Acustica

ANALISI DI FREQUENZA

L'obiettivo dell'analisi in frequenza è quello di definire il contenuto di un suono complesso che

contiene componenti a diverse frequenze anche variabili istantaneamente. L'orecchio umano non

percepisce tutte le frequenze allo stesso modo e quindi siamo interessati a valutare la

distribuzione del suono alle varie frequenze.

Per l'analisi acustica di un suono si utilizza un diagramma denominato spettrogramma dove in

ordinata vengono riportati i livelli L in decibel e in ascissa vengono riportate le frequenze centrali

P

di banda normalizzate. 5

Banda di ottava: intervallo di frequenza compreso tra due valori che stanno in rapporto 1/2 ,

ovvero il valore superiore è il doppio del valore inferiore.

Terzo di banda: intervallo di frequenza i cui valori estremi stanno in rapporto 1/3.

VOCE

La nostra voce è una sorgente sonora che ci da la

possibilità di comunicare; quando si parla si riproduce

una serie di emissioni sonore con caratteristiche

spettrali dipendenti dalla configurazione del nostro

apparato vocale.

All'interno della nostra voce le frequenze coincidono

con le vibrazioni delle corde vocali e vanno dai 50 ai 350

Hz, inoltre abbiamo anche delle armoniche che arrivano

a frequenze di 3.5 kHz.

Dal grafico frequenza – livello di potenza sonora si

osserva che 32 dB circa rappresenta la frequenza

massima.

Uno studioso ha provato che è importante oltretutto la direttività della voce che coinvolge il

fronte, il laterale e il dietro alle spalle (alle spalle ho il livello sonoro più basso) quindi quando parlo

la voce coinvolge a 360° tutti.

PERCEZIONE DEL SUONO E CURVE ISOFONICHE

Le curve isofoniche: nonostante l'orecchio

umano sia in grado di percepire tutte le

frequenze comprese tra 20 e 20000 Hz, non

risulta sensibile allo stesso modo a suoni di

frequenza diversa; come si vede in figura

abbiamo una famiglia di curve che vanno a

costituire il cosiddetto audiogramma normale

ed è un grafico molto importante in quanto ci

dice come l'orecchio umano reagisce alle

varie frequenze in termini di intensità sonora

percepita.

Per costruire l'audiogramma normale

vengono effettuati degli esperimenti su un

campione di persone e la prova si svolge così:

al soggetto viene fatto ascoltare un tono puro

di 1000 Hz (detto tono di riferimento) con un

prefissato livello di pressione sonora e un

tono puro a frequenza diversa fintanto che non giudica ugualmente intensi i due suoni. Ripetendo

questo confronto a frequenze diverse si ottengono una serie di punti che vengono poi interpolati

fino a costruire tutta una serie di curve chiamate appunto isofoniche.

Supponiamo di prendere sul grafico la curva corrispondente a 80 phon e seguiamocela tutta a

partire dalle basse frequenze fino ad arrivare alle alte frequenze: notiamo che a 20 Hz è necessario

produrre una pressione sonora di 118 dB e questo mostra come l'orecchio abbia una minore

sensibilità alle basse frequenze, mentre scorrendo verso le alte frequenze vediamo che affinché

l'orecchio percepisca sempre la stessa intensità sonora sono necessari livelli di pressione sonora

più bassi. La curva isofonica più bassa di tutte è detta soglia di udibilità mentre quella

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corrispondente a 120 phon è detta soglia del dolore.

CURVE DI PONDERAZIONE DI FREQUENZA

Nel misuratore di livello sonoro il segnale passa da un trasduttore microfonico, poi ad un

amplificatore e infine giunge in una batteria dove si hanno quattro reti filtranti A, B, C, D.

A è la più utilizzata perché si valuta il

disturbo che abbiamo in esposizione ad

una sorgente rumorosa e poi perché in

caso di rumori a larga banda (cioè non

esistono componenti tonali predominanti)

ci dà i valori di livello sonoro e il livello di

disturbo che associamo al rumore mentre

la C viene usata in particolar modo per

valutare suoni molto forti o a frequenze

molto basse.

Per caratterizzare i suoni ci rifacciamo

anche a due parametri:

- altezza tonale cioè un parametro che dipende dalla frequenza e può dipendere anche dal

livello di pressione sonora

- timbro che è un parametro soggettivo che ha a che fare con i toni del nostro quotidiano.

PERCEZIONE DEL SUONO

Come si osserva dal grafico la soglia

inferiore e superiore sono determinate

sulla base della risposta di un certo numero

di soggetti; si fa variare il livello di intensità

sonora fino a quando questi avvertono

l'inizio della percezione sonora (curva in

basso) e analogamente altra curva ricavata

con prove soggettive fino a quando i

soggetti ci danno indicazione su quando

avvertono fastidio o dolore è la curva in

alto che è più piatta della precedente.

Tutti i punti che stanno tra le due curve si

trovano nella regione che costituisce il

campo di udibilità normale.

PROPAGAZIONE SONORA

Per ogni tipo di sorgente si differenziano:

- ambienti esterni (quindi siamo in campo libero e abbiamo a che fare con rumori dovuti al

traffico veicolare, aereo e ferroviario).

o traffico stradale, per valutarne il disturbo si tiene conto del contributo dell'energia

media percepita rispetto ai valori della potenza istantanea, quindi si definisce un

livello sonoro equivalente che è un livello stazionario che ha il compito nel Δt

considerato di rappresentare quella stessa energia del rumore del livello che stiamo

analizzando.

