ANMA 2 aprile 2011 Rischi fisici dal rumore

ANMA - 2 aprile 2011 Rischi fisici: dal rumore alle radiazioni ottiche Valutazione del rischio e piano di sorveglianza sanitaria Giuseppe Eulisse – Andrea Colonnelli

Programma del corso 1. La fisica dietro ai rischi fisici 2. Il Titolo VIII del Dlgs 81/08 3. Le radiazioni ottiche artificiali

1. La fisica dietro ai rischi fisici 1. 1 Cenni storici 1. 2 I campi elettromagnetici 1. 3 Le radiazioni ottiche 1. 4 Le radiazionizzanti 1. 5 Rumore e vibrazioni

1. La fisica dietro ai rischi fisici Onde elettromagnetiche Onde meccaniche Microclima Agenti fisici

1. 1 Cenni storici

1. 1 Cenni storici • I lavori di Oersted, Faraday, Ampere dimostrano una stretta connessione tra elettricità e magnetismo

1. 1 Cenni storici James Clerk Maxwell Edimburgo 1831 – Cambridge 1879

1. 1 Cenni storici • Un campo magnetico variabile genera un campo elettrico, e viceversa • Il genio di Maxwell combina i due effetti: se la variazione di un campo magnetico può generare un campo elettrico e viceversa, allora può darsi che entrambi possano dar vita a un movimento ciclico, in cui i campi elettrici e magnetici si nutrono e si trasformano a vicenda, l’onda elettromagnetica λν = c Maxwell ipotizza che anche la luce sia un fenomeno elettromagnetico

1. 1 Cenni storici Heinrich Rudolph Hertz Amburgo 1857 – Bonn 1894 • Genera in laboratorio onde elettromagnetiche e ne studia le principali proprietà • Commenta: non ci sono possibili utilizzi pratici; è solo un esperimento che dimostra che Maxwell aveva ragione!

1. 1 Cenni storici Guglielmo Marconi Bologna 1874 – Roma 1937 • Trasmette a distanza (2400 m) un’onda elettromagnetica fino a farle superare l’ostacolo di una collina • Con il famoso colpo di fucile nasce virtualmente la radio

1. 1 Cenni storici Wilhelm Conrad Röntgen Lennep 1845 – Monaco B. 1923 “. . . se si tiene la mano tra l’apparecchio di scarica e lo schermo si vedono le ossa della mano stessa”

1. 1 Cenni storici Henri Becquerel Parigi 1852 – Le Croisic 1908 Ricercando una relazione tra raggi X e fenomeni di fluorescenza indotti su sali di uranio, Becquerel scopre la radioattività

1. 1 Cenni storici I RAGGI DI BECQUEREL I raggi , e sono caratterizzati da una diversa capacità di attraversare i materiali e da una diversa interazione con i campi elettrici e magnetici

1. 1 Cenni storici • raggi sono nuclei di He • raggi sono elettroni • raggi sono radiazioni elettromagnetiche (come i raggi X e la luce)

1. 1 Cenni storici Teoria elettrodinamica classica (Maxwell) • L’energia associata a un’onda elettromagnetica si propaga nello spazio alla velocità della luce, nella direzione di propagazione dell’onda stessa • Considerata una superficie investita da un flusso di energia W, si definisce irradianza E il flusso di energia per unità di superficie: E = d. W/d. S • L’irradianza si misura in W/m 2

1. 1 Cenni storici • L’irradianza su una superficie è inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente (assunta puntiforme)

1. 1 Cenni storici Teoria elettrodinamica quantistica (Einstein) E = h·

1. 1 Cenni storici Teoria elettrodinamica classica (Maxwell) Teoria elettrodinamica quantistica (Einstein) • Valida per spiegare i fenomeni macroscopici • Valida per spiegare i fenomeni microscopici

1. 1 Cenni storici Teoria elettrodinamica classica (Maxwell) Sono comunque onde elettromagnetiche: λν = c Teoria elettrodinamica quantistica (Einstein)

