Silenzio in aula

La progettazione acustica di ambienti scolastici
23/03/2018 - Ing. Sara Nobili, Servizio di Assistenza Tecnica Logical Soft
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Le aule, e più in generale tutti gli ambienti scolastici, devono garantire la diffusione della parola.
Negli edifici scolastici mal progettati vi è infatti un elevato rumore di fondo che può causare condizioni stressanti, sia per l'insegnante che è costretto ad "alzare la voce", sia per gli alunni che non riescono a comprendere le sue parole.
Il tempo di riverberazione è senza dubbio uno dei parametri principali per caratterizzare la chiarezza della percezione sonora in un ambiente: il riverbero eccessivo può in alcuni casi pregiudicare l'intelligibilità della parola e in altri contribuire in modo positivo, incrementando il suono diretto: è necessario insomma trovare il giusto compromesso.
L'ambiente scolastico deve essere inoltre protetto sia dai rumori esterni che dai rumori interni provenienti da ambienti adiacenti. Per mitigare il rumore proveniente dall'esterno è necessario agire sull'isolamento acustico di facciata, mentre per quanto riguarda il rumore interno si analizzano:
  • il potere fonoisolante degli elementi di separazione tra ambienti adiacenti
  • il livello di rumore di calpestio
  • il livello di rumore degli impianti
In questo focus analizziamo quali sono i principali requisiti acustici da soddisfare negli ambienti scolastici e, nel caso fosse necessario intervenire su ambienti esistenti, quali correzioni acustiche possono essere apportate per rientrare in standard accettabili.


ACUSTILOG è il software di Logical Soft che permette di valutare la protezione di un ambiente scolastico dai rumori esterni, mediante la valutazione del requisito acustico di facciata, e dai rumori interni, mediante il calcolo del potere fonoisolante R'w e il livello di pressione sonora di calpestio L'nw.
ACUSTILOG consente inoltre di progettare gli interventi di correzione acustica da effettuare in un ambiente per migliorare il valore del tempo di riverberazione T60.

Requisiti acustici
Il decreto D.P.C.M. 5/12/1997 fissa i valori limite dei requisiti acustici passivi che caratterizzano la prestazione acustica di un edificio nei confronti del rumore esterno (isolamento acustico di facciata) e del rumore interno (potere fonoisolante, livello di pressione sonora di calpestio, livello sonoro degli impianti):

Ambienti abitativi Valori limite [dB]
R'w D2m,n,T,w L'nw LASmax LAeq
Edifici adibiti ad ospedali, cliniche, case di cura e assimilabili 55 45 58 35 25
Edifici adibiti a residenze, alberghi, pensioni ed attività assimilabili 50 40 63 35 35
Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili 50 48 58 35 25
Edifici adibiti ad uffici, attività ricreative e di culto, attività commerciali o assimilabili 50 42 55 35 35
TAB. 1 - Valori limite D.P.C.M. 5/12/1997

Nella TAB.1 sono stati evidenziati i valori limite per gli edifici scolastici. Il D.P.C.M richiede che tali requisiti siano rispettati in opera, quindi ad edificio ultimato.
Un altro criterio particolarmente significativo per gli edifici scolastici è il tempo di riverberazione che quantifica la permanenza di una coda sonora nell'ambiente, con tutte le sue implicazioni sull'intelligibilità del parlato. In tema di tempo di riverberazione si rimanda alla Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici n.3150 del 22/05/1967 riguardante gli edifici scolastici.

Ambienti abitativi Valori limite [s] Valore misurato [s]
Aule scolastiche 1,2 Media dei tempi di riverberazione misurati alle frequenze di 250 | 500 | 1000 | 2000 Hz, ad aula arredata, presenza due persone massimo
Palestre 2,2 Media dei tempi di riverberazione misurati alle frequenze di 250 | 500 | 1000 | 2000 Hz
TAB.2 - Circolare Ministero Lavori Pubblici n.3150 del 22/05/1967

