Pubblicato il 20 marzo 2017

Acustica architettonica: il caso del nuovo auditorium “Pavilion” di UniCredit

L’UniCredit Pavilion, realizzato dall'architetto Michele De Lucchi e inaugurato nel luglio 2015 a Milano, è stato progettato con la massima attenzione alla sostenibilità ambientale, rispondendo alle più stringenti normative nazionali e internazionali in materia e utilizzando materiali naturali e tecniche costruttive estremamente moderne. L'edificio, in cui la leggerezza della struttura in larice e la luminosità del vetro si integrano per creare delle atmosfere suggestive, collega in modo originale la piazza e l’area circostante le UniCredit Towers.  
La particolare conformazione geometrica dell'edificio ha suggerito l'impiego di una struttura portante esterna con colonne, travi e pilastri in legno lamellare, scelta intrapresa anche per conferire all’involucro stessa un aspetto di particolare pregio estetico. Il tema della trasparenza è alla base dell'opera: all'esterno della facciata in vetro è stato creato un sistema di schermatura solare orizzontale, fissato alla struttura in legno lamellare, che permette di ridurre l'apporto luminoso e controllare l'intensità della luce negli spazi interni. La scelta di realizzare un involucro in vetro e una struttura in legno ha permesso di conferire agli ambienti un senso di protezione, pur garantendo la visione dall'esterno di tutto ciò che accade all'interno dell'edificio. L’edificio polifunzionale ospita un auditorium al piano terra (uno spazio ampio e modulabile con grande flessibilità in più soluzioni configurazioni), una passerella sospesa al primo piano (la cui funzione principalmente di tipo espositivo), una “greenhouse” sulla sommità dell'edificio (costituita da un luminoso openspace ideale per esposizioni, conferenze stampa, ecc, e un nido d'infanzia (Mini Tree).  
La capienza complessiva dell'auditorium ammonta a 700 posti, frazionabile grazie ad un articolato sistema di modulazione degli interni che consente di suddividere la grande sala in più location da attivare, anche in contemporanea, a seconda delle necessità.  

Analisi e verifica acustica  
L'analisi e la verifica acustica del nuovo auditorium hanno richiesto un perfetto coordinamento in fase progettuale, dovendo unire differenti competenze specialistiche (strutturali, architettoniche impiantistiche) in modo da garantire il contemporaneo soddisfacimento di tutte le diverse esigenze. In particolare, questo ha comportato un approccio multidisciplinare nel campo dell'acustica, ma specialmente in quello dell'acustica architettonica (la cosiddetta “room acoustic”). 
I problemi tecnici affrontati per rendere l'ambiente perfettamente isolato da immissioni sonore provenienti dall'esterno o da ambienti interni confinanti sono stati molteplici (basti pensare che al secondo piano dell'edificio è ubicata una centrale termofrigorifera di 300 mq di superficie), ma nel seguito vengono approfonditi in dettaglio solamente quelli relativi all’acustica interna, ovvero quelli connessi al trattamento degli ambienti interni in cui l'ascolto confortevole costituisce un requisito qualitativo essenziale. 
L’analisi e la verifica acustica si sono articolati in tre fasi principali: - Determinazione degli obiettivi prestazionali, ossia del valore ottimale dei parametri descrittivi della qualità acustica, sia per il caso di ascolto del parlato (auditorium), sia per quello dell'ascolto di musica; 
- Utilizzo di software di modellazione e previsione acustica: sono stati ricreati dei modelli tridimensionali degli ambienti del Pavilion e sono state elaborate le risposte acustiche della sala in diverse condizioni ambientali e di utilizzo, inclusa l’ipotesi di ripartizione temporanea in salette chiuse mediante pannelli amovibili; 
- Applicazione pratica in fase di costruzione di quanto definito precedentemente in fase di analisi e progettazione: senza il recepimento dei risultati analitici e degli accorgimenti progettuali sviluppati nelle fasi precedenti sarebbe stato infatti impossibile conseguire risultati soddisfacenti relazione alla qualità acustica degli ambienti. 