1. 2 I campi elettromagnetici

1. 2 I campi elettromagnetici

Multipli e sottomultipli 1. 2 I campi elettromagnetici

1. 2 I campi elettromagnetici

1. 2 I campi elettromagnetici • Il comportamento delle onde elettromagnetiche è caratterizzato dal diverso valore della frequenza di oscillazione (e quindi della lunghezza d’onda), misurabile in hertz (Hz) • In particolare, le caratteristiche dell’interazione di tali onde con la materia e, quindi, anche la loro capacità di produrre effetti sull’organismo umano, dipendono dalla frequenza

1. 2 I campi elettromagnetici Lo spettro elettromagnetico

1. 2 I campi elettromagnetici Classificazione - Campi elettrici e campi magnetici statici 1 Hz 300 Hz ELF (Extremely Low Frequency – Frequenze Estremamente Basse) 300 Hz 300 k. Hz LF (Low Frequency – Basse Frequenze) 300 k. Hz 300 MHz RF (Radio Frequency – Radio Frequenza) 300 MHz 300 GHz MW (Micro Waves – Microonde) 0 Hz

1. 2 I campi elettromagnetici Produzione 0 Hz Magneti in uso in RMN Da 1 a 300 Hz Normali sistemi e apparecchi elettrici Fra 300 Hz e 10 MHz Dispositivi anti taccheggio, sistemi di sicurezza Fra 10 MHz e 300 GHz Radio, telecomunicazioni, radar, antenne per telefonia cellulare, forni a microonde

1. 2 I campi elettromagnetici Effetti di stimolazione nervosa Densità di corrente elettrica indotta da un campo elettromagnetico, per unità di superficie, all’interno del corpo umano • Misurata in ampere al metro quadrato (A/m 2) Effetti termici Potenza elettromagnetica assorbita, e convertita in calore, per unità di massa corporea (SAR, Specific Absorption Rate) • Misurata in watt per chilogrammo (W/kg)

1. 2 I campi elettromagnetici • I valori limite di esposizione sono i limiti all'esposizione a campi elettromagnetici basati direttamente sugli effetti sulla salute accertati e su considerazioni biologiche: il rispetto di questi limiti garantisce che i lavoratori esposti ai campi elettromagnetici sono protetti contro tutti gli effetti nocivi a breve termine per la salute conosciuti • I valori di azione sono rappresentati da grandezze radiometriche, facilmente misurabili, che caratterizzano i campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici e l’ambiente in cui esse si propagano: per come sono definiti i valori di azione, il loro non superamento garantisce che, in nessuna circostanza, l’esposizione determinerà il superamento dei limiti di base

1. 2 I campi elettromagnetici lntensità di campo elettrico (E) (V/m) Densità di potenza (S) (W/m 2) Valori di azione Intensità di campo magnetico (H) (A/m) Intensità di induzione magnetica (B) (T)

1. 3 Le radiazioni ottiche

1. 3 Le radiazioni ottiche L’intervallo delle lunghezze d’onda delle radiazioni ottiche comprende le bande spettrali degli infrarossi, del visibile e dell’ultravioletto, ovvero le radiazioni elettromagnetiche di energia compresa tra 10 -3 e 12 e. V ovvero lunghezza d’onda tra 100 nm e 1 mm (frequenza tra 300 GHz e 3

1. 3. 1 Le radiazioni ottiche

1. 3 Le radiazioni ottiche 1. 3 Radiazioni ottiche naturali Radiazioni ottiche artificiali (ROA) 1. 3. 1 ROA non coerenti 1. 3. 2 ROA coerenti (laser)

1. 3. 1 ROA non coerenti

1. 3. 1 ROA non coerenti • Per quantificare il danno da ROA non coerenti, dobbiamo conoscere la quantità di energia rilasciata ai tessuti biologici

1. 3. 1 ROA non coerenti Irradianza Grandezze fisiche Radianza Esposizione radiante