Tempo di riverberazione
Il tempo di riverberazione quantifica la "coda sonora" che permane all'interno di un ambiente anche dopo l'interruzione dell'emissione della energia sonora di una sorgente. La riverberazione è causata dalle riflessioni multiple su pareti, pavimento e soffitto che le onde sonore subiscono una volta disattivata la sorgente del rumore: essa dipende dalla geometria dell'ambiente, dalle caratteristiche fonoassorbenti delle pareti/solai e dagli oggetti in esso contenuti.
Il calcolo previsionale del tempo di riverberazione utilizza la formula di Sabine che stima il T60, cioè l'intervallo di tempo tra il momento in cui la sorgente sonora viene spenta ed il momento in cui il livello sonoro nell'ambiente si riduce di 60 dB:

T60 = 0,161 V/A  s  [1]

in cui:

V (m3)
volume dell'ambiente
A (m2)
area di assorbimento acustico dell'ambiente

L'area di assorbimento acustico è pari a:
A = α S  m2  [1.a]

in cui:
α (-)
coefficiente di assorbimento acustico medio dell'ambiente
S (m2)
superficie complessiva delle pareti interne dell'ambiente

La legislazione nazionale per le aule scolastiche richiede che la media dei tempi di riverberazione misurati alle frequenze di 250 | 500 | 1000 | 2000 Hz, ad aula arredata e non occupata, non superi 1,2 s.

Livello di rumore all'esterno
L'isolamento acustico di facciata è il requisito acustico passivo che il D.P.C.M. 5/12/1997 riserva al controllo del rumore proveniente dall'esterno di un'aula scolastica. Come indicato nella norma UNI EN ISO 16283-3:

D2m,nT = L1,2m – L2 + 10log(T/T0)  dB  [2]

in cui:
L1,2m (dB)  
livello di pressione sonora alla distanza di 2m dalla facciata
L2 (dB)  
livello di pressione sonora nell'ambiente ricevente
T (s) 
tempo di riverberazione dell'ambiente ricevente
T0 (s)  
tempo di riverberazione di riferimento pari a 0,5s

Le misure vengono eseguite per bande di frequenza di ottava o di un terzo di ottava ed possibile passare dai valori in frequenza all'indice di valutazione D2m,nT,w mediante il metodo descritto nella norma UNI 717-1.
Dal punto di vista del calcolo previsionale l'isolamento acustico di facciata si stima come descritto nella norma UNI EN ISO 12354-3:2017:

D2m,nT,w = R'w + ΔLfs + 10log(V/6T0S)  dB  [3]

in cui:
R'w (dB)   
Indice di valutazione del potere fonoisolante apparente della facciata; in questo termine rientrano i poteri fonoisolanti Rwi di tutti gli elementi (parete opaca, serramenti, coperture) che costituiscono la facciata e l'isolamento acustico normalizzato rispetto all'assorbimento acustico Dn,e,w per i piccoli elementi (bocchette di aerazione, cassonetti) eventualmente presenti in facciata. Ciascuno di questi termini è pesato con la sua superficie in una media logaritmica.
ΔLfs (dB)
differenza del livello di pressione sonora per la forma della facciata; in questo termine si tiene in conto dell'influenza che la forma può avere sull'isolamento acustico della facciata
V (m3
volume dell'ambiente ricevente
T0 (s)  
tempo di riverberazione di riferimento pari a 0,5s
S (m2
superficie totale della facciata vista dall'interno

Per le scuole il D.P.C.M. 5/12/1997 indica un valore minimo di 48 dB per il requisito di facciata D2m,nT,w: si tratta di un limite sicuramente molto restrittivo soprattutto perché prescinde totalmente dal clima acustico dell'area in cui è presente l'edificio scolastico.

Isolamento acustico tra partizioni interne
In un edificio scolastico troviamo partizioni interne verticali e orizzontali che separano le aule e gli altri ambienti scolastici.
Per verificare l'isolamento di una partizione il D.P.C.M. 5/12/1997 utilizza il potere fonoisolante R'w specificando però che esso deve essere verificato per le partizioni che separano due unità immobiliari distinte. La suddetta affermazione ha creato non poche perplessità per la sua applicazione nei confronti delle partizioni che separano due aule scolastiche in quanto è difficile considerarle come unità immobiliari distinte.
L'interpretazione più diffusa è quindi che il D.P.C.M. 5/12/1997 non debba essere applicato per le partizioni tra aule scolastiche; nell'Appendice A della norma UNI 11367 "Valori di riferimento per i requisiti acustici di ospedali e scuole" sono introdotti due indici che riguardano le partizioni tra ambienti appartenenti alla stessa unità immobiliare (come le aule scolastiche appunto):

Indice Prestazione normale [dB] Prestazione superiore [dB]
Isolamento acustico normalizzato di divisori tra ambienti sovrapposti della stessa unità immobiliare, DnT,w 50 55
Isolamento acustico normalizzato di divisori tra ambienti adiacenti della stessa unità immobiliare, DnT,w 45 50
TAB.3 - UNI 11367-Appendice A

L'isolamento DnT è misurato come indicato nella norma UNI EN ISO 16283-1:

DnT = L1 – L2 + 10log(T/T0)  dB  [4]

in cui:
L1 (dB)   
livello di pressione sonora nell'ambiente emittente
L2 (dB) 
livello di pressione sonora nell'ambiente ricevente
T (s) 
tempo di riverberazione dell'ambiente ricevente
T0 (s)
tempo di riverberazione di riferimento pari a 0,5s

Le misure vengono eseguite per bande di frequenza di ottava o di un terzo di ottava ed è possibile passare dai valori in frequenza all'indice di valutazione DnT,w mediante il metodo descritto nella norma UNI 717-1.

Per il calcolo previsionale la norma di riferimento è la UNI EN ISO 12354-1:2017 che contiene un modello di calcolo per stimare il potere fonoisolante R'w dell'elemento di separazione tra due ambienti a partire dalle prestazioni acustiche di laboratorio degli elementi strutturali coinvolti:

db  [5]
in cui:
Rij,w (dB)
indice di valutazione del potere fonoisolante per il percorso ij
Dn,j,w (dB)  
indice di valutazione della differenza di livello sonoro per la trasmissione attraverso un piccolo elemento tecnico j (Dn,e) o attraverso un elemento j che consente la trasmissione aerea del suono (Dn,s)
n
numero degli elementi laterali dell'ambiente, generalmente n=4
m
numero degli elementi j che consentono una trasmissione aerea del suono
A0 (m2)
area di assorbimento di riferimento pari a 10m2
SS (m2)
area dell'elemento divisorio

Gli indici di valutazione del potere fonoisolante per i vari percorsi possono essere stimati medianti le seguenti relazioni:

dB  [5.a]


dB  [5.b]
in cui:
Ri,w, Rj,w (dB) 
indici di valutazione del potere fonoisolante della struttura "i"/"j" priva di rivestimento
Rs,w (dB)   
indice di valutazione del potere fonoisolante dello strato di separazione "s"
ΔRij (dB)
incremento dell'indice di valutazione di potere fonoisolante dovuto alla presenza di strati di rivestimento sugli elementi previsti lungo il percorso ij; questo incremento deve essere calcolato come:
  • nel caso il rivestimento è presente solo sullo strato "i" solo sullo strato "j":
      ΔRij = ΔRi o ΔRj
  • nel caso il rivestimento è presente sia sullo strato "i" che sullo strato "j":
      ΔRij = ΔRi + ΔRj/2 oppure ΔRj + ΔRi/2
ΔRDd (dB) 
incremento dell'indice di valutazione di potere fonoisolante dovuto alla presenza di strati di rivestimento sull'elemento di separazione "s"
Kij (dB) 
indice di riduzione delle vibrazioni del percorso ij
lij (m)
lunghezza del giunto presente lungo ij
l0 (m)
lunghezza di riferimento (1m)

Sulla base dell'indice R'w si determina poi l'indice DnTw con la formula seguente:
DnTw = R'W + 10log(0,16V/T0 SS)  dB  [6]

