ITUD20120030A1 - "sistema ecosostenibile di assorbimento del suono" - Google Patents

Description

Descrizione del Breveto d’invenzione Industriale avente per titolo:

“SISTEMA ECOSOSTENIBILE DI ASSORBIMENTO DEL SUONO”

Settore di applicazione

Questa invenzione si riferisce a un innovativo sistema di assorbimento del suono realizzato con le canne di bambù, un materiale economico, ecosostenibile, di aspeto gradevole e ampiamente disponibile in numerosi paesi.

I materiali fonoassorbenti sono utilizzati in moltissime applicazioni, sia per contenere la rumorosità, sia per correggere le caratteristiche acustiche degli ambienti chiusi che presentano un riverbero eccessivo. Ad esempio, sono utilizzati pannelli fonoassorbenti per il rivestimento delle pareti e dei soffiti di uffici, sale conferenze, teatri, sale da concerto, cinema, luoghi di culto, scuole, palestre, piscine coperte, sale di registrazione, aeroporti e stazioni ferroviarie. I materiali fonoassorbenti sono inoltre usati per realizzare barriere acustiche stradali e ferroviarie e, nel settore industriale, per ridurre le riflessioni sonore all’interno di stabilimenti e di cabine d’ insonorizzazione.

E’ noto che la finalità dei pannelli fonoassorbenti varia a seconda dell’applicazione. Nel caso delle sale da concerto, è richiesto un certo riverbero per esaltare il suono prodotto dagli strumenti musicali, ma delle riflessioni eccessive possono interferire con le onde sonore che giungono direttamente all’orecchio dell’ascoltatore. Nel caso delle manifestazioni teatrali, in particolare quando gli spazi sono ampi, le riflessioni possono comprometere l’intellegibilità della parola sovrapponendosi, con un certo ritardo, alle onde sonore dire Quando invece s’intende ridurre la rumorosità ambientale, è necessario ridurre le riflessioni sonore di pareti e soffitti, che aumentano il rumore prodotto dalle sorgenti presenti nello spazio confinato.

La maggior parte dei materiali fonoassorbenti disponibili in commercio presentano delle buone caratteristiche di assorbimento del suono alle frequenze medio-alte comprese tra 1000 e 4000 Hz, mentre risultano scarsamente efficaci al di sotto dei 1000 Hz. Per l’assorbimento delle frequenze nel campo da 100 a 1000 Hz sono stati creati dei materiali fonoassorbenti tecnologicamente avanzati, che sfruttano il principio della risonanza all’intemo di microcavità comunicanti con lo spazio esterno attraverso delle aperture. Questi prodotti sono certamente efficaci, ma hanno un costo molto elevato, che è giustificato dalla tecnologia complessa impiegata per la loro realizzazione.

La presente invenzione riguarda un sistema di assorbimento del suono, che offre eccellenti prestazioni nel campo delle frequenze medio-basse e risulta non solo economico ma anche esteticamente gradevole.

Lo stato della tecnica

Allo stato attuale della tecnica, è noto l’utilizzo di pannelli di assorbimento del suono che presentano un’elevata capacità di assorbimento alle basse frequenze dovuta all’utilizzo di microcavità risonanti. Ad esempio, il brevetto US 3,837,426 descrive un blocco prefabbricato con una cavità interna che è messa in comunicazione con l’esterno attraverso una fessura. L’energia sonora è dissipata sia a causa della turbolenza deU’aria nella fessura che per le riflessioni multiple all’interno della cavità. Questi blocchi non possono certamente essere usati per rivestire dei soffitti e, a causa del loro ingombro, devono essere integrati nella struttura delle pareti e quindi non sono indicati per il trattamento fonoassorbente di pareti esistenti. Inoltre, il citato sistema di blocchi deve essere realizzato con cemento o plastica che sono materiali non ecosostenibili.

In un altro sistema conosciuto e chiamato “a nido d’ape”, descritto dal brevetto US 3,821,999, le micro cavità sono realizzate con una costruzione a sandwich comprendente due lastre, di cui quella esterna forata, con il nido d’ape all’interno. Il sistema è molto efficiente, tanto da essere utilizzato in aeronautica per Γ insonorizzazione dei motori a jet, però è evidente che il suo costo non ne consente l’utilizzo nelle applicazioni dove è necessario trattare acusticamente delle superfici ampie. Un altro svantaggio di questo sistema risulta essere quello di richiedere per la sua realizzazione materiali non ecosostenibili, quali plastica o metallo.

Il processo descritto nel brevetto WO 2008/068298 riguarda un pannello con microcavità basato su di un materiale composito a base legnosa. L’ecosostenibilità di questo sistema è limitata, perché il pannello è prodotto con dei processi industriali inquinanti e il legno che lo costituisce non è vergine in quanto per la realizzazione sono utilizzate delle colle, generalmente a base di formaldeide. La presenza di sostanze chimiche comporta 1’emissione delle stesse negli ambienti in cui i pannelli sono applicati e ha degli svantaggi dal punto di vista del riciclaggio.

Un sistema conosciuto indubbiamente ecosostenibile è invece quello descritto nel brevetto WO 2010/146097, che utilizza degli pneumatici usati forati per realizzare delle barriere acustiche autostradali. E’ però evidente che questo sistema non è previsto per essere utilizzato negli ambienti chiusi.

E’ noto il sistema fonoassorbente descritto nel brevetto US 4,787,473, costituito da un box con una serie di celle forate. Questo sistema può essere realizzato con materiali ecosostenibili, ma il suo ingombro ne consente l’applicazione in un numero limitato di casi.

Il presente brevetto supera gli svantaggi e gli inconvenienti che caratterizzano i brevetti elencati, realizzando un nuovo sistema che offre elevato assorbimento acustico alle frequenze medio-basse, semplicità costruttiva, basso costo di realizzazione ed ecosostenibilità. Il sistema si distingue anche per le sue caratteristiche estetiche e per l’ingombro limitato, che lo rendono adatto a un utilizzo architettonico.

Essenza dell’invenzione

Gli obiettivi del trovato sono raggiunti secondo le caratteristiche della rivendicazione principale e/o di qualsiasi altra rivendicazione riportata in questo testo brevettuale.

Scopo principale del presente trovato è quello di realizzare un sistema di assorbimento acustico, caratterizzato sostanzialmente da una serie di canne di bambù, o altra specie vegetale simile, opportunamente forate per ottenere delle cavità di risonanza in corrispondenza degli spazi intemodali.

I fori mettono in comunicazione le cavità naturali delle canne con l’ambiente esterno in cui è presente il suono che s’intende assorbire. L’assorbimento avviene sia per la turbolenza dell’ aria in corrispondenza dei fori che per le riflessioni multiple che si hanno all’ interno delle cavità quando nel suono incidente sono presenti delle componenti tonali aventi una frequenza vicina a quella di risonanza delle cavità.

I parametri geometrici del sistema, e più precisamente il volume interno delle cavità, lo spessore di parete delle canne e la superficie dei fori determinano la frequenza di risonanza delle canne forate e quindi risulta possibile fissare in fase di progettazione il campo di lavoro in funzione delle prestazioni acustiche desiderate. Nel caso sia richiesto un elevato assorbimento acustico in un ampio campo di frequenza, è possibile utilizzare una combinazione di canne di diametro diverso, oppure forate in modo differenziato.

Un altro metodo che può essere utilizzato per ampliare il campo di frequenza operativo del sistema consiste nell’inserire negli spazi intemodali, attraverso l’apertura che distingue il presente trovato, del materiale fonoassorbente tradizionale, come ad esempio un batuffolo di fibra naturale. Questa soluzione allarga il campo tonale di lavoro, ma riduce Γ assorbimento di picco in corrispondenza della frequenza di risonanza.

Le canne forate possono essere utilizzate per la realizzazione di pannelli da fisi alle pareti o al soffitto degli ambienti da trattare acusticamente, oppure le canne possono essere sospese al soffitto o raggruppate in fasci. Questa invenzione è caratterizzata da un’elevata flessibilità che consente ai progettisti di scegliere la soluzione preferita per ottenere la prestazione acustica desiderata. L’impatto estetico del sistema è gradevole per l’aspetto naturale delle canne di bambù, che sono spesso utilizzate per realizzare mobili e altre componenti d’arredo.