1. 3. 1 ROA non coerenti • L’irradianza E caratterizza tutte le sergenti, ed è il flusso di energia per unità di superficie, misurata in W/m 2 • L’irradianza spettrale Eλ è il valore di irradianza per una singola lunghezza d’onda E(λ, t), misurata in W/m 2/nm • L’esposizione radiante H (J/m 2) è l’integrale nel tempo di esposizione di E(t) • L’ esposizione radiante spettrale Hλ è il valore di esposizione radiante per una singola lunghezza d’onda H(λ, t), misurata in J/m 2/nm

1. 3. 1 ROA non coerenti • La radianza L è il flusso di energia irradiato in una direzione per unita di angolo solido d. W e per unita di superficie emettente d. A ortogonale alla direzione data, misurata in W/m 2/sr • La radianza spettrale Lλ è il valore di radianza per una singola lunghezza d’onda L(λ, t), misurata in W/m 2/sr/nm

1. 3. 1 ROA non coerenti • La radianza è utilizzata per caratterizzare le sorgenti che possono produrre danno sulla retina: - se l’angolo sotteso dalla sorgente α < 11 mrad la sorgente può essere considerata puntiforme (ossia l’immagine ha dimensioni inferiori circa a quelle della fovea); il limite di danno viene pertanto dato ancora come valore di irradianza - se α > 11 mrad l’occhio produce un immagine sulla retina; il limite di esposizione si da allora in radianza perché la radianza dell’immagine è uguale a quella dell’oggetto moltiplicata per la trasmissione del sistema ottico

1. 3. 2 ROA coerenti (laser)

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • LASER è un acronimo di: Light Amplification - by Stimulated Emission- of Radiation, che significa: amplificazione luminosa per mezzo di emissione stimolata di radiazioni

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • Il laser è un fascio di radiazioni elettromagnetiche monocromatiche, coerenti e collimate: - monocromatiche: stessa frequenza (e lunghezza d’onda) - coerenti: onde in fase - collimate: fascio concentrato in un angolo molto piccolo

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) monocromatiche: stessa frequenza (e lunghezza d’onda) collimate: fascio concentrato in un angolo molto piccolo coerenti: onde in fase

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • Nel 1917 Einstein ipotizza il fenomeno fisico dell'emissione stimolata alla base del laser e, prima ancora del MASER (Microwave Amplification - by Stimulated - Emission - of Radiation)

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • La luce è emessa o assorbita e si propaga sotto forma di quanti o fotoni di energia E = h • Un sistema atomico può esistere solo in determinati stati energetici (stazionari); l’emissione o l’assorbimento di energia implica una transizione fra stati stazionari • La frequenza della radiazione emessa o assorbita è data dalla relazione = (Ei- Ef)/h

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • Quando un atomo riceve energia può cambiare la funzione d’onda caratteristica di un elettrone che, in particolare, può venire a trovarsi in condizione eccitata, cioè in uno stato di energia superiore rispetto a quello fondamentale • In condizioni normali, gli elettroni decadono nell'orbita più bassa in istanti successivi del tutto casuali e quindi imprevedibili, restituendo l'energia ricevuta sotto forma di fotoni tutti con la stessa frequenza, diretti però in ogni direzione: è l’emissione fotonica di tipo naturale • I fotoni emessi per emissione spontanea sono indipendenti e hanno direzioni e fasi diverse

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) Il saggio alla fiamma

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) EMISSIONE SPONTANEA L’ATOMO IN UNO STATO ECCITATO E 2 PASSA “SPONTANEAMENTE”, (CIOE’ SENZA NESSUNA SOLLECITAZIONE ESTERNA) IN UNO STATO MENO ECCITATO E 1 E 2 E 1 EMISSIONE INCOERENTE EMISSIONE STIMOLATA L’ATOMO IMMERSO IN UN CAMPO E. M. DI FREQUENZA UGUALE A QUELLA PROPRIA DELLA TRANSIZIONE (E 2 – E 1)/h, VIENE “INDOTTO” A COMPIERE LA TRANSIZIONE ENERGETICA (CIOE’ LA PRESENZA DI UN FOTONE“STIMOLA” L’EMISSIONE DI UN FOTONE ALLA STESSA ) E 2 E 1 EMISSIONE COERENTE DUE FOTONI INDISTINGUIBILI: STESSA FREQUENZA, DIREZIONE, FASE E POLARIZZAZIONE

