(4/5) Fisica tecnica ambientale: Acustica e propagazione del suono

ACUSTICA

Grandezze acustiche fondamentali - Campi sonori: propagazione del suono

Suono: Perturbazione di carattere oscillatorio che si propaga in un mezzo elastico. Di frequenza tale da essere percepita dall’orecchio umano.

Campo di udibilità: 20 - 20000 Hz = frequenze20 Hz = INFRSUONI20000 Hz = ULTRASUONI

3 cm - 3 m = λ

10^-12 W -1 W = potenza uditiva

Campo sonoro:

• Fonte sonora: corpo vibrante che trasmette al mezzo elastico
• Sorgente vibrante

Prop.: Si comporta come un mezzo elastico

• avente energia, non massa
• non genera spostamento di particelle; il particella resta sospesa protendendo attorno al suo punto di equilibrio generando zone di compressione e rarefazione

Spostamento:segue legge sinusoidale

Una oscillazione(f = n° oscillazioni al secondo) vibrante

λ = C T (con C = 340 m/s)λ = C/f con T = 1/f

Pressione acustica

percepita dall'orecchio

Δp(t) = p(t) - ps (Pa)

Intensità acustica

potenza trasportata dall'onda che attraversa l'unità di superficie di propagazione

J = W/S

• Unità di superficie perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda

Densità energetica

Energia sonora contenuta in un'unità di volume

D = E/V

Unità di volume

Propagazione del suono avviene in onde

• Sferiche (sorgente piccola pulsante) + complesse
• Cilindriche (sorgenti lineari)
• Piane (sorgente piana) non si definiscono in realtà

Campi sonori

Determinata regione dello spazio in cui è presente un insieme di onde sonore

• Libero: solo onde direttamente irradiate dalla sorgente (astratto, sempre presenti fenomeni di riflessione)
• Riverberato: onde sonore dirette + riflessioni + diffrazione + interferenze
• Diffuso: densità energia sonora assume in essi un valore costante in tutte le direzioni

Suoni puri

Caratterizzati da un solo valore di frequenza dello spettro frequenza (oscillazioni sinusoidali)

Suoni complessi

Spettro comprenderà molte componenti pure, se lo spettro è continuo si dice banda larga

Onde piane

• Sorgente piana

L_s differenze per

L_S = 10 log₁₀ I_S = 10 log₁₀ I_R - 10 log₁₀ I_R = 10 log₁₀ P_Sc

I₀

P₂²

P_0²

P₂²

P_0²

ΔP^t = P(t) - P₀ valore statico

P₀ in pas a 94 dB

10 log₁₀ β ²

p₀ p₀

β _f 20 log₁₀ β valore di riferimento

P₀ = 20 μ Pa

Lw = valore effettivo alla pressione acustica

W_N valore di riferimento

W₀ (attenuazione)

W_s valore di riferimento

LIVELLI: rispetto rispetto a un riferimento

SCALA LOGARITMICA log₁₀ W_A - log₁₀ W_B = log₁₀ W_A

W₀ log₃

COMPOSIZIONE DI LIVELLI SONORI

5 + sorgenti sonore che concorrono

4 concorrono la densità sonora

L_J1 = 10 log₁₀ ^J_n⁄_J0 = 60 dB

L_T2 = 10 log₁₀ ^J₂⁄_J0 = 60 dB

L = 10 log₁₀ L_J +3 2 ^J₁⁄_J0 = 10 log₁₀ ^J_n⁄_J0 = 10 log₁₀ ^J_n⁄ 10 log 10.8 = 3.2 dB^{3 _J2}

L_J = 10 log₁₀ ^J⁄_J0

L_J = 10 log₁₀ ^J⁄

IMPORTANTE!

LIVELLO di INTENSITÀ

CASO GENERICO

Riflessione e Rifrazione

Se oggetto piccolo → fenomeno oscillatorio

Se oggetto grande → hanno caratteristiche ondulatorie

• Onda sonora attraversa 2 mezzi a velocità diverse
• Gradiente termico dell'aria (strati differenziati) → temp ≠
• ↑ aumenta velocità "positiva" Ci = f(T)

Statistica aria

Normale dei 2 mezzi

Angolo di trasmissione

Rifrazione

Nel passaggio da un mezzo ad un altro con ≠ di dens. al proseguo onda sonora subisce deviazione

Legge di Snell

senθ_t =

se C₂ > C₁ → senθ_i > senθ_t → θ_i > θ_t

se C₂ < C₁ → senθ_i < senθ_t → θ_i < θ_t

È un angolo limite oltre il quale c'è riflessione totale

Se θ_t = π/2 → sen θ_t = 1

Diffrazione

Necessaria per considerare la propagazione delle onde in termini di raggi sono quando i diplamenti trasversali degli ostacoli incontrati dall’onda delle radiazioni incidenti → fenomeno di diffrazione

Apertura circolare

Onda elastica piana incidente su una apertura circolare

Dimensioni ragguardevoli rispetto alle lunghezze d’onda

La perturbazione si propaga al di là dell'apertura interessando una porzione di spazio determinata a volume zona di ombra acustica

Dimensioni apertura paragonabili a

Perturbazione acustica interessando l’ostacolo, interessa tuttuo spazio circostante l'apertura

Per fare indagine statistica si prendono soggetti senza difetti uditivi dagli 20 ai 25 anni

Soglia del dolore: meglio od innaturale. Società di forte disturbo o protesto

Si pone fino a 2° livello sotto la soglia del dolore non si supera per non intaccare timpani

Costruzione sperimentale:

Cure isofoniche di uguale intensità di sensazione

• Confronto binario tra 2 toni puri (tono cambia a seconda di λf)
• Fissato un livello in A per il tono di riferimento a 1000 Hz si dà solo livello di phon e si la soglie per secondo tono un valore di riferimento
• Si sentono i 2 toni di intensità e il secondo tono fino a quando qualità αuditiatoria (non sono attenzione) diventa muto
• Si prende esattamente il valore soglia αuditiatoria 2 riferimento (a quello del 1000)
• Al punto tonoto come il livello in phon para a quello del tono puro a 1000 Hz para il livello in db
• 2 toni = λf con frequenza 1 è uguale intensità di sensazione
• Si ripete l'esperimento per λ di frequenza si ottengono punti che possono essere raccoltati in una curva isofonica
• Per stabilire soglia di sensibilità devo aumentare il livello di intensità del suono ma quando il soggetto non riesce a sentirlo

Perché riferimento a 1000 Hz?

Inzialmente Fletcher cerca di stabilire relazione in via teorica → WEBER immediata relazione tra sensazione e peso che sino in mano e relazione psico-fisica

ΔS = k ^ΔG/_G PESO ΔG/_G = G+G₂/_G1

Varazione Interna di Sensazione

Minima Variazione di peso ≃ ¹/₃

Cost. Endipendente di δτδ.

Fletcher applica la legge della clussica

^J-J_s/_J = 0.25 ΔS = k ^ΔS/_S Stimulo Acustico

Passaggio a differenziali (passaggio non otte)

∫_S0^S dS = k ∫_Js^J dj ^ΔS = k ln (^J/_Js)

Minima Partizione che riesco a decipere

Impondo: ΔS = 1 ^J/_J minima ^J-J_s/_Js = 1 = 0.25 ^J/_Js = 1.25

k = ^ΔS/_{ln ^J/Js} ln 1.25

k = 4.48