Illustrazioni dei disegni

Queste e altre caratteristiche del presente trovato appariranno evidenti dalla seguente descrizione a titolo esemplificativo preferenziale di realizzazione, peraltro non limitativo, e nelle cinque tavole di disegno allegate, ove:

- la Fig. 1 mostra, in vista di sezione longitudinale, la canna di bambù forata ed i parametri geometrici che influiscono sulla frequenza di risonanza della cavità intemodale, che è calcolata con la formula riportata nella stessa figura;

- la Fig. 2 riporta un diagramma che rappresenta l’andamento della frequenza di risonanza dello spazio intemodale in funzione del diametro della canna e del diametro del foro;

- la Fig. 3 mostra, in vista di sezione longitudinale, la canna forata con il riempimento in materiale fibroso che consente di allargare il campo di frequenza operativo attorno alla frequenza di risonanza;

- la Fig. 4 mostra, in vista di sezione longitudinale, tre diverse geometrie dei fori;

- la Fig. 5 mostra, in vista frontale, un palmello realizzato assemblando fra loro numerose canne forate;

- la Fig. 6 mostra alcune delle soluzioni che possono essere utilizzate per la correzione acustica di un ambiente chiuso con le canne di bambù forate;

- la Fig. 7 mostra, in vista di sezione trasversale, un sistema rapido di fissaggio delle canne a una parete o a un pannello mediante degli elementi elastici;

- la Fig. 8 mostra, in vista di sezione longitudinale, il sistema di cui alla figura precedente.

Come si rileva dalle figure allegate, trattasi di un nuovo sistema modulare di assorbimento acustico caratterizzato sostanzialmente dall’essere formato da una serie di canne di bambù opportunamente forate in corrispondenza degli spazi intemodali.

La canna di bambù 1 presenta, lungo il suo sviluppo longitudinale, una serie di cavità naturali 2, che sono artificialmente messe in comunicazione con l’ambiente esterno mediante le aperture 3. La Fig. 1 illustra una cavità intemodale, di volume Vo, con un foro di area A che attraversa la parete della canna di spessore L. La frequenza f di risonanza della cavità è calcolata dalla formula riportata nella stessa Fig. 1 , in cui v è la velocità del suono. La formula è stata definita dallo scienziato tedesco Herman von Helmholtz, che dal 1890 al 1900 ha studiato il fenomeno delle cavità risonanti.

Il diagramma di Fig. 2 riporta in ordinata l’andamento della frequenza di risonanza delle cavità presenti negli spazi intemodali di canne di vario diametro e spessore al variare del diametro dei fori, che è indicato in ascissa. Come si può vedere nel diagramma, per ciascuna canna, l’andamento della frequenza al variare del diametro dei fori è lineare, perché nella formula di Helmholtz l’area del foro è riportata sotto la radice quadrata.

Il diagramma mostra che le varie geometrie analizzate hanno una frequenza di risonanza che copre perfettamente il campo di frequenza di maggior interesse, cioè quello da 100 a 1000 Hz.

L’analisi matematica effettuata conferma l’idoneità del sistema descritto nel presente brevetto a fornire elevate prestazioni di assorbimento acustico nel campo delle frequenze medio-basse. Con le canne più sottili, si ottengono frequenze di risonanza delle cavitai superiori a 1000 Hz, un campo in cui sono efficienti anche i materiali fonoassorbenti tradizionali.

Il campo di utilizzo del sistema può essere ampliato ricorrendo a una combinazione di canne con diversa geometria, naturale e di foratura, le cui cavità hanno diversa frequenza di risonanza. Inoltre, come accade nei sistemi noti di assorbimento acustico basati sulla risonanza di cavità, il campo utile di frequenza può essere ampliato ricorrendo a un materiale fibroso, o spugnoso a celle aperte, 4 inserito nelle cavità stesse, che è illustrato in Fig. 3.

La foratura delle canne di bambù può essere fatta manualmente con un semplice trapano, oppure con un sistema automatico conosciuto di lavorazione meccanica.

Le prestazioni del sistema di assorbimento acustico sono influenzate più dall’area dell’ apertura che dalla sua forma, quindi si possono fare delle aperture di forma diversa da quella circolare 3 (Fig.4/a). Per realizzare le aperture a sezione rettangolare longitudinale 3.1 (Fig.4/b) e trasversale 3.2 (Fig. 4/c) si può far ricorso a dei sistemi di fresatura che consentono di creare le aperture in modo automatico.

Per una maggiore praticità d’installazione, può essere conveniente disporre dei pannelli 5 illustrati in Fig. 5, nei quali le canne forate 1 sono fissate a dei supporti a lastra, che hanno dimensioni standard e possono essere realizzati con diversi materiali. Nel caso di fissaggio alle pareti, le canne possono essere anche legate tra di loro senza l’utilizzo di un pannello. In questo caso, il sistema è appeso alla parete con chiodi o ganci.

Come illustrato in Fig. 6, si possono installare le canne di bambù fonoassorbenti in molti modi, ad esempio: pannelli fissati alle pareti 5, canne sospese con elementi fissati al soffitto 6, fascio libero di canne 7 e fascio legato a pacco 8.

Il fascio 8 può eventualmente essere nascosto sotto a un divano o integrato con altri elementi architettonici ο di arredo, in quanto non è necessariamente richiesta l’esposiziom diretta dei fori delle canne al suono, che nel caso delle basse frequenze è in grado di aggirare facilmente gli ostacoli interposti tra la sorgente sonora ed il sistema di assorbimento.

Un altro sistema di fissaggio delle canne di bambù forate è illustrato in Fig. 7, dove sono utilizzati degli elementi elastici in plastica 9, fìssati meccanicamente con viti a espansione 10, chiodi o altro alle pareti 11 o al soffitto. Questi elementi elastici consentono di installare rapidamente le canne di bambù. Il fissaggio avviene applicando manualmente sulle canne una leggera pressione che causa la deformazione elastica del supporto 9, con conseguente apertura e chiusura a scatto dello stesso.

Il trovato, naturalmente, non è limitato agli esempi di realizzazione sopra descritti, a partire dai quali si potranno prevedere altre forme ed altri modi di realizzazione, ed i particolari di esecuzione potranno comunque variare senza per questo uscire dall’essenza del trovato così come enunciato e di seguito rivendicato.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1<Λ>Sistema di assorbimento del suono applicabile per contenere la rumorosità, sia per correggere le caratteristiche acustiche degli ambienti chiusi - quali teatri, auditorium, aule, uffici, sale da concerto, cinema, luoghi di culto, scuole, palestre, piscine, sale di registrazione, aeroporti e stazioni ferroviarie, abitazioni in genere - sia per ambienti aperti utilizzato come barriere fonoassorbenti, barriere stradali e ferroviarie, e nel settore industriale per ridurre le riflessioni sonore airintemo di stabilimenti e di cabine di insonorizzazione, caratterizzato dal fatto di impiegare come elemento fonoassorbente una pluralità di canne di bambù 1, o altra specie vegetale simile, opportunamente forate 3 in corrispondenza degli spazi intemodali delle canne per formare delle cavità di risonanza 2. 2<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo la prima rivendicazione, caratterizzato dal fatto che ciascuna canna di bambù 2 presenta una pluralità di spazi intemodali distribuiti sulla sua lunghezza e che i fori 3 di comunicazione di detti spazi con l’esterno possono interessare tutte o in parte dette sezioni, in varia disposizione. 3<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo la prima e seconda rivendicazione, caratterizzato dal fatto che i fori di collegamento con l’estemo degli spazi intemodali interni 2 delle canne di bambù 1 sono eseguiti in varia forma di sezione, ad esempio circolare 3, longitudinale a rettangolo 3.1 e trasversale a rettangolo 3.2. 4<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le canne di bambù 1 impiegate per formare gli elementi di assorbimento del suono sono di qualsiasi diametro: il diametro caratterizza una determinata volumetria della camera interna intemodale e quindi anche una diversa caratteristica acustica di assorbimento del suono. 5<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, per ampliare il campo di frequenza sonora, in ciascuna camera interna intemodale forata 2 può essere inserito un piccolo batuffolo di fibra naturale 4 o materiale spugnoso a celle aperte. 6<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i fori di collegamento con l’esterno delle camere intemodali della canna di bambù 1, indipendentemente dal loro diametro, possono assumere qualsiasi ampiezza e conformazione geometrica in base alle caratteristiche del suono da assorbire. 7<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le canne di bambù 1 dotate di fori di collegamento delle camere intemodali con l’esterno, affiancate le une alle altre in senso longitudinale, formano pannelli da fissare alle pareti 5 o al soffitto 6, oppure sono raggmppate in fasci 8, o usate singole 7 in varie lunghezze e diametri. 8<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le camere intemodali delle canne di bambù 2 utilizzate per formare elementi fonoassorbenti presentano uno o più fori di collegamento con l’esterno. 9<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i fori 3 di collegamento con Γ esterno di ciascuna camera intemodale delle canne di bambù 1 sono dislocati allineati longitudinalmente al fine di disporsi con orientamento rispetto ad una fonte sonora prevalente, o sono anche non allineati e variamente orientati radialmente al fine di assorbire suoni provenienti da varie direzioni. 10<Λ>Sistema di assorbimento del suono, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che per fissare alle pareti le canne di bambù così forate e per formare dei pannelli fonoassorbenti vengono utilizzati tradizionali sistemi di serraggio o appositi supporti multipli di base 9.