Oltre a dipendere dal livello sonoro equivalente dipende anche dalle fluttuazioni (in

termini di durata delle stesse) NPL.

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o variabilità di rumore (come ad esempio il traffico fluente su un viale) ci riferiamo al

TNI traffic noise index.

o traffico aereo, si tiene infine conto di un livello sonoro percepito LPL in caso di che

interessa zone limitate ma raggiunge livelli sonori elevati.

- ambienti interni (e quindi si ha a che fare con rumori dovuti a calpestio , apparecchi radio ,

impianti di condizionamento).

PROPAGAZIONE SONORA IN AMBIENTE ESTERNO

In campo libero si ha un'attenuazione allontanando il ricevitore dalla sorgente (attenuazione base)

a cui si possono aggiungere ulteriori attenuazioni determinate da condizioni ambientali.

Il livello di pressione sonora sarà perciò funzione di tre parametri:

= + −

Vale quindi la seguente relazione:

 se siamo in presenza di propagazione sferica si calcola come

 se l'onda è cilindrica si calcola come

= 10() + 8

Le onde quando si propagano in un mezzo cedono una parte di energia che è tanto più alta quanto

è più alta la frequenza del suono e la distanza tra sorgente e osservatore

= ( ) / 1000

Α= coefficiente di assorbimento atmosferico misurato in dB/km (alla frequenza centrale di ogni

banda di ottava)

r= distanza tra sorgente e ricevitore misurata in mt.

A : Le proprietà del suolo vengono riferite al parametro G che assume valori diversi a seconda

ground

della consistenza del suolo:

- G = 0 significa suolo rigido ed è paragonato ad una lastra di ghiaccio, pavimento in

calcestruzzo o comunque a materiali con bassa porosità

- G = 1 significa materiali con alta porosità per esempio un prato

- G compreso tra 0 e 1 significa terreno misto e in questo caso G corrisponde alla frazione

porosa

Se voglio calcolare l'attenuazione sonora dovuta al suolo:

= + +

As: componente di attenuazione della sorgente

Ar: componente di attenuazione del ricevitore 8

Am: componente di attenuazione intermedia tra le due

Questi valori sono tutti tabellati in normativa all'interno di una certa banda di ottava.

A : è dovuta alla propagazione di onde sonore attraverso:

screen

- insediamenti industriali (A ): si può presentare attenuazione che può aumentare in modo

side

proporzionale con l'aumentare della vicinanza alla sorgente e viene valutato sulla base di

una sfera avente raggio 5 km. Il valore massimo di attenuazione è di 10 dB in caso di

insediamenti industriali.

- fogliame (A ): se il fogliame è molto fitto oppure se vicino alla sorgente o al ricevitore

fol

l'attenuazione è elevata

- complessi residenziali (A ): si considerano due contributi:

house

o = 0.1

ℎ1

B = densità degli edifici presenti nel percorso che l'onda sonora compie ed è uguale

all'altezza totale rapportata alla superficie totale

db = lunghezza in mt che l'onda compie attraverso il suo percorso

o = −10 [(1 − ) / 100]

ℎ2

P = percentuale della lunghezza delle facciate rispetto al tratto lineare su cui gli

edifici sono installati e deve avere un valore minore del 90 %

Si considera solo se il suo valore è minore o uguale della perdita in termini di

attenuazione che ci sarebbe se inserissimo un edificio fittizio le cui dimensioni sono

una media delle dimensioni dei tutti che consideriamo.

METODO DELLE SORGENTI IMMAGINE

Presa in considerazione una sorgente sonora omnidirezionale S andiamo a collocarla in un

ambiente chiuso dove all'interno abbiamo anche il ricevitore R che dista r da S.

Abbiamo già detto che il suono emesso da S raggiunge R:

- in modo diretto

- attraverso successive riflessioni che avvengono

contro le pareti dell'ambiente

Il raggio sonoro che si riflette contro una parete

percorre naturalmente un percorso maggiore

rispetto al suono che raggiunge il ricevitore in

modo diretto. Nel caso in cui il suono venga

riflesso una sola volta (riflessione di primo

ordine), il percorso di cui parlavamo sopra è per costruzione geometrica quello che

percorrerebbe l'onda sonora se provenisse da una sorgente S' speculare della S ribaltata

attorno alla parete di riflessione. Analoga situazione se siamo in presenza di una riflessione

di secondo ordine.

In questo metodo nel calcolo del livello di pressione sonota (L ) che raggiunge il ricevitore si tiene

p

conto:

- livello di pressione dovuto alla propagazione diretta da sorgente a ricevitore (L )

pd

- livello di pressione dovuto alle onde riflesse dalla i-esima superficie riflettente (L ) con

pri

coefficiente di assorbimento α.

o se un suolo ha α =1: suolo è rigido e determina un incremento della pressione

sonora pari a 3 dB

o se un suolo ha α =0: terreno morbido e questo non comporta nessun tipo di effetto.

Nella realtà abbiamo più tipi di onde: 9

- dirette

- riflesse

- di terra

PROPAGAZIONE DEL SUONO IN AMBIENTI CHIUSI