Acustica - Domande e risposte

TEPALL - II ANN ODOMANDE 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 a 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 direzione, 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.

Il suono è una perturbazione di pressione piuttosto regolare, mentre il rumore è caratterizzato da movimenti oscillatori con lunghezza e velocità irregolari. Il nostro orecchio riesce a percepire il rumore come una sensazione uditiva continua ma di qualità indeterminata. Il suono, invece, è costituito da uno o più toni puri con la stessa frequenza. Il rumore è composto da frequenze diverse con diversi livelli sonori. I suoni e i rumori possono essere 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.

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 è 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 p_eff = p_max/√2. La potenza sonora è l'energia sonora totale emessa dalla sorgente nell'unità di tempo. Viene espressa in W ed è un 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'intensità 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 un 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 si fa corrispondere il logaritmo del rapporto tra quello stesso valore e 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).

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 idealedinamica, 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 dell'asorgente caratterizzata dal livello sonoro più debole avrà un'influenza quasi nulla sull'livello sonoro complessivo, pertanto il suo contributo non sarà significativo e potrà essere trascurato: 74dB + 50dB=74dB6.

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 deriva che per le banda di ottava ogni frequenza di riferimento è doppia rispetto alla frequenza precedente, mentre per la scala a terzi di ottava il rapporto tra due frequenze di riferimento adiacenti vale ∛2. La frequenza centrale di una banda di ottava sarà pari a fc=√(fmin*fmax), la frequenza centrale di una banda di 1/3 di ottava sarà 3√(2*(fmax-fmin)). Per coprire lo spettro udibile (da 20Hz a 20KHz) sono sufficienti dieci bande d'ottava, con frequenza centrale normalizzata rispettivamente pari a 16 - 31.5 - 63 - 125 - 250 - 500 - 1000 -

inferiori a 16000 Hz. Le bande di frequenza sono divise in ottave, quindi ogni banda copre un intervallo di frequenza che è il doppio dell'intervallo della banda precedente.