Sensazione sonora

Capitolo 11: Sensazione sonora

La sensazione sonora e l'orecchio

Come nel caso della luce visibile, anche la percezione sonora coinvolge sia aspetti fisici che aspetti psicofisici dipendenti dalla fisiologia dell'orecchio (vedi figura). In riferimento alla figura, una perturbazione sonora attraverso il condotto uditivo perviene alla membrana timpanica (orecchio esterno). Questa membrana, in stato di leggera tensione, vibra trasmettendo le vibrazioni per via meccanica (catena di tre ossicini) ad una seconda membrana assai meno estesa, detta finestra ovale. In questa parte dell'orecchio (orecchio medio) vi è ancora aria. Al di là della finestra ovale (orecchio interno), vi è un tubo a spirale (coclea) pieno di liquido in cui vi sono cellule sensibili alle perturbazioni di pressione (cellule cigliate). Quando la finestra ovale vibra, il liquido eccita le cellule cigliate che provvedono a trasmettere lo stimolo nervoso al cervello. La percezione della frequenza (altezza) di un suono è legata al fatto che frequenze diverse eccitano differenti porzioni di cellule.

L'orecchio umano è capace di percepire suoni caratterizzati da frequenze comprese nell'intervallo 20-20000 [Hz]. L'orecchio, tuttavia, manifesta sensibilità diversa al variare della frequenza del suono. Per approfondire questo argomento si può effettuare la seguente esperienza. Ad un ascoltatore si fanno sentire, mediante due cuffie, alternativamente, un tono puro di 1000 [Hz] (tono di riferimento) con livello di intensità sonora prefissato, e un tono puro a frequenza diversa. L'ascoltatore dovrà regolare il livello di intensità di questo secondo tono fino a quando non giudicherà equivalenti tra loro le sensazioni provate e, cioè, stimerà i due suoni ugualmente intensi. A variare poi della frequenza del secondo tono si può costruire la curva di isosensazione, (con il suono di riferimento), o isofonica. L'unità di misura della sensazione sonora è detta phon e coincide (numericamente) con il livello fisico di pressione sonora a 1000 [Hz], che provoca la stessa sensazione del suono in esame. Se il suono di riferimento è, ad esempio, caratterizzato da un livello fisico di pressione sonora di 20 [dB] a 1000 [Hz], i livelli di intensità sonora dei suoni (puri) che alle diverse frequenze producono la stessa sensazione di intensità soggettiva (20 [phon]) individuano l'isofonica 20 [phon] come rappresentato in figura.

In figura è riportato il diagramma di Fletcher e Munson (suoni puri) che sintetizza i risultati d'esperienze compiute su un numero considerevole d'ascoltatori. È opportuno precisare che la sensazione prodotta da un suono non è direttamente proporzionale al livello numerico dei relativi phon, ad esempio, un livello d'intensità soggettiva pari a 60 [phon] non è giudicato doppio di uno di 30 [phon]. In generale, sopra i 40 [phon], per raddoppiare la sensazione soggettiva provata occorre passare su un'isofonica 10 [phon] più elevata.

Per effettuare valutazioni quantitative è stata introdotta una scala delle intensità soggettive S proporzionale al giudizio soggettivo, espressa in unità dette son. Il valore in son di un suono è valutato in relazione al numero di phon L del suono in base alla seguente relazione:

[L(phon) - 40] / 10 [son]

Come si può osservare, la relazione prevede S = 1 in corrispondenza di L = 40 [phon] e si ha S = 2 (e cioè un raddoppio) per L = 50 [phon]. Sulla base dell'audiogramma normale si può, quindi, attribuire un livello di sensazione sonora ad un tono puro. Nella realtà ci si trova, tuttavia, comunemente a dover valutare suoni complessi (ove sono presenti più frequenze) e rumori. In questi casi il problema di una valutazione del livello di sensazione acustica si complica notevolmente, anche in conseguenza di fenomeni di mascheramento di alcuni suoni da parte di altri a diversa frequenza.

Valutazione dei suoni complessi

Al fine di valutare la sensazione complessivamente derivante dalla percezione di un suono complesso o di un rumore, si può procedere, in linea di principio, in due modi:

• La prima metodologia, che spesso non conduce a risultati univoci, viene impiegata per la valutazione dell'intensità soggettiva (in son) impiegando un'analisi dello spettro del rumore in banda di ottava o di terzo di ottava;
• Una seconda metodologia, di ben più ampio impiego, fa riferimento ad uno strumento di rilevazione dei rumori che in qualche modo simuli la risposta dell'orecchio umano.

Il secondo approccio prevede l'uso di un fonometro, e cioè di un apparecchio di misura in cui il segnale acustico misurato dallo strumento subisca un'opportuna correzione atta a simulare il più possibile il comportamento dell'orecchio umano: in altre parole, per le frequenze ove la sensibilità è maggiore, i valori saranno assoggettati ad una correzione positiva; mentre per le frequenze ove la sensibilità dell'orecchio umano è minore, la correzione sarà negativa. Questa operazione di correzione (pesatura) è attuata mediante particolari filtri dall'elettronica dello strumento.

In figura sono riportate tre modalità diverse di pesatura indicate con A, B, C, che simulano la risposta dell'orecchio umano in corrispondenza a tre diversi livelli di sensazione sonora e cioè in corrispondenza a valori nell'intorno rispettivamente di 40, 60, 80 [phon] (vedi audiogramma normale).

Per ragioni di semplicità nella pratica odierna si utilizza solo la scala A. Il risultato della misura di un rumore e cioè il livello complessivo di pressione sonora, pesato con la curva A è indicato in