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Pannelli diffrattori

Nel vasto panorama dei pannelli acustici i pannelli diffrattori, sono una recente ed innovativa introduzione commerciale e possono essere considerati quali valida alternativa ai tradizionali pannelli fonoassorbenti in tessuto e alla gamma dei microforati in legno e metallo.
Conosciuti da molti anni tra gli audiofili e tra i progettisti di ambienti a destinazione musicale ed oggi disponibili in più semplificate versioni per il mercato civile, possono essere di notevole interesse in ambito architettonico anche in considerazione della loro spiccata caratterizzazione estetica.
I pannelli diffrattori non sfruttano i principi acustici del fonoassorbimento, ma bensì della diffrazione acustica, ossia prevedono la “rottura” del fronte d’onda acustica incidente.
Questo aspetto risulta ben evidente nella forma “spigolosa” dei diffrattori che ricordano i frangiflutti in riva al mare.
In pratica i pannelli diffrattori frazionano la lunghezza d’onda sonora incidente e ne modificano la direzionalità di riflessione.
Questi pannelli producono un notevole beneficio acustico riducendo la presenza di onde stazionarie tipica degli ambienti confinati e dando maggior ampiezza e spazialità al suono percepito, risultano pertanto particolarmente indicati per ambienti con destinazione musicale.

APPROFONDIMENTI DIFFRAZIONE
Il fenomeno della diffrazione acustica al pari di quella ottica si possono così spiegare: La diffrazione si incontra per esempio ogni qual volta, la luce incontra un ostacolo o un’apertura di dimensioni paragonabili alla sua lunghezza d’onda. L’effetto della diffrazione è quello di allargare il fascio di luce originario dando origine a figure di interferenza caratterizzate da una serie di massimi di intensità luminosa decrescente (massimo principale e massimi secondari); i massimi sono alternati ai minimi.
Qualunque deviazione di un raggio di luce o sonoro non imputabile ai fenomeni di riflessione o di rifrazione è chiamato generalmente “diffrazione” ovvero “frazionamento in più parti”. La diffrazione è un fenomeno della fisica al pari della riflessione, della rifrazione, della diffusione, e dell’interferenza, associato alla deviazione della traiettoria di propagazione delle onde, ovvero al fenomeno per cui un’onda acustica o elettromagnetica, dopo aver attraversato un corpo, risulta deviata, propagandosi secondo una direzione diversa da quella prevista dalla legge della propagazione rettilinea.
In particolare si può dire che il fronte d’onda incidente quando incontra un passaggio tra due corpi, risulta tagliato dai bordi dei corpi stessi e la parte del fronte d’onda contigua a ciascun bordo si piega attorno al bordo stesso dando così origine ad una perturbazione continua. In tal modo è come se l’ostacolo diventasse a sua volta una sorgente, anche se fittizia, di un’onda asimmetria cilindrica che si sovrappone tanto all’onda trasmessa secondo le leggi dell’ottica geometrica, quanto all’altra onda di bordo.
Tale fenomeno è presente in ogni genere di onda da quelle elettromagnetiche alle onde radio ed ovviamente anche nelle onde sonore, ma si verifica anche, quando la materia mostra proprietà ondulatorie, in accordo con la dualità onda-materia.
La diffrazione provoca degli effetti che risultano decisamente più rilevanti, quando la lunghezza d’onda è comparabile con la dimensione dell’ostacolo.
Nel fenomeno della diffrazione (ed in particolare in quella ottica) si possono distinguere due casi, ovvero un primo caso generale, rappresentato da una sorgente posta ad una distanza finita dalla fessura (chiamata diffrazione di Fresnel), e da un’altra che può essere considerata un caso particolare della precedente, dove la sorgente è posta ad una distanza che può essere considerata infinita, rispetto alla fessura (diffrazione di Fraunhofer).
Le caratteristiche principali della diffrazione sono le seguenti:
La larghezza del massimo centrale della figura di diffrazione, della fenditura singola, è doppia delle frange laterali;
La larghezza è inversamente proporzionale all’ampiezza della fenditura: a fessure molto piccole corrispondono frange di diffrazione molto larghe e viceversa.
Gli angoli sotto cui le frange sono viste, non dipendono dalla scala dell’esperimento, ma solo dal rapporto tra la lunghezza d’onda e l’ampiezza della fenditura.
In qualunque fenomeno di Fresnel, un ostacolo simmetrico presenta sempre luce al centro dell’ombra (è il tipico caso della “macchia di Poisson”).
Fenomeni di diffrazione analoghi a quelli della luce si hanno anche nella propagazione di onde elastiche (per es., onde trasversali e longitudinali in mezzi solidi, onde superficiali nei liquidi, onde sonore nell’aria); grazie alla relativamente grande, lunghezza d’onda, tali fenomeni sono in genere più cospicui e più facilmente osservabili rispetto a quelli della luce. Alla diffrazione è dovuta, per es., sia la rotazione delle onde marine intorno alle opere di protezione dei porti (onda), sia il contornare gli ostacoli da parte dei suoni, tanto più facilmente quanto più piccoli sono gli ostacoli e più gravi i suoni ecc.
Cosa succede se un'onda incontra un ostacolo le cui dimensioni trasversali (cioè perpendicolari alla direzione di propagazione dell'onda) diventano confrontabili (o inferiori) con la lunghezza dell'onda incidente?
Le esperienze lasciano pochi dubbi: quando le dimensioni dell'ostacolo sono minori della lunghezza d'onda, dell'onda incidente, quest'ultima prosegue quasi imperturbata come se non "avesse visto" il corpo!
La condizione di diffrazione è naturalmente relativa: onde che si diffrangono su determinati ostacoli non fanno altrettanto se la loro lunghezza d'onda è molto minore delle dimensioni dell'ostacolo.
È il caso di sottolineare infine che quando le condizioni di diffrazione non sono soddisfatte (cioè quando le dimensioni dell'ostacolo sono molto maggiori della lunghezza d'onda dell'onda incidente) otteniamo un fenomeno ben noto: l'onda non è in grado di aggirare l'ostacolo e quindi si crea, oltre l'ostacolo, una "zona d'ombra" non raggiunta dall'energia trasportata dall'onda.
Per analizzare il modo di propagazione delle onde, si può utilizzare quello che in fisica è chiamato principio di Huygens – Fresnel o più semplicemente principio di Huygens.
Tale principio, risulta decisamente utile, in quanto permette di determinare direttamente il fronte d’onda ad un certo istante, una volta noto quello di un qualsiasi istante precedente (o successivo).
La figura di interferenza, prodotta dall’inviluppo delle onde sferiche secondarie, è calcolabile sia quando l’onda si propaga liberamente, sia quando viene limitata da un ostacolo impenetrabile ed è pertanto utilizzabile nella determinazione degli effetti di diffrazione prodotti da uno schermo su una radiazione.
L’enunciato del principio di Huygens dice che data una sorgente (S) generante un'onda sferica nello spazio, ogni punto del fronte d'onda primario si comporta come sorgente secondaria generando altre onde con le stesse caratteristiche dell'onda primaria (lunghezza d'onda, frequenza, velocità); la sovrapposizione di queste onde secondarie genera altri fronti d'onda, detti secondari che a loro volta ne produrranno degli altri determinando l'espansione dell'onda.
Secondo il principio di Huygens l’onda che passa attraverso la fenditura è assimilabile ad un gran numero di sorgenti puntiformi. Senza entrare nei dettagli si capisce facilmente che lungo l’asse della fenditura tutte interferiscono costruttivamente dando luogo al massimo centrale che abbiamo già introdotto in precedenza in merito alle caratteristiche della diffrazione.
Per capire meglio, il primo massimo si ottiene con un angolo Φ = 0 mentre gli altri massimi dovranno trovarsi tra un minimo ed il suo successivo, ecco chiarita anche l’alternanza tra massimi e minimi, trattata nella fase introduttiva.
Anche il calcolo dell’intensità dei vari massimi, è facilmente comprensibile, in quanto, ad eccezione del massimo centrale, in cui tutte le sorgenti interferiscono in modo costruttivo, man mano che ci si sposta verso massimi di ordine superiore, l’intensità diminuisce drasticamente a causa di tutta una serie di interferenze distruttive. Si capisce di conseguenza che in presenza di una fenditura sufficientemente larga, un massimo di ordine grande abbastanza da avere intensità trascurabile si ottiene già con un angolo molto piccolo così da far praticamente scomparire il fenomeno della diffrazione.
Il fenomeno della diffrazione sonora gioca un ruolo di fondamentale importanza nella progettazione di ambienti chiusi dotati di una "buona acustica".