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • Si consideri un gran numero di sistemi a due livelli • All'equilibrio è molto più probabile (statistica di Boltzmann) lo stato a minore energia (figura a): nel caso di esposizione, il processo dominante è l'assorbimento, perché lo stato di minore energia è molto più popolato • Se le popolazioni dei livelli fossero invertite, (figura b), il processo dominante sarebbe l'emissione stimolata e pertanto la produzione di luce laser

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • L’inversione di popolazione non è una situazione di equilibrio: come ottenerla per produrre luce laser? • Gli atomi sono pompati dallo stato fondamentale E 1 a quello eccitato E 3 per esempio con una sorgente a spettro continuo che circondi il materiale (pompaggio ottico) • Gli atomi passano rapidamente allo stato metastabile E 2 prima di diseccitarsi spontaneamente; in queste condizioni E 2 può essere più popolato di E 1 (inversione di popolazione) • Un fotone può produrre luce laser attraverso una valanga di emissioni stimolate

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • Un sistema di pompaggio mantiene invertita la popolazione di un mezzo attivo posto all'interno di un risonatore ottico • Nel risonatore un singolo fotone provoca una cascata di fotoni a lui identici • Uno specchio del risonatore è semiriflettente: una percentuale della radiazione che si accumula all'interno della cavità può uscire dal dispositivo

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • I primi LASER sperimentali utilizzavano come materia prima un rubino, chimicamente ossido di alluminio, una pietra preziosa di colore rosso per la presenza di impurità di ossido di cromo, posto fra due specchi paralleli e circondato da un tubo di vetro contenente gas che produceva scariche luminose di tipo impulsivo • Le scariche luminose eccitano gli atomi di cromo che spostano i loro elettroni dell'ultima orbita in una posizione ancora più esterna, cui corrisponde una maggiore energia

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) • I laser vengono classificati, a seconda della natura del materiale attivo utilizzato • I principali tipi di laser sono quelli: - a stato solido - a semiconduttore - a gas

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) Mezzo e tipo di amplificazione laser Lunghezza d'onda operativa Sorgente di pompaggio Laser a rubino 694. 3 nm Lampada stroboscopica Laser Nd: YAG Laser Er: YAG Laser itterbio: YAG(Yb: YAG) Laser Olmio: YAG(Ho: YAG) Laser al crisoberillo drogato al cromo Laser a vetro drogato con erbio Usi e note 1. 064 µm, (1. 32 µm) Olografia, rimozione di tatuaggi Lavorazione di materiali, misurazione distanze, puntatori laser, chirurgia, ricerca, pompaggio di altri laser (combinato con duplicatori di frequenza per produrre un fascio Lampada stroboscopica, diodo laser verde da 532 nm) 2. 94 µm Lampada stroboscopica, diodo laser Scalatura periodontale, odontoiatria 1. 03 µm Raffreddamento ottico, lavorazione materiali, ricerca sugli impulsi Diodo laser, lampada stroboscopica ultrabrevi, microscopia multifotonica Ablazione tissutale, rimozione di calcoli renali, odontoiatria 2. 1 µm diodo laser Generalmente sintonizzato nella gamma da 700 a 820 nm Lampada stroboscopica, diodo laser, arco almercurio (per funzionamento in onda continua) Dermatologia 1. 53 -1. 56 µm diodo laser Amplificatori ottici per telecomunicazioni