Livello di pressione sonora di calpestio
Il livello di pressione sonora di calpestio è il requisito acustico passivo che il D.P.C.M. 5/12/1997 riserva al controllo del rumore impattivo proveniente dall'esterno di un'aula scolastica. Esso è misurato come indicato nella norma UNI EN ISO 16283-2:
L'n = Li + 10log(A/A0  dB  [7]

in cui:
Li (dB)
livello di pressione sonora nell'ambiente ricevente
A (m2)
area di assorbimento equivalente dell'ambiente ricevente
A0 (m2)
area di assorbimento equivalente di riferimento pari a 10m2

Le misure vengono eseguite per bande di frequenza di ottava o di un terzo di ottava ed è possibile passare dai valori in frequenza all'indice di valutazione L'nw mediante il metodo descritto nella norma UNI 717-2.

Dal punto di vista del calcolo previsionale la norma di riferimento è la UNI EN ISO 12354-2:2017 che prevede un calcolo basato sui percorsi di trasmissione del suono, analogamente a quanto già visto per il potere fonoisolante R'w:
per ambienti sovrapposti:

dB  [8]
e per ambienti affiancati:

dB  [9]
in cui:
Ln,d,w (dB)
indice di valutazione del livello di rumore da calpestio per il percorso diretto
Ln,ij,w (dB)
indice di valutazione del livello di rumore da calpestio per il percorso laterale ij
n
numero degli elementi laterali dell'ambiente, pari a 4 per ambienti sovrapposti, pari a 2 per ambienti adiacenti

Per il percorso diretto si ha:
Ln,d,w = Ln,eq,0,w - ΔLW - ΔLd,W  dB  [10]

in cui:
Ln,eq,0,w (dB)
indice di valutazione del livello di rumore da calpestio per il solaio nudo
ΔLw (dB)
indice di valutazione relativo alla riduzione dei rumori da calpestio dovuto a pavimenti galleggianti o altri rivestimenti sul lato dell'elemento di separazione rivolto al locale emittente
ΔLd,w (dB)
indice di valutazione relativo alla riduzione dei rumori da calpestio dovuto ad un rivestimento sul lato dell'elemento di separazione rivolto al locale ricevente

Per i percorsi laterali invece:

dB  [11]
in cui:
Ln,eq,0,w (dB)
indice di valutazione del livello di rumore da calpestio per il solaio nudo
ΔLw (dB)
indice di valutazione relativo alla riduzione dei rumori da calpestio dovuto a pavimenti galleggianti o altri rivestimenti sul lato dell'elemento di separazione rivolto al locale emittente
Ri,w (dB)
indice di valutazione del potere fonoisolante del pavimento
Rj,w (dB)
indice di valutazione del potere fonoisolante dell'elemento j, coinvolto nel percorso ij
Kij (dB)
indice di riduzione delle vibrazioni del percorso ij
lij (m)
lunghezza del giunto presente lungo ij
l0 (m)
lunghezza di riferimento (1m)
Si (m2)
area del pavimento

Negli edifici scolastici la legge indica un valore limite massimo per L'nw pari a 58 dB: il decreto non si riferisce ai solai posti tra due diverse unità immobiliari e quindi è applicabile anche tra due ambienti scolastici.

Livello di rumore all'interno dovuto agli impianti
Il D.P.C.M. 5/12/1997 richiede per gli impianti il rispetto in opera dei seguenti livelli sonori:
  • livello sonoro immesso da impianti a funzionamento continuo LAeq
  • livello sonoro immesso da impianti a funzionamento discontinuo LASmax
Per impianti a funzionamento continuo si intendono impianti di riscaldamento, di climatizzazione, di ricambio d'aria, ecc..; per impianti a funzionamento discontinuo, ovvero con un funzionamento non costante tempo, si intendono impianti sanitari, ascensori, montacarichi, ecc…
La norma tecnica di riferimento per la misurazione opera del livello di pressione sonora di impianti tecnici negli edifici è la UNI EN 16032:2005.
Dal punto di vista previsionale di solito si preferisce fornire delle indicazioni sulla posa in opera preventiva di accorgimenti quali rivestimenti esterni che aumentino la massa dei condotti, supporti antivibranti, silenziatori per le bocchette di aerazione.
Negli edifici scolastici è importante distribuire correttamente gli ambienti: i locali tecnici "rumorosi" dovrebbero essere separati dagli ambienti più sensibili adibiti alla permanenza di persone.
Per quanto riguarda i livelli massimi di rumorosità degli impianti nelle scuole la normativa italiana individua 35 dB per LASmax e 25 dB per LAeq.

