DOMANDE E RISPOSTE
ACUSTICA
TEPALL - II ANN O
DOMANDE APERTE
1. Parametri caratteristici delle onde sonore: indicare quali sono, le relazioni tra di loro e le
unità di misura
I parametri caratteristici delle onde sonore sono la frequenza, la lunghezza d’onda e la
velocità del suono nel mezzo di propagazione.. La lunghezza d'onda (λ) di un'onda
periodica è la distanza tra due creste o fra due ventri della sua forma d’onda, misurata in
metri, ovvero la distanza tra due punti omologhi. Il periodo (T) è l’intervallo di tempo
impiegato nel passaggio tra due punti omologhi,, ma è preferibile fare riferimento alla
velocità del suono nel mezzo di propagazione (c), caratteristica per ogni materiale,
misurata in m/s. La frequenza (f) rappresenta il numero di oscillazioni sinusoidali
compiute in un secondo, misurate in Hertz [Hz], dove 1Hz è pari a 1s^-1, ovvero il
numero di volte in un periodo in cui si ha il passaggio dell’onda per lo stesso punto.
Tra i parametri sussistono varie relazioni: la frequenza (f) è l’inverso del periodo, f=1/T;
la lunghezza d’onda (λ) è inversamente proporzionale alla frequenza (f) e direttamente
proporzionale alla velocità del suono nel mezzo di propagazione (c), secondo la
relazione λ=c/f e può pertanto essere definita anche dalla relazione λ=cT; il periodo T è
inversamente proporzionale alla frequenza, secondo la relazione T=2π/ω con ω=2πf.
2. Quali sono i parametri da cui dipende il suono? Che differenza c'è tra suono e rumore?
I parametri che caratterizzano il suono sono: altezza, intensità, timbro e durata.
L’altezza, legata alla frequenza (=velocità di vibrazione, numero di vibrazioni prodotte
in un secondo), è la proprietà per cui un suono può essere più o meno grave (o basso) o
più o meno acuto (o alto). La dimensione e la tensione del corpo vibrante influiscono
sulla frequenza e quindi anche sull’altezza: maggiore è la tensione tanto più acuto sarà il
suono, e viceversa. L’intensità, legata alla potenza sonora della sorgente e dipendente
dalla distanza tra sorgente e ricevente, nonché dall’ampiezza delle vibrazioni, è la
proprietà per cui un suono è più o meno forte o più o meno piano. L’energia con cui si
sollecita il corpo vibrante influisce sull’ampiezza e quindi sull’intensità,. Il timbro è la
proprietà per cui un suono è percepito di diversa qualità a seconda della fonte sonora
che lo emette e dal modo in cui è messo in vibrazione il corpo vibrante. Il timbro
dipende dalla forma delle vibrazioni, che sua volta è influenzata dalla forma e dal
materiale di cui è costituito il corpo vibrante e dal modo in cui esso viene sollecitato. In
funzione della durata, un suono può altresì essere lungo o corto.
Un suono può essere altresì caratterizzato da alcune grandezze fisiche, quali la
frequenza e la lunghezza d’onda, la velocità di propagazione della variazione di
pressione (o velocità del suono) e dalla pressione sonora. I parametri energetici di
riferimento sono potenza sonora W, dall’intensità sonora I e la densità sonora D. La
potenza sonora è l’energia emessa dalla sorgente nell’unità di tempo, espressa in W.
L’intensità sonora è la potenza sonora per unità di superficie nella zona di ricezione,
espressa in W/m^2. La densità sonora è l’energia per unità di volume nella zona di
ricezione, in J/m^3.
Sebbene un rumore sia sostanzialmente un suono, ciò che li differenzia è la regolarità
della perturbazione: l’acustica indica una differenza tra suono e rumore basata
sull’analisi delle onde. In un rumore i movimenti oscillatori sono caratterizzati da
lunghezza e velocità irregolari, che il nostro orecchio riesce a percepire come una
sensazione uditiva continua ma di qualità indeterminata, mentre il suono è una
perturbazione di pressione piuttosto regolare. Il suono quindi è costituito da uno o più
toni puri (=stessa frequenza), mentre il rumore da frequenze diverse con diversi livelli
sonori. Entrambi vengono distinti in aerei se derivano da una sorgente che irradia la
sua energia nell’aria circostante o impattivi se l’energia sonora della sorgente si
propaga per via solida.
3. Definizione e significato di intensità, potenza e pressione sonora.
L’intensità sonora è il flusso di energia sonora trasmesso in una direzione attraverso
un’area unitaria normale alla direzione stessa. Viene definita anche come potenza per
unità di superficie nella zona di ricezione ed espressa in W/m^2. L’intensità diminuisce
al crescere della distanza dalla sorgente.
La pressione sonora è la variazione di pressione prodotta dal fenomeno sonoro
rispetto al valore di quiete. La pressione sonora misura il livello di rumorosità percepito
dal nostro orecchio, pertanto si può caratterizzare considerandone il valore efficace
impiegando il cosiddetto valore RMS (o valore quadratico medio), che nel caso
dell’andamento sinusoidale è peff=pmax/√2.