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) Mezzo e tipo di amplificazione laser Lunghezza d'onda operativa Sorgente di pompaggio Usi e note Telecomunicazioni, olografia, stampa laser, armamenti, macchinari, saldatura, sorgenti di pompaggio per altri laser Semiconduttore generico 0. 4 -20 µm, a seconda del materiale della regione attiva Corrente elettrica Ga. N 0. 4 µm Corrente elettrica Al. Ga. As 0. 63 -0. 9 µm Corrente elettrica Dischi ottici, puntatori laser, comunicazioni dati. I laser da 780 nm per i lettori CD sono il tipo di laser più comune 1. 0 -2. 1 µm Corrente elettrica Telecomunicazioni, pompaggio di altri laser a stato solido, lavorazioni industriali, applicazioni mediche 850 - 1500 nm, a seconda del materiale Corrente elettrica Dal medio al lontano infrarosso Corrente elettrica In. Ga. As. P Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) Laser a cascata quantica Telecomunicazioni Ricerca, applicazioni future includono radar anticollisione, controllo di processi industriali e strumenti di diagnosi medica come analizzatori del fiato

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) Mezzo e tipo di amplificazione laser Lunghezza d'onda operativa Sorgente di pompaggio Usi e note Laser a elio-neon 632. 8 nm (543. 5 nm, 593. 9 nm, 611. 8 nm, 1. 1523 µm, 1. 52 µm, 3. 3913 µm) Scarica elettrica Interferometria, olografia, spettrosc opia, scansione di codici a barre, allineamento, dimostrazioni ottiche. 454. 6 nm, 488. 0 nm, 514. 5 nm (351 nm, 457. 9 nm, 465. 8 nm, 476. 5 nm, 472. 7 nm, 528. 7 nm) Scarica elettrica Fototerapia retinica (per diabete), lit ografia, microscopia confocale, pompaggio di altri laser. Laser a ioni di argon Laser a ioni di kripton 416 nm, 530. 9 nm, 568. 2 nm, 647. 1 nm, 676. 4 nm, 752. 5 nm, 799. 3 nm Scarica elettrica Ricerca scientifica, mescolati con argon per ottenere laser a luce bianca per giochi di luci. Laser a ioni di xeno Molte righe spettrali dall'ultravioletto fino all'infrarosso. Scarica elettrica Ricerca scientifica. 337. 1 nm Scarica elettrica Pompaggio di laser a coloranti organici, misura dell'inquinamento ambientale, ricerca scientifica. I laser ad azoto possono funzionare in superradianza (cioè senza una cavità risonante). Costruzione di laser amatoriali. Vedi laser TEA 10. 6 µm, (9. 4 µm) Scarica elettrica trasversale (alta potenza) o longitudinale (bassa potenza) Lavorazione di materiali (taglio, saldatura, etc. ). Chirurgia. Scarica elettrica Lavorazione di materiali (incisione, saldatura etc. ), spettrosco pia fotoacustica. Laser ad azoto Laser ad anidride carbonica Laser a monossido di carbonio Laser a eccimeri 2. 6 to 4 µm, 4. 8 to 8. 3 µm Litografia ultravioletta per 193 nm (Ar. F), 248 nm (Kr. F), 308 nm Ricombinazione di eccimeri con una fabbricazione di circuiti integrati, (Xe. Cl), 353 nm (Xe. F) scarica elettrica chirurgia laser, LASIK.

1. 3. 2 ROA coerenti (laser) La luce laser viene generata sotto forma di emissioni di diverso tipo, a seconda dell'ambito di utilizzo

1. 4 Le radiazionizzanti

1. 4 Le radiazionizzanti I danni da radiazioni 1896 Pochi mesi dopo la scoperta di Roentgen e Becquerel si notano i primi eritemi da raggi: si suppone che gli effetti possano essere benefici come per la radiazione solare. Si scopre viceversa che sono dannosi: nasce la radioprotezione

1. 4 Le radiazionizzanti I danni da radiazioni 1897 Henri Becquerel è colpito da un eritema della cute in corrispondenza della tasca del vestito nella quale aveva tenuto per qualche tempo una fiala contenente sali di radio 1902 Si osserva la degenerazione in carcinoma cutaneo di una precedente dermatite da raggi

1. 4 Le radiazionizzanti I danni da radiazioni 1903 Si riconosce che l’esposizione a raggi X può indurre sterilità negli animali da laboratorio; pochi anni dopo viene scoperto che gli embrioni di uova di rospo fertilizzate con sperma irradiato con raggi X presentano anormalità 1904 Vengono segnalate le prime anemie e le prime leucopenie dovute all’esposizione a raggi X

1. 4 Le radiazionizzanti I danni da radiazioni 1907 I primi radiolesi, nell’Ospedale Maggiore di Milano, sono un inserviente e un medico. “Essi - scrive alla direzione medica il primario chirurgo Baldo Rossi nel 1907 - presentano al dorso delle mani delle dermatosi che durano da anni”. L’uno è Carlo De Agostini, inserviente del gabinetto radiologico, l’altro è Giovanni Battista Mandelli, chirurgo del padiglione Ponti.

1. 4 Le radiazionizzanti I danni da radiazioni anni ‘ 20 Si manifestano necrosi e tumori ossei al mascellare in operai addetti a dipingere le lancette di orologi luminescenti con vernici contenenti sali di radio 1927 Il genetista H. J. Müller mostra che l’esposizione a raggi X e provoca mutazioni geniche e alterazioni cromosomiche nel moscerino dell’aceto, trasmesse ai discendenti secondo le leggi dell’eredità biologica

1. 4 Le radiazionizzanti Hiroshima e Nagasaki Hiroshima 6 agosto 1945 250. 000 morti Nagasaki 9 agosto 1945 100. 000 morti

1. 4 Le radiazionizzanti I danni da radiazioni 1955 Tzuzuki riporta la notizia che tra i sopravvissuti di Hiroshima e Nagasaki erano stati osservati un numero di casi di leucemia assai maggiore di quello “atteso” in base alle caratteristiche endemiche della malattia 1957 Court Brown e Doll dimostrano un aumento della frequenza di leucemie in pazienti trattati con röntgenterapia per spondilite anchilosante

1. 4 Le radiazionizzanti Danni somatici Danni da radiazionizzanti Danni genetici

1. 4 Le radiazionizzanti I danni da radiazioni

1. 4 Le radiazionizzanti Danni somatici deterministici (con soglia) Danni somatici tardivi (senza soglia, stocastici) è individuabile una dose soglia le informazioni epidemiologiche riguardanti questi danni sono limitate, al momento, agli effetti prodotti da esposizioni medio-alte frequenza e gravità variano con la dose sono rari e controversi i dati per i bassi livelli di dose periodo di latenza solitamente breve la stima del rischio di contrarre una leucemia o un tumore solido radioindotto si effettua estrapolando alle basse dosi i dati delle alte dosi

1. 4 Le radiazionizzanti I danni da radiazioni • Anche i danni genetici, indotti da cambiamenti nelle cellule germinali, sono di tipo probabilistico e riguardano i discendenti della persona irradiata; anche per essi si presume quindi che l’effetto si presenti con una probabilità crescente con la dose • Esempi di tali danni sono: malformazioni, sterilità, maggior numero di nati morti, leucemie

1. 4 Le radiazionizzanti La radioprotezione ha come scopo primario la prevenzione assoluta degli effetti dannosi non stocastici e la limitazione a livelli considerati ragionevolmente accettabili della probabilità di accadimento degli effetti stocastici

1. 4 Le radiazionizzanti La radioprotezione I limiti di dose fissati dal legislatore per le varie categorie di lavoratori sono considerati sicuri: garantiscono la prevenzione assoluta degli effetti non stocastici e la limitazione ragionevole di quelli stocastici

1. 4 Le radiazionizzanti Limiti di dose efficace

1. 4 Le radiazionizzanti Classificazione dei lavoratori Esposizione potenziale superiore a 3/10 del limite di dose efficace • Lavoratori esposti di categoria A Esposizione potenziale inferiore a 3/10 del limite di dose efficace • Lavoratori esposti di categoria B Esposizione potenziale inferiore a 1/20 del limite di dose efficace • Persone del pubblico e lavoratori non esposti

1. 4 Le radiazionizzanti Classificazione dei lavoratori Dose efficace (m. Sv) Dose eq. al cristallino alla pelle (m. Sv) Dose eq. agli arti (m. Sv) Cat. A da 6 a 20 da 45 a 150 da 150 a 500 Cat. B da 1 a 6 da 15 a 45 da 50 a 150 Non esposti meno di 15 meno di 50