Soluzioni finalizzate al controllo del rumore nelle aule scolastiche
Per una buona progettazione acustica delle scuole ci si può muovere su più fronti:
  • innanzitutto ubicare l'edificio in un contesto acusticamente adeguato, lontano da elementi che possono arrecare disturbo: infrastrutture stradali, ferroviarie, aeroportuali, industrie, ecc…
  • limitare la rumorosità degli impianti
  • limitare i rumori provenienti dall'esterno con un adeguato isolamento di facciata
  • limitare i rumori generati all'interno dell'aula con un adeguato isolamento delle partizioni interne
  • assicurare valori adeguati del tempo di riverberazione dell'aula scolastica mediante l'applicazione di pannelli e controsoffitti fonoassorbenti
Di seguito esaminiamo quali sono le soluzioni progettuali più opportune per garantire gli ultimi tre punti in elenco.

Controllo del rumore esterno
Il parametro acustico su cui agire per il controllo del rumore esterno è l'isolamento acustico di facciata.
Per migliorare l'isolamento di facciata occorre innanzitutto agire sul potere fonoisolante dei suoi componenti (parete e serramenti) e sull'isolamento acustico di eventuali piccoli elementi (bocchette d'aria e cassonetti). Una particolare attenzione va riservata ai componenti vetrati, che di solito sono il punto debole della facciata.

Controllo del rumore interno
Per ridurre il rumore generato dagli ambienti adiacenti si interviene sul potere fonoisolante delle partizioni interne (orizzontali e verticali):
  • contropareti/controsoffitti
  • pavimenti galleggianti
Il pavimento galleggiante è un tipico intervento di correzione acustica che coinvolge un solaio: consiste nel realizzare, mediante la posa di uno strato di materiale resiliente, una "vasca" perfettamente isolata rispetto alle strutture portanti dell'edificio e che impedisce la trasmissione delle vibrazioni. Questo intervento permette sia di migliorare il fonoisolamento del solaio ai rumori aerei sia di attenuare la trasmissione di rumori impattivi.

Correzione del tempo di riverberazione
Per contenere l'eccessiva riverberazione del suono in un'aula scolastica si applicano di solito materiali con diverse caratteristiche, in grado di far ottenere tempi di riverberazione adeguati sull'intero spettro di frequenze di interesse.
Di solito i trattamenti acustici in un'aula scolastica prevedono:
  • parete di fondo: applicazione pannelli fonoassorbenti
  • pareti laterali: applicazione pannelli fonoassorbenti
  • soffitto: applicazione controsoffitto con materiale fonoassorbente
  • soffitto: applicazione sopra la cattedra dell'insegnante di un pannello di materiale riflettente
Nelle figure seguenti sono schematizzati due possibili soluzioni di correzione acustica di un'aula scolastica.

FIG. 1 - Intervento di correzione acustica aula scolastica: possibili soluzioni
  • a. muro di fondo fonoassorbente
  • b. soffitto fonoriflettente
  • c. pavimento fonoassorbente
  • d. muri fonoriflettenti
  • e. soffitto fonoassorbente

Caso pratico: intervento di correzione acustica in un'aula di una scuola primaria
Geometria
L'esempio pratico presentato in questa sede è tratto dalla pubblicazione "Le soluzioni di progetto per la correzione acustica delle aule scolastiche" di Rockwool.
L'aula scolastica ha le seguenti caratteristiche geometriche:


FIG. 2 - Pianta aula scolastica e sez. A-A'

L'altezza netta dell'aula è di 4,24m e il volume netto di 255m3.