La potenza sonora è l’energia sonora totale emessa dalla sorgente nell’unità di tempo.
Viene espressa in W ed è uun descrittore univoco di una sorgente sonora, pertanto è
una quantità oggettiva indipendente dall’ambiente in cui la sorgente è posta.
4. Livelli sonori: definizione della scala dei livelli sonori, range di valori.
La sensazione prodotta dal suono sull’orecchio umano dipende dalla variazione
percentuale della grandezza fisica che sollecita l’orecchio, secondo la relazione
Δ(sensazione)=Δ(grandezza fisica)/grandezza fisica. Se alla sensazione si associa il
concetto di “livello”, integrando l’equazione si ottiene la relazione L-Lrif=In(grandezza
fisica/grandezza fisica di riferimento). Se come grandezza fisica si considera
l’intensinsità acustica J, il livello sonoro di intensità è LJ=10LOG(J/Jrif) dove
Jrif=10^-12 [w/m^2], ovvero il valore associato alla pressione efficace di 2(10^-5)
[Pa] che corrisponde alla soglia di udibilità. Se come grandezza fisica si considera la
potenza sonora W, il livello di potenza sonora Lw=10LOG(W/W0) dove W0=10^-12.
Se come grandezza fisica si considera la pressione di un suono p, il livello di pressione
sonora(Lp) o intensità sonora(LI)=10LOG(P^2eff/p^2effrif) con
P^2effrif=2(10^-5)[Pa] che corrisponde alla soglia di udibilità.
L'unità di misura dei livelli sonori è il Decibel [dB]: poiché il suono più debole che
l’orecchio umano è in grado di percepire è assimilabile ad una pressione pari a
2(10^-5)[Pa] (=20 milionesimi di Pascal) e poiché esso riesce a tollerare pressioni
sonore fino a un milione di volte più elevate, misurare il suono in Pascal comporterebbe
notevoli difficoltà. Pertanto, poiché la percezione sensoriale umana reagisce con
incremento di tipo logaritmico all’aumento dell’intensità dello stimolo fisico, si utilizza
la scala logaritmica in decibel [dB] che mette in rapporto la pressione sonora effettiva
con quella corrispondente alla soglia uditiva, permettendo una misura ottimale della
percezione umana del volume sonoro. Al valore della grandezza fisica in esame di fa
corrispondere il logaritmo del rapporto tra quello stesso valore ed un valore prefissato
di riferimento: se il bel è il LOG(10) di un rapporto tra grandezze omogenee A e B, il
decibel è 10LOG(A/B)
Si ottiene una scala con un range da 0 a circa 140, dove 0 è la soglia udibile e 120 la
soglia del dolore, con un evidente riduzione del campo di variabilità, e quindi ideale
dinamica, che diviene più semplice da gestire in fase di calcolo e più facilmente
comparabile.
5. Come si sommano i livelli di potenza sonora? Se due livelli di potenza sonora sono uguali
quanto vale la somma tra i due? Se la differenza tra due livelli sonori è superiore a 10 dB, è
possibile stimare indicativamente il valore raggiunto dalla somma tra i due?
La somma di due livelli di potenza sonora avviene secondo la relazione
Ltot=10Log(Σ10^Lw[dB]/10). Esempio: Lw1=94dB, Lw2=96dB, Lw2=98dB Ltot =
10*Log(10^9,4+10^9,6+10^9,8) = 101.1 dB
Nel caso in cui ci si trovi a sommare due livelli di potenza sonora uguali, la somma tra i
due sarà pari al valore espresso in decibel incrementato di 3dB: 74dB+74dB = 77 dB.
Qualora la differenza tra i due livelli sonori sia maggiore di 10dB, il contributo della
sorgente caratterizzata dal livello sonoro più debole avrà un'influenza quasi nulla sul
livello sonoro complessivo, pertanto il suo contributo non sarà significativo e potrà
essere trascurato: 74dB + 50dB=74dB
6. Come sono caratterizzate le bande di ottava? (Freq centrale, Freq limite, relazioni tra loro,
osservazioni sugli intervalli di frequenza)
I suoni o rumori sono vibrazioni periodiche complesse e pertanto possono essere
scomposte in vibrazioni sinusoidali elementari, secondo il teorema di Fourier, al fine di
ottenere lo spettro sonoro, riportando nel grafico i livelli sonori in funzione della
frequenza. Si è soliti costruire lo spettro del rumore suddividendo le frequenze
acustiche in gruppi, detti bande, e per ogni gruppo viene misurata la pressione sonora
escludendo le frequenze estranee alla banda: il valore di livello di ciascuna banda è dato
dalla somma energetica di tutte le componenti sinusoidali che hanno frequenze
comprese negli estremi della banda.
I gruppi più comuni sono a banda di ottava e terzi di ottava (sottomultipla),
caratterizzati da un’ampiezza percentuale costante dove ogni banda è il doppio della
precedente ed il rapporto tra l’ampiezza della banda e la frequenza centrale (=di
riferimento) di banda è fisso, pari a √2 per banda di ottava e 1/3√2 per banda di terzi di
ottava. Ne
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