NoiseMesh: acoustic shape optimization of textile facades for urban noise reduction and enhanced indoor environmental quality

A building encompasses over 80% of daily human activities, making the quality of its indoor environment crucial for occupants’ health, productivity, and comfort. Despite its significant impact, the acoustic component of indoor comfort is often prioritized the least among the four main criteria. Rapid urbanization has greatly amplified the urban soundscape in recent years, directly affecting occupants’ well-being due to the limited sound insulation of existing building stock. Hence, there is an urgent need to fortify building facades against noise intrusion, particularly in sensitive environments like hospitals, schools, and libraries catering to vulnerable populations. While incorporating sound insulation is relatively straightforward in new constructions, innovative solutions are required for pre-existing structures. After evaluating various envelope retrofit methodologies, the option with the least invasive, lightweight, and fast assembly approach through the use of double skin facades was chosen for further examination. The noise reduction capabilities of tensile facades were further studied by verifying the acoustic response of over 20 experimented geometries developed through computational design, in increasing order of complexity. Performance-based design solutions utilizing SurfaceRay Tracing and Pachyderm for Grasshopper were employed to evaluate sound absorption, transmission, and reflection criteria for each shape. The results from this step were combined with a tensile material with high sound absorbing properties to generate an optimized geometry with the highest noise reduction. The final solution which was originally intended to be implemented for retrofit procedures can also be adopted as a base geometry with personal improvisations for new constructions to tackle urban noise problem. The resulting optimized tensile facade was tested over the Library envelope of Politecnico di Milano to verify its noise attenuation performance by structurally adapting to the physical context. Moreover, the structure is designed for disassembly, encouraging its reuse throughout its lifespan. This not only serves as a pragmatic acoustic solution but also aligns with principles of sustainability and efficient resource utilization.

Un edificio comprende oltre l’80% delle attività umane quotidiane, rendendo la qualità dell’ambiente interno cruciale per la salute, la produttività e il comfort degli occupanti. Nonostante il suo impatto significativo, la componente acustica del comfort interno è spesso l’ultima tra i quattro criteri principali. Negli ultimi anni la rapida urbanizzazione ha notevolmente amplificato il paesaggio sonoro urbano, influenzando direttamente il benessere degli occupanti a causa del limitato isolamento acustico del patrimonio edilizio esistente. Pertanto, esiste un’urgente necessità di fortificare le facciate degli edifici contro l’intrusione di rumore, in particolare in ambienti sensibili come ospedali, scuole e biblioteche che si rivolgono alle popolazioni vulnerabili. Mentre l’integrazione dell’isolamento acustico è relativamente semplice nelle nuove costruzioni, per le strutture preesistenti sono necessarie soluzioni innovative. Dopo aver valutato varie metodologie di retrofit dell'involucro, per un ulteriore esame è stata scelta l'opzione con l'approccio di assemblaggio meno invasivo, leggero e veloce attraverso l'uso di facciate a doppia pelle. Le capacità di riduzione del rumore delle facciate tensologiche sono state ulteriormente studiate verificando la risposta acustica di oltre 20 geometrie sperimentate sviluppate attraverso la progettazione computazionale, a livelli crescenti di complessità. Sono state impiegate soluzioni di progettazione basate sulle prestazioni che utilizzano SurfaceRay Tracing e Pachyderm per Grasshopper per valutare i criteri di assorbimento, trasmissione e riflessione del suono per ciascuna forma. I risultati di questa fase sono stati combinati con un materiale tensile con elevate proprietà fonoassorbenti per generare una geometria ottimizzata con la massima riduzione del rumore. La soluzione finale, originariamente prevista per le procedure di ristrutturazione, può essere adottata anche come geometria di base con improvvisazioni personali per nuove costruzioni per affrontare il problema del rumore urbano. La facciata tensologica ottimizzata risultante è stata testata sull'involucro della Biblioteca del Politecnico di Milano per verificarne le prestazioni di attenuazione del rumore adattandosi strutturalmente al contesto fisico. Inoltre, la struttura è progettata per lo smontaggio, favorendone il riutilizzo per tutta la sua vita. Ciò non serve solo come soluzione acustica pragmatica, ma si allinea anche ai principi di sostenibilità e di utilizzo efficiente delle risorse.