltre la valutazione parte solo dalla banda d’ottava di 250 Hz; tutto ciò che sta sotto, αw non lo rappresenta affatto.

Per recuperare in parte l’informazione più importante andata perduta, la ISO 11654 prevede gli indicatori di forma L, M e H. Si scrivono tra parentesi dopo il valore αw, ad esempio αw = 0,70 (MH). Un indicatore viene assegnato quando il coefficiente di assorbimento pratico αp supera la curva di riferimento spostata di 0,25 o più in almeno un punto.

L’attribuzione è regolata con chiarezza: se l’eccedenza si presenta a 250 Hz, l’indicatore è L (low, basse frequenze). A 500 Hz o 1000 Hz è M (medium, medie frequenze). A 2000 Hz o 4000 Hz è H (high, alte frequenze). Gli scostamenti negativi non attivano alcun indicatore; sono già intercettati dal limite di 0,10 nella procedura di spostamento.

In pratica un indicatore di forma è un cartello di avvertimento della norma rivolto al progettista: qui c’è un punto di forza marcato fuori dalla gamma media, che il nudo valore αw inghiotte. In presenza di un indicatore va consultata la curva di assorbimento completa, come vuole lo spirito della norma. Un indicatore L, per esempio, può rendere un valore αw altrimenti mediocre molto più interessante per un ambiente con problemi alle basse frequenze di quanto la classe lasci supporre.

L’appendice B della ISO 11654 assegna a ogni valore αw una classe di assorbimento. Questa appendice è informativa, quindi non è una prescrizione vincolante della norma, ma si è imposta come linguaggio del marketing e dei capitolati. La classe A indica l’assorbimento più alto.

I limiti sono: la classe A comprende αw da 0,90 a 1,00 (cioè 0,90, 0,95, 1,00). La classe B comprende 0,80 e 0,85. La classe C comprende da 0,60 a 0,75 (0,60, 0,65, 0,70, 0,75). La classe D comprende da 0,30 a 0,55. La classe E comprende 0,15, 0,20 e 0,25. I valori da 0,00 a 0,10 non sono classificati.

Una classe raggruppa un’intera gamma di valori αw, e ciascuno di questi valori nasconde a sua volta un’intera curva. La classe C va da 0,60 a 0,75; due prodotti di classe C possono quindi differire già di 0,15 nell’αw. Persino con un αw esattamente uguale a 0,90 (entrambi in classe A) le risposte in frequenza possono differire molto. Un prodotto brilla tra 2000 e 4000 Hz e fallisce sotto i 250 Hz, l’altro è equilibrato su tutta la banda. Sulla scheda tecnica, in entrambi i casi, c’è scritto solo classe A. La classe risponde alla domanda sulla quantità complessiva di assorbimento. In quale gamma di frequenze si trovi questo assorbimento, non lo dice.

In Nord America si misura secondo ASTM C423 e si valuta con altri valori unici. L’NRC (Noise Reduction Coefficient) è la media aritmetica dei coefficienti di assorbimento a 250, 500, 1000 e 2000 Hz, arrotondata al multiplo di 0,05 più vicino. Il SAA (Sound Absorption Average) è la media delle dodici bande di terzo d’ottava da 200 Hz a 2500 Hz, arrotondata a 0,01, quindi con una risoluzione più fine dell’NRC.

La differenza metodologica rispetto ad αw è fondamentale. NRC e SAA sono pure medie su una gamma di frequenze fissa. αw nasce dallo spostamento di una curva di riferimento e dalla lettura a 500 Hz, quindi pesa implicitamente in modo diverso e penalizza i cali sotto la curva. Per questo NRC e αw spesso non coincidono. Nei materiali con assorbimento marcato alle alte frequenze, NRC o SAA tendono a risultare più alti di αw, perché la media conta per intero le bande alte mentre la curva di riferimento le pesa meno. Proprio in questi casi la ISO 11654 assegna tipicamente un indicatore di forma H. La direzione di questo scostamento è ben documentata, la sua entità dipende dal singolo prodotto.

Per il confronto questo significa: NRC, SAA e αw non si possono convertire direttamente l’uno nell’altro. Chi confronta un prodotto nordamericano con uno europeo dovrebbe riportare entrambi alla base comune, cioè alla curva per terzi d’ottava o per ottave. Una piattaforma di dati seria mette perciò in primo piano la curva αs grezza e ne deriva in modo trasparente i valori unici, invece di affiancare etichette non confrontabili.

Nelle schede tecniche compaiono talvolta per αs valori come 1,05 o 1,15. Questo non viola il principio di conservazione dell’energia. È un artefatto noto della misura in camera riverberante. La ISO 354 cita espressamente questo effetto: αs può assumere valori maggiori di 1,0 per effetti di diffrazione.

La causa è l’effetto di bordo. Un campione di dimensioni finite, da 10 a 12 m², ha bordi liberi lungo i quali il suono viene diffratto verso l’interno del campione. Cox e D'Antonio (Acoustic Absorbers and Diffusers) lo spiegano con la discontinuità di impedenza ai bordi del campione: la superficie effettivamente assorbente è maggiore della superficie geometrica S che sta al denominatore di αs = AT / S. Tipicamente un campione fortemente assorbente può comportarsi acusticamente come una superficie un po’ più grande, da cui risultano per via di calcolo valori superiori a 1,0, per esempio intorno a 1,08 fino a 1,17. Questo intervallo è un esempio di calcolo e non un valore normativo, perché l’effetto dipende da materiale, geometria e camera riverberante.

L’effetto cresce con il rapporto tra lunghezza dei bordi e superficie e con la forza assorbente del materiale. Campioni piccoli o stretti, schiume ad alto assorbimento ed elementi sospesi lo mostrano in modo particolarmente evidente. In pratica un αs superiore a 1,0 significa due cose: primo, il materiale è davvero molto assorbente. Secondo, il valore numerico va preso con cautela, perché dipende dalla geometria del campione e dalla camera riverberante e non si trasferisce uno a uno a un rivestimento a tutta superficie in un ambiente reale. Per il calcolo di αp e αw la ISO 11654 tronca comunque questi valori a 1,00.

La scelta parte dalla domanda su quale problema acustico dell’ambiente si voglia risolvere. Un ambiente per il parlato secondo DIN 18041 (la norma tedesca per i valori obiettivo del tempo di riverberazione; gruppo di ambienti A, destinazione d’uso parlato) ha bisogno soprattutto di un assorbimento uniforme nella gamma del parlato da 250 a 4000 Hz; in Italia la UNI 11532-2:2020 per gli edifici scolastici segue un approccio analogo, dipendente dal volume. Uno studio di registrazione o un ambiente con bassi rimbombanti ha bisogno di assorbimento alle basse frequenze sotto i 250 Hz, cioè esattamente dove αw e le classi sono ciechi. In questo caso un indicatore di forma L o i valori αp a 125 Hz contano più della classe.

Tre indicazioni vanno quindi sempre lette insieme: primo, la curva risolta in frequenza (αs per banda di terzo d’ottava o αp per banda d’ottava); secondo, il montaggio e lo spessore costruttivo; terzo, la fonte della misura con la norma. Senza il montaggio la curva non è riproducibile, senza rapporto di prova l’origine è incerta. Il valore unico αw e la classe sono utili per una preselezione grossolana e per i testi di capitolato. Come unica base decisionale non servono.

Se si affiancano le curve αs di molti produttori sulle stesse bande di terzo d’ottava, si vede subito che la classe A comprende un’intera famiglia di risposte in frequenza molto diverse. Un confronto a livello di curva, filtrato per montaggio e baricentro di frequenza, corregge l’impressione fuorviante che tutti i prodotti di classe A siano uguali. Chi progetta dovrebbe scegliere in base alla forma della curva adatta all’ambiente e trattare la classe solo come indicatore grossolano di quantità.