Room acoustic design in pandemic. The case study of a classroom to improve sound quality and safety conditions during Covid-19

Speech comprehension in school environments must take place in condi- tions of minimal fatigue. The limitation of internal and external noise is the necessary prerequisite to have a voice signal that is more energetic than noise. However, it is essential to check the acoustic characteristics of the environment and in particular the reverberation of the sound. But what about the speech quality during a pandemic? This thesis aims to demonstrate if restrictions due to the legislation to contain the spread of Covid-19 in schools actually effect the grade of speech comprehension in classrooms, and if so, how to improve it. The study started trying to understand the directivity of human voice. The research led to discover the polar patterns of different vocal sounds (i.e. vocal, consonant and fricatives), which had an important role for the positioning of the sound source in the CATT-Acoustic model, which in our case is represented by the teacher. The second step was the building of the CAD model of the classroom, by following the respective safety regulations, which was implemented thanks to Sketchup and exported to CATT-Acoustic via third party plugin (SU2CATT). Five different models have been cre- ated, each one with a different purpose. The starting model was the "Not Acoustically treated" model, which allowed to have a starting point and to verify, through comparisons, that the acoustic treatment was effi- cient. The "AIA Standard, unoccupied" model aimed to set the optimal absorption coefficients of an empty classroom in order to obtain a suit- able Reverberation Time, according to the AIA guidelines, while the "AIA Standard, occupied" one takes into consideration the case of the occupied classroom, in order to compare the Acoustic Quality Indicators in the two cases. These three models share the same workstation layout, which is a standard arrangement, consisting of 4 rows of pairs of desks divided into 3 columns for a total of 24 students, forming a "matrix". The last mod- els, the "Covid-19 Standard" and the "Covid-19 Standard Theater" ones, take into account the ministerial regulations relating to the guidelines for the protection of health and safety for the containment of the spread of Covid-19 in schools. For this purpose an arbitrary arrangement of the desks to meet the regulations has been adopted, but also to favor more efficient acoustics. In these two models the workstations have the same planar coordinates, but different heights. Both the acoustic treatment and the proper arrangement of the students contributed significantly to the acoustic improvement of the class.

La comprensione del parlato negli ambienti scolastici deve avvenire in condizioni di minimo affaticamento. La limitazione del rumore interno ed esterno è il presupposto necessario per avere un segnale vocale che sia più energico del rumore. Tuttavia, è fondamentale controllare le caratter- istiche acustiche dell’ambiente e in particolare il riverbero del suono. Ma cosa sappiamo riguardo la qualità del parlato durante una pandemia? Questa tesi ha lo scopo di dimostrare se le restrizioni dovute alla leg- islazione per contenere la diffusione del Covid-19 nelle scuole effettiva- mente influenzano il grado di comprensione del parlato nelle classi e, in tal caso, come migliorarlo. Lo studio è iniziato cercando di comprendere la direttività della voce umana. La ricerca ha portato a scoprire i pattern polari di diversi suoni (come vocali, consonanti), che hanno avuto un ruolo importante per il posizionamento della sorgente sonora nel mod- ello, che nel nostro caso è rappresentata dall’insegnante. Il secondo passo è stato la costruzione del modello CAD dell’aula, seguendo le rispettive norme di sicurezza, implementato su Sketchup ed esportato in CATT- Acoustic tramite un plugin di terze parti (SU2CATT). Sono stati creati cinque diversi modelli, ognuno con uno scopo diverso. Il modello iniziale è stato il modello "Not Acoustically treated", che ha permesso di avere un punto di partenza e di verificare l’efficacia del trattamento acustico. Il modello "AIA Standard, unoccupied" mirava a impostare i coefficienti di assorbimento ottimali di un’aula vuota al fine di ottenere un adeguato Tempo di Riverbero, mentre quello "AIA Standard, occupied" prende in considerazione il caso della medesima classe, ma occupata, in modo da poter confrontare gli Indicatori di qualità acustica nei due casi. Questi tre modelli condividono la stessa disposizione della postazione di lavoro, che è una disposizione standard, composta da 4 file di coppie di banchi divise in 3 colonne per un totale di 24 studenti, formando una "matrice". Gli ultimi modelli creati, quello “Covid-19 Standard” e quello “Covid-19 Standard Theater”, tengono conto delle normative ministeriali relative alle linee guida per il contenimento della diffusione del Covid-19 nelle scuole. A tal fine si è deciso di adottare una disposizione arbitraria dei banchi per rispettare le normative, ma anche per favorire un’acustica più efficiente. In questi due modelli le posizioni dei banchi hanno le stesse coordinate planari, ma diverse altezze. Sia il trattamento acustico che la corretta disposizione degli studenti hanno contribuito in modo significa- tivo al miglioramento acustico della classe.