La sequenza di attività sopra descritta ha dovuto adattarsi allo sviluppo, non sempre lineare, dell'insieme delle attività di progettazione, che ha comportato in più riprese la revisione anche sostanziale del progetto. 
A titolo esemplificativo si consideri che, in seguito la definizione del progetto definitivo, è stato richiesto dalla committenza di ampliare la gamma delle possibili destinazioni d'uso dell'ambiente principale (auditorium), comprendendo anche l'esecuzione di eventi musicali con orchestra. Tale richiesta ha costituito un rilevante problema dal punto di vista tecnico, in quanto tutte le superfici erano già state progettate e definite per ottenere una sonorità e una risposta acustica mirata ad ottimizzare il parlato e la musica amplificata, che richiedono tempi di riverberazione più basse rispetto alla musica orchestrale dal vivo. È stato pertanto necessario individuare una serie di materiali e superfici idonei a recepire il nuovo input progettuale, esito del confronto con l’architetto De Lucchi e, in particolare, con il responsabile del progetto (l’architetto Nicholas Bewick) e della specifica esperienza maturata nel campo dell'acustica architettonica (room acoustics). 

I moderni metodi di indagine e i modelli previsionali 
I fenomeni acustici responsabili del giudizio soggettivo possono essere quantificati con precisione attraverso parametri acustici che forniscono, attraverso un valore e un range di comparazione, le informazioni necessarie per classificare dal punto di vista acustico un ambiente. Più in dettaglio, all'interno di un ambiente esistente, i parametri acustici possono essere valutati con misurazioni sperimentali attraverso una sorgente sonora con generatori di segnale particolare, una serie di microfoni posti in sala e l'utilizzo di software specifici in grado di ricavare la risposta all'impulso della sala e con essa un notevole numero di parametri (descrittori) della qualità acustica della sala stessa. In sede previsionale, i parametri acustici possono essere valutati mediante l'utilizzo di un software previsionale che calcola anch'esso una risposta all'impulso teorica, da cui poi vengono ricavati i medesimi parametri di cui sopra.  
L'uso di software è consigliato in sede progettuale, mentre la misurazione sperimentale è utile come verifica del progetto per determinare lo stato di fatto di ambienti esistenti, preliminarmente ad interventi acustici correttivi. L'uso dei parametri acustici permette di determinare facilmente la qualità e la risposta acustica di un ambiente mediante il confronto con un range/scala di riferimento. I range non trovano una precisa giustificazione fisica, ma sono il risultato di analisi statistiche oppure sono valori misurati in ambienti giudicati adatti allo specifico tipo di rappresentazione. 
Per esempio, se il tempo di riverberazione indicato per i canti gregoriani è superiore a 7-8 secondi, è perché questo è il tempo misurato in cattedrale gotica; diversamente, le sonate di Mozart richiedono tempi minori per apprezzare i passaggi “pianissimo” presenti nei brani del compositore. Con l'introduzione di questi parametri l'acustica architettonica ha conosciuto un grande e radicale sviluppo. Infatti, mentre in precedenza la ricerca della qualità avveniva mediante l'utilizzo di materiali e la riproduzione della forma di sale o ambienti giudicati ottimali per la specifica funzione, spesso con risultati contrastanti, oggi la qualità è ottenuta mediante l'utilizzo di parametri che permettono di emulare ambienti analoghi ma con una possibilità (quasi) infinita di materiali e forme. 