1. 4 Le radiazionizzanti Classificazione dei lavoratori LAVORATORI DI CATEGORIA A LAVORATORI DI CATEGORIA B • Visita semestrale • Medico autorizzato • Visita annuale • Medico autorizzato o Medico competente

1. 5 Rumore e vibrazioni

1. 5 Rumore e vibrazioni Il suono è sempre associato ad una vibrazione meccanica che fornisce l’energia necessaria per la sua propagazione Le vibrazioni comprimono l’aria che è il supporto elastico delle onde sonore

1. 4 Rumore e vibrazioni Il suono del diapason è provocato dalla vibrazione dei rebbi che è trasversale Questo moto di percussione dell’aria causa variazioni, aumenti e diminuzioni, periodiche della pressione Le variazioni di pressione si propagano nell’ambiente e arrivano all’orecchio di chi ascolta

1. 5 Rumore e vibrazioni La vibrazione si propaga sia nello spazio che nel tempo: la figura rappresenta il risultato di λ/T = costante λ = costante

1. 4 Rumore e vibrazioni Le onde sonore sono di tipo longitudinale: lo spostamento di materia avviene nella stessa direzione della propagazione dell’onda

1. 5 Rumore e vibrazioni La descrizione matematica delle onde sonore avviene per mezzo di funzioni goniometriche Lo spostamento causato dalla perturbazione è descritto da: y(x, t) = A sin (ωt – kx) dove ω = 2π/T e k = 2π/λ, A (ampiezza) è lo spostamento massimo ed è strettamente correlato con gli effetti provocati dalle onde sonore

1. 4 Rumore e vibrazioni Le onde sonore generano moti di compressione e decompressione dell’aria che noi possiamo udire grazie alla pressione esercitata sul timpano I suoni udibili dall’orecchio umano sono quelli che hanno frequenze comprese tra 20 e 20 k. Hz

1. 5 Rumore e vibrazioni A titolo esemplificativo ecco alcune frequenze

1. 4 Rumore e vibrazioni Le grandezze che descrivono un onda sonora: A: ampiezza delle oscillazioni = 1/ T : frequenza delle oscillazioni λ: lunghezza d’onda inoltre vale vs = λ / T (con vs velocità del suono) Periodo / lungh. d’onda Forma d’onda Fase Tempo / Spazio Ampiezza

1. 5 Rumore e vibrazioni Spettri sonori di suoni composti intensità frequenze

1. 5 Rumore e vibrazioni Il meccanismo di generazione del suono, in sintesi, è il seguente: vibrazione spostamento d’aria pressione

1. 5 Rumore e vibrazioni Diventa quindi essenziale capire qual è il livello minimo di pressione che origina un suono percepibile La risposta è complessa: dipende dalla frequenza e, soprattutto, è soggettiva ma in media si può dire che la soglia è 20 μPa (10 -6 Pa) la pressione atmosferica è ≈ 105 Pa (1 Pa = 1 N / m 2)

1. 5 Rumore e vibrazioni Curve isofone* riferite alla soglia di udibilità in funzione della frequenza. N. B. la massima sensibilità per l’udito si ha nell’intervallo 3÷ 4 KHz * Il suono lungo ciascuna linea fornisce la medesima sensazione uditiva (lo stesso volume)

1. 5 Rumore e vibrazioni Ma la pressione non è la quantità più adatta per le misure sonore, si preferisce l’intensità sonora cioè la potenza per unità di superficie (W/m 2) che è legata alla pressione da questa relazione con p. RMS pressione media e densità dell’aria

1. 5 Rumore e vibrazioni La pressione che causa la massima sensazione uditiva (o soglia del dolore) è di ≈ 20 Pa, in pratica tra l’intensità sonora minima e quella massima ci sono 12 ordini di grandezza: troppi! E’ anche per questo che si introduce una scala di misura logaritmica

1. 5 Rumore e vibrazioni La percezione uditiva S viene definita come il Log(I/I 0) dove I 0 sono l’intