Acustica biomimetica dal corpo umano alle strutture

Il corpo umano è molto abile nel nascondere il proprio rumore interno. In condizioni normali non riusciamo a sentire il battito cardiaco, il flusso sanguigno o il brontolio dell’apparato digerente – solo in condizioni di estremo silenzio (in una speciale camera anecoica) è possibile ascoltare la “sinfonia” dei propri organi. Come ha descritto un tester, “quando si smette di respirare si sente il cuore che batte e il sangue che scorre nelle vene”. Nella vita di tutti i giorni, tuttavia, questi suoni sono efficacemente attutiti da strati di tessuto, grasso e fluidi.

Mentre i tessuti molli e i fluidi assorbono e dissipano fortemente le vibrazioni, la gabbia toracica e il cranio formano gusci duri che riflettono e bloccano il suono (in effetti, gli esperti di ecografia notano che il tessuto adiposo provoca un’attenuazione molto elevata delle onde sonore). In effetti, l'”ingegneria acustica” del corpo impedisce ai suoni interni di diventare una distrazione uditiva – una sorta di isolamento acustico incorporato.

Queste strategie biologiche suggeriscono analogie per l’architettura: Possiamo nascondere e attutire le fonti di rumore, costruire assemblaggi di materiali stratificati e separare struttura e spazio, proprio come il corpo isola gli organi dalle nostre orecchie.

Proprio come gli organi sono rivestiti da cavità piene di fluidi e oli, gli architetti “nascondono” le apparecchiature meccaniche all’interno di camere o condotti trattati acusticamente. I grandi macchinari e i sistemi HVAC sono spesso collocati in pavimenti meccanici isolati o in involucri fonoassorbenti, e nei condotti e nelle tubature sono installati silenziatori o attenuatori per controllare le vibrazioni.

Allo stesso modo, la struttura multistrato del corpo (pelle-grasso-muscoli-ossa) ispira assemblaggi di pareti multistrato: uno strato di rivestimento, una cavità isolante “grassa” e una struttura rigida “ossea”. Le strutture massa-molla-massa con isolamento tra di esse possono aumentare significativamente l’isolamento acustico.

Le normative utilizzano le classificazioni STC (Sound Transmission Class) per misurare questo aspetto. Per aumentare l’STC, gli assemblaggi in genere aggiungono massa, isolamento o interruzioni flessibili tra gli strati. Ciò è simile all’aggiunta di tessuto smorzante tra gli elementi rigidi. Infine, lo scheletro del corpo è efficacemente separato dai tessuti molli da giunti e tamponamenti, proprio come i pavimenti flottanti o i condotti flessibili separano lo scheletro strutturale di un edificio dalle superfici finite.

I pavimenti galleggianti (piastre strutturali sostenute da cuscinetti flessibili) possono ridurre significativamente il rumore da impatto del pavimento, migliorando notevolmente la perdita di trasmissione. Allo stesso modo, i condotti metallici flessibili (sottili strisce di intelaiatura) isolano il muro a secco dalle borchie, interrompendo il percorso sonoro diretto e migliorando il STC della parete. Anche un ingegnere della metropolitana utilizza la stessa idea: i cuscinetti galleggianti per i binari (lastre di cemento su molle di gomma) interrompono efficacemente la catena di vibrazioni dalle ruote del treno al pavimento, “simili alle basi inerziali su molle utilizzate per sostenere i macchinari fissi”.