Una volta definiti i parametri da utilizzare i rispettivi valori di riferimento si procede all'utilizzo del software previsionale. I modelli previsionali fanno riferimento ad una approssimazione geometrica. Ciò significa che le onde sonore sono considerate come dei raggi che nel loro percorso incontrano superfici e ostacoli e da questi vengono in parte assorbiti ed in parte riflessi. Esistono diversi algoritmi più o meno complessi e sofisticati (gli ultimi è più recenti utilizzano onde sferiche anziché piane, ma necessitano di potenze di calcolo più elevate). In particolare, il software utilizzato per la modellazione dell'auditorium del “Pavilion” (CATT-Acoustic) utilizza il metodo del “ray tracing”, che si basa sulla propagazione dell'energia nello spazio frazionata lungo traiettorie rettilinee. Gli input necessari sono quelli relativi alla geometria dell'ambiente e ai materiali che lo delimitano. Ad ogni superficie dell'ambiente viene associato uno specifico coefficiente di assorbimento, per cui il raggio incidente in parte perde energia (in misura proporzionale al coefficiente di assorbimento stesso) e in parte viene riflesso specularmente. In aggiunta possono essere considerati e valutati anche fenomeni di “scattering” (diffrazione), prodotti da elementi con funzione di difrattori. È necessario inoltre fornire al software di modellazione le caratteristiche della sorgente sonora, quali posizione, potenza sonora emessa e direttività alle varie bande di frequenza. Infine, vanno forniti i dati del ricevitore, sostanzialmente posizione orientamento, in modo che il programma possa dapprima analizzare i raggi che incidono in successione su tale punto, e poi tracciare i raggi in base ai dati immessi. Naturalmente, più le informazioni sono dettagliate e precise e più la simulazione realistica. In particolare, al fine di ottenere risultati attendibili, sono necessari un numero elevato di raggi uscenti dalla sorgente (oltre 20.000/30.000) e superfici con valori corretti di assorbimento acustico e “scattering”. All'incremento del livello di dettaglio fa riscontro però l'aumento del tempo necessario al completamento della simulazione. È opportuno inoltre considerare che, paradossalmente, è necessario che non vi sia un numero di superfici eccessivamente elevato, altrimenti il software perde precisione: in fase di modellazione si tratta quindi di trovare un giusto equilibrio tra la definizione architettonica del modello 3D ed il numero di superfici che il sistema dovrà poi analizzare.  
Il software di modellazione fornisce due tipologie di output: uno di tipo puntuale e uno di tipo planimetrico, che permette di valutare la distribuzione dei valori dei parametri acustici in pianta su un'intera area o zona (ad esempio presso la platea). I ricettori vanno scelti in modo da conoscere il comportamento acustico nei punti più sfavorevoli e in quelli più favorevoli: in tal modo è completamente descritto il comportamento acustico di tutta l'area, che si troverà tra i due estremi ricavati. 

Lo studio della sala auditorium dell’UniCredit Pavilion 
Gli ambienti esaminati nel caso dell'UniCredit Pavilion sono stati diversi, data la complessità geometrica della suddivisione degli spazi. Tuttavia, la massima attenzione è stata ovviamente data alla sala principale (auditorium), sia nella configurazione estesa (700 posti), sia nelle diverse configurazioni ridotte, ottenibili grazie all'utilizzo di pannelli mobili che ne delimitano gli spazi. 
Gli input progettuali di carattere generale che sono adottati per la realizzazione di auditorium di forma geometrica comune (pianta rettangolare, trapezoidale, semicircolare, ecc. e sezione longitudinale regolare) sono solitamente i seguenti: 
- Parete retro-palco: essa dovrebbe essere molto riflettente, in modo da indirizzare e rinforzare le prime riflessioni verso la platea. È un sistema adottato nei teatri greci, dove dietro al proscenio erano posti elementi riflettenti (“scene” e “periaktoi”); 
- Parete di fondo: essa dovrebbe essere il più possibile assorbente, per impedire che le onde riflesse da quest'ultima giungano verso la platea o il palco, a meno di particolari situazioni ove è necessario un minimo di riflessione per rinforzare l’”ambienza” (considerando che comunque vi sono sempre molti rischi potenziali dal punto di vista acustico);  
- Soffitto: esso è estremamente importante poiché permette di indirizzare le onde riflesse verso i settori lontani con un angolo di incidenza relativamente elevato, compensando così la dissipazione dell'energia sonora per divergenza geometrica lungo il percorso di propagazione dalla sorgente all'ascoltatore; 
- Pareti laterali: esse sono le responsabili della spazialità e dovrebbero garantire una diffusione omogenea delle onde; 
- Pavimento: in genere esso dovrebbe essere riflettente se il soffitto è assorbente, e viceversa; in alcuni casi (teatri e sale da musica) anche questa riflessione importante ed è preferibile sfruttarla completamente lasciando entrambe le superfici riflettenti. 
Nel caso specifico dell'auditorium dell'UniCredit Pavilion, la forma geometrica complessiva è il frutto di scelte progettuali di tipo architettonico ed estetico, lontana dalle configurazioni comuni. Questo implica che i meccanismi di propagazione del suono risultino alquanto differenti e che pertanto le soluzioni acustiche ottimale debbano essere rideterminate. 
In particolare, dal punto di vista acustico, i primi elementi problematici riscontrati nel progetto sono stati la forma della sala a doppia altezza e la presenza di superfici vetrate al contorno. Le soluzioni a tali problemi sono state attuate a livello architettonico sia con l'utilizzo di pannelli microforati opportunamente posizionati aventi caratteristiche di fonoassorbimento particolari (un picco intorno ai 150 Hz ed un rapido decadimento a partire dalle medie frequenze), sia con inserimento di tendaggi che, oltre a schermare la sala dalla radiazione solare diretta, contribuiscono a smorzare le riflessioni dovute alle pareti vetrate concave. 
Una ulteriore problematica si è riscontrata nella zona centrale ad altezza di 4 metri, dove non è stato possibile fisicamente trasferire completamente l'energia emessa frontalmente sino sul fondo della sala stessa senza avere riflessioni, soprattutto sulle bande di frequenza sotto i 250 Hz. Anche in questo caso si è deciso di utilizzare dei pannelli fortemente assorbenti alle frequenze medio-basse, lasciando per quanto possibile inalterata la riflessione alle frequenze alte, in modo da creare comunque una buona “ambienza” (atmosfera, cioè l'insieme di caratteristiche acustiche particolari di un determinato ambiente) anche nelle poltrone poste in fondo alla sala. Entrando nel merito delle previsioni quantitative della riverberazione della sala, sulla base di riferimenti di letteratura scientifica, in funzione del volume di progetto (9.500 mc circa) e della destinazione d'uso prevalente (speech auditoria), si è ricavato un tempo di riverberazione ottimale prossima a 1 secondo nelle bande di frequenza centrali (500-1000 Hz). Mediante software previsionale, la configurazione teorica iniziale analizzata ha fornito dati contrastanti: da un lato il tempo di riverberazione secondo Sabine risultava pari a 0,75 secondi, dunque inferiore a quello ottimale, mentre i valori calcolati con ray tracing risultavano molto più alti del valore richiesto. Questo fatto era l'indice di una non corretta distribuzione spaziale dei materiali fonoassorbenti. Sulla base di tali risultati si è provveduto a modificare progressivamente determinate superfici e i rispettivi coefficienti di assorbimento, analizzando interattivamente il modello mediante software, fino al raggiungimento del valore di progetto. Questo “loop” solitamente, specie in casi complessi come quello qui descritto, viene ripetuto almeno due o tre volte fino a che non si raggiungono risultati soddisfacenti.  
Come precedentemente accennato il progetto acustico ha inoltre dovuto recepire significative modifiche richieste dal Cliente (rivelatesi felici alla luce del successo delle rassegne musicali in corso di attuazione) e finalizzata ad ampliare la gamma delle possibili destinazioni d'uso degli ambienti, comprendendo anche la possibilità di esecuzione di eventi musicali con orchestra su palco amovibile da 80 elementi, al fine di offrire alla città di Milano un nuovo ambiente per ospitare rassegne musicali di vario genere. Ciò ha comportato una ulteriore riverifica di tutta l’acustica in modo da renderla, per quanto possibile, più consona anche a questo scopo. Inizialmente, infatti, la configurazione della sala, così come era stata definita per l'utilizzo di auditorium, presentava un tempo di riverberazione molto basso rispetto a quello necessario per un utilizzo come sala da musica. Modificando alcune superfici ed eliminando alcune unità assorbenti in posizione opportuna, si è riusciti ad innalzare il valore del parametro T60 di circa 0,2 secondi, che, sebbene in apparenza sembrino pochi, per una sala di questo volume rappresenta un cambiamento abbastanza importante e significativo. Si è inoltre potuto agire su altre superfici “variabili”, inserendo tendaggi mobili supplementari in corrispondenza delle pareti vetrate: raggruppando le tende laterali (e quindi sfruttando al massimo le riflessioni) si sono potute sfruttare parzialmente alcune componenti riflessive, comunque limitando e controllando quelle troppo in ritardo per risultare utili ai fini acustici. 
Si è inoltre prevista la possibilità di posizionare posteriormente all'orchestra un apposito “shell” in legno con profilo adatto a convogliare verso la parete anteriore della sala anche l'emissione sonora verso questo lato dell'orchestra. Al momento tale provvedimento non è stato implementato per problemi di tempo di montaggio e messa a magazzino, ma rimane comunque un possibile scenario di sviluppo futuro dell'equipaggiamento dell'auditorium per potenziarne la resa acustica per le esecuzioni musicali dal vivo. A compendio della situazione vi è comunque anche la possibilità ultima di utilizzare il moderno e flessibile impianto audio installato, che consente di gestire senza problemi tutti gli input di strumenti orchestrali (fino a 256 ingressi) e una perfetta diffusione in sala che si basa sull'utilizzo delle più moderne tecnologie audio digitali. Anche tale impianto è stato oggetto di uno studio approfondito, in modo da ottimizzare la resa senza avere problemi di zone non coperte o, peggio ancora, di riflessione incontrollate. 

Collaudo acustico della sala auditorium 
La fase del collaudo finale è sempre un momento critico, dal momento che il lavoro è terminato non è più possibile intervenire per modificare nulla. Nel caso specifico, già le prime impressioni di apprezzamento da parte degli addetti ai lavori dei tecnici audio che installavano e taravano gli impianti, abituati ad ascoltare criticamente i loro impianti in ogni condizione possibile, facevano presumere il buon risultato finale e la correttezza delle soluzioni adottate. I dati numerici hanno confermato sostanzialmente i dati teorici entro ±0,1 secondi, con una eccezione a 125 Hz (+0,3 secondi), frequenza dove purtroppo i valori teorici dei materiali forniti nei “data sheet” sono sempre dotati di tolleranze elevate per ragioni fisiche complesse. 
Durante l’inaugurazione effettuata con esecuzioni musicali dell'orchestra Sinfonica della Città di Milano si è potuto verificare che, anche con un valore di tempo di riverberazione inferiore a quello teoricamente necessario, la qualità acustica della sala ha permesso un'ottima riproduzione (supportata ovviamente dall’impianto audio, necessario come rinforzo in mancanza dello “shell” in legno posteriore). Basandosi su dati scientifici e valori numerici, nonché sull’esperienza maturata nel campo dell'acustica architettonica, è stato in definitiva possibile adeguare l'acustica dell'ambiente alle esigenze soggettive di ascolto di pubblico i musicisti, che sono sicuramente i massimi critici del lavoro di acustica architettonica. 


Pubblicato su Modulo 405, gennaio/febbraio 2017 

Crediti fotografici: Studio AMDL
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