Caratteristiche generali dell'aula: materiali e arredi
Nell'aula è presente una porta in legno a doppio battente e una vetrata sulla parete con telaio in alluminio ubicata sul lato opposto.
Di seguito i materiali di rivestimento e gli arredi:
  • Vetri e serramenti: vetro singolo e serramento in alluminio
  • Porta: a doppio battente in legno
  • Intonaco liscio sul soffitto e sulle pareti
  • Pavimento con piastrelle
  • Arredi: 23 banchi con sedie
Coefficienti di assorbimento dei materiali/arredi
La valutazione del tempo di riverberazione di un ambiente è connessa alla geometria dell'ambiente e alle proprietà fonoassorbenti e fonoriflettenti dei materiali, degli arredi e delle persone presenti.
I coefficienti di assorbimento utilizzati per svolgere il calcolo previsionale dell'aula scolastica sono riassunti nella seguente tabella, insieme alle superfici sulle quali sono stati applicati:

Tipo materiale alfa [-] Superficie [m2] / num Collocazione
125 250 500 1000 2000 4000
piastrelle ceramica 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 60,2 pavimento
intonaco 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,06 115,9 pareti
vetri 0,2 0,14 0,07 0,05 0,03 0,02 14,0 pareti
porta 0,25 0,18 0,09 0,07 0,05 0,05 2,8 pareti
intonaco 0,02 0,03 0,04 0,04 0,05 0,06 60,2 soffitto
banchi e sedie scuola primaria 0,03 0,03 0,03 0,03 0,02 0 23 arredo
TAB.4 - Coefficienti di assorbimento alfa e materiali

ACUSTILOG possiede un archivio di caratteristiche fonoassorbenti molto ricco, comunque personalizzabile dall'utente:

FIG. 3 - Archivio generale elementi fonoassorbenti

I valori di fonoassorbimento riassunti nella TAB.4 sono stati registrati nell'archivio del programma per essere utilizzati nella modellazione previsionale dell'aula scolastica:

FIG. 4 - Archivio della relazione

Valutazione dello stato di fatto

Si è proceduto successivamente a modellare in ACUSTILOG l'aula scolastica con i suoi componenti per valutare il tempo di riverberazione dello stato di fatto, prima dell'intervento di correzione acustica.
L'aula scolastica è stata disegnata nell'ambiente grafico del software:

FIG. 5 - Modellazione grafica dell'aula scolastica

ed a ciascuna struttura sono state assegnate le proprietà fonoassorbenti:

FIG. 6 - Assegnazione alla vetrata delle proprietà fonoassorbenti

Una volta terminata la modellazione è stato eseguito il calcolo del tempo di riverbero alle varie frequenze, utilizzando la già commentata formula di Sabine; confrontando i risultati ottenuti con quanto richiesto dalla circolare richiamata dal D.P.C.M. 5/12/1997, appare evidente la necessità di intervenire con una correzione acustica che possa abbassare il tempo di riverbero medio al di sotto di 1,2s:

FIG. 7 - T60 dello stato di fatto e confronto con il valore massimo ammissibile

Intervento di correzione acustica

La correzione acustica implementata per abbassare la riverberazione dell'aula consiste nell'installazione di un controsoffitto fonoassorbente realizzato mediante un pannello acustico in lana di roccia di 600mm x 600mm, spessore 20mm e intercapedine circa 400mm. Le caratteristiche di fonoassorbimento del controsoffitto sono qui di seguito riportate:

Tipo materiale alfa [-] Superficie m2 Collocazione
125 250 500 1000 2000 4000
controsoffitto fonoassorbente 0,83 1 1 1 1 1 60,2 soffitto
TAB.5 - Coefficienti di assorbimento controsoffitto

Risultati finali
Infine, si è valutato con ACUSTILOG come il tempo di riverbero dell'aula scolastica venga modificato dall'applicazione del controsoffitto:

FIG. 8 - T60 dopo l'intervento e confronto con il valore massimo ammissibile

L'intervento di correzione acustica realizzato ha effettivamente abbassato il tempo di riverbero, ottenendo dei valori accettabili dal punto di vista della legislazione vigente.
ACUSTILOG è il software di calcolo previsionale che permette di calcolare il tempo di riverbero di un'aula scolastica e valutare l'efficacia di eventuali interventi di correzione acustica.