Başlıklar

Analoghi architettonici dell’isolamento biologico

Nascondere le sorgenti di rumore (analoghi degli organi): Gli armadi meccanici e i secchi agiscono come cavità corporee intorno alle apparecchiature. Un forno o una pompa vengono collocati in una stanza completamente rivestita con coperte acustiche alle pareti e il loro rumore può essere isolato dall’involucro (simile a quello di un organo all’interno di una sacca fluida). Nei condotti vengono installati silenziatori interni o avvolgimenti esterni di materiale fonoassorbente per ridurre il rumore dei ventilatori.
Partizioni stratificate (pelle-olio-muscolo): Una strategia classica è una parete a più strati: una pelle esterna, una cavità per l’aria/isolamento e una pelle interna. Questo riflette la pelle (esterna), il grasso/muscolo (isolamento) e l’osso (struttura). Le cavità sono riempite con un isolante fibroso (ad esempio, lana minerale) , che assorbe il suono come il tessuto adiposo. L’isolamento in lana di roccia è famoso per bloccare e assorbire il suono e smorzare le vibrazioni. Tali strati creano un effetto massa-molla-massa: ogni strato denso aggiunge massa (blocca le basse frequenze) e ogni strato morbido aggiunge smorzamento (assorbe le frequenze medio-alte). In pratica, per ottenere un elevato indice STC si utilizzano pareti isolate a doppio listello o cartongesso a doppio strato (di solito su clip flessibili). Il livellamento delle giunture e la sigillatura delle fessure assicurano che non vi siano “scorciatoie acustiche” dirette, così come il livellamento dei canali del grasso e del tessuto impedisce la dispersione diretta del suono.
Struttura discreta (analogia con lo scheletro): Le ossa del corpo forniscono la struttura e riducono al minimo la trasmissione del rumore dei movimenti muscolari. Allo stesso modo, negli edifici, separiamo (isoliamo) gli elementi strutturali dagli spazi occupati. I pavimenti galleggianti su cuscinetti di neoprene o gli isolatori a molla riducono la trasmissione delle vibrazioni eliminando il contatto diretto e duro. Nelle pareti o nei soffitti, i condotti flessibili agiscono come piccole molle: il cartongesso viene appeso su di essi, interrompendo il collegamento rigido con i pilastri. In questo modo si “taglia il percorso” delle onde sonore, in modo che passi meno energia di vibrazione. Anche nell’edilizia pesante, gli isolanti del pavimento sotto tutti i locali o le apparecchiature agiscono come giunti ammortizzati, impedendo che il rumore dei macchinari o i passi scuotano l’intera struttura.
Zone tampone aria/liquido (analogia con le membrane): Proprio come le cavità e le membrane piene d’aria nel corpo tamponano gli organi (come i seni cranici o le cavità d’aria dei polmoni), gli edifici possono utilizzare cavità o cavità d’aria per proteggere il suono. Un esempio importante è la facciata a doppia pelle: due pareti vetrate separate da un’intercapedine ventilata. Questo cuscinetto d’aria riduce sia il calore che il rumore proveniente dall’esterno. La ricerca afferma che lo spazio interstiziale a doppia parete “funge da isolamento contro il suono eccessivo… e migliora il comfort uditivo dell’edificio”. Su scala ridotta, anche le semplici pareti a gradini o incassate (con corsi sfalsati o intercapedini) agiscono come labirinti acustici, impedendo la trasmissione lineare del suono. Come uno strato fluido che riflette o assorbe i suoni interni, queste cavità intrappolano o detonano l’energia sonora.

Applicazioni ed esempi

Queste strategie sono ampiamente utilizzate in edilizia. I pavimenti flottantisono utilizzati negli studi di registrazione, dove un sottofondo in gesso su tappetini di gomma fornisce un pavimento “morto” con un isolamento dagli impatti molto più elevato. Le pareti con condotti flessibili sono comuni negli hotel e negli appartamenti; un banco di prova ha dimostrato che l’aggiunta di uno strato di condotti può aumentare l’STC della parete di circa 5 punti.

Per ulteriori spiegazioni sui pavimenti flottanti, potete consultare questo articolo: https://auralex.com/blog/sound-isolation-basics-how-to-build-a-floating-floor/

Nella progettazione HVAC, i silenziatori dei condotti (attenuatori) riempiti di materiale fibroso o di pannelli microforati sono installati in sequenza, come il fluido che smorza il rumore di un organo. Le porte e i vestiboli acustici fungono da capsule di giunzione o da blocchi acustici, creando uno spazio di transizione per bloccare la trasmissione diretta.

Un esempio sofisticato è la facciata a doppia pelle. Il famoso 30 St Mary Axe (“Gherkin”) di Londra utilizza una doppia pelle ventilata per stabilizzare la temperatura e attutire il rumore proveniente dalla strada. L’intercapedine d’aria, che può essere controllata anche meccanicamente, riduce la penetrazione del rumore esterno, proprio come una cavità sinusale silenzia un colpo alla testa.

Nei progetti di transito, nelle metropolitane di tutto il mondo si utilizzano letti di rotaie a lastre galleggianti. Sostenendo le rotaie su cuscinetti elastomerici, un’esatta analogia della sospensione di un basamento di una macchina su molle, gli ingegneri hanno ridotto in modo significativo il rumore trasmesso dal suolo negli ospedali e nelle scuole vicine.

Fonte: https://www.archdaily.com/922897/how-do-double-skin-facades-work

In tutti questi casi, i progettisti gestiscono anche i percorsi laterali: ogni ingresso è isolato acusticamente, le scatole elettriche sono sfalsate e le pareti laterali sono riempite di isolante – imitando la tendenza del corpo a dirigere il rumore attraverso percorsi complessi piuttosto che passarlo direttamente. Il modello sorgente-percorso-ricevitore in acustica (insonorizzazione alla sorgente, rallentamento del suono durante il percorso e assorbimento al ricevitore) rappresenta lo stesso principio del sistema nervoso che filtra il proprio rumore.

Guida alle tipologie di edifici rumorosi

Per gli architetti e gli ingegneri che lavorano su tipologie rumorose (abitazioni ad alta densità, ospedali, scuole, centri di transito), queste indicazioni biomimetiche guidano le scelte pratiche:

Localizzare e racchiudere le sorgenti: collocare le apparecchiature rumorose (generatori, caldaie, cucine) in spazi dedicati e chiusi. Utilizzate dei plenum acustici per i condotti e collocate le stanze rumorose lontano dalle zone silenziose (immaginate un cuore nascosto nel petto, lontano dai polmoni sensibili).
Stratificare le pareti divisorie: Specificare gli assemblaggi di pareti e pavimenti con massa e isolamento aggiuntivi. Gli ospedali in genere richiedono gradi minimi di separazione – le linee guida FGI richiedono almeno 45 STC (50 STC per un’elevata privacy) tra le stanze dei pazienti. Per raggiungere questi valori sono necessarie pareti in calcestruzzo da pavimento a pavimento con isolamento in intercapedine e doppi strati di intonaco (STC elevato). Negli appartamenti, l’aggiunta di una seconda fila di borchie o di clip flessibili è una soluzione per evitare che i passi vengano uditi dal piano superiore.
Disaccoppiare la struttura: Utilizzare pavimenti galleggianti (cemento su cuscinetti di neoprene) nelle palestre, nelle biblioteche o nelle camere da letto sopra le aree rumorose. Nei corridoi, appendere delle grucce flessibili per isolare i soffitti dai piani di servizio sovrastanti. Gli impianti sanitari possono essere montati su staffe di isolamento. Queste misure imitano il modo in cui le articolazioni permettono al corpo di muoversi, evitando che le ossa si urtino tra loro.
Tamponare con aria e assorbimento: Includere spazi d’aria e volumi assorbenti ogni volta che è possibile. Nei cortili o negli atri adiacenti alle strade, utilizzare una fitta vegetazione o giochi d’acqua (paesaggio fonoassorbente) come membrane acustiche. All’interno delle scuole, utilizzare soffitti e rivestimenti acustici (di solito lana minerale o schiuma) per assorbire il rumore riverberante. Questi materiali, come il tessuto adiposo nel corpo, assorbono l’eco e intrappolano il rumore aereo.
Sigillare e sfalsare: Riempire accuratamente gli spazi vuoti, sigillare acusticamente i giunti pavimento-parete e progettare una geometria sfalsata. Un “vestibolo di blocco acustico” posto tra il corridoio e l’aula – simile a una capsula articolare o a un timpano – impedisce la dispersione diretta del suono. Analogamente, negli ospedali, i bagni o gli armadietti sono collocati tra le stanze per attutire il rumore tra le stanze stesse.

Gli architetti dovrebbero trattare gli edifici come organismi viventi – con diversi strati, cavità protettive e organi isolati – per creare interni silenziosi e confortevoli. Gli ospedali silenziosi aiutano i pazienti a riprendersi, l’acustica delle aule scolastiche ben implementata migliora l’apprendimento e la concentrazione e le abitazioni tranquille e silenziose migliorano il benessere degli occupanti. Come conferma la ricerca, “il rumore può influenzare l’elaborazione cognitiva, la salute mentale e la motivazione“.

In breve, applicare il silenzio interno del corpo agli edifici non è solo un processo per isolare il suono. Migliora la chiarezza e il comfort dello spazio abitativo.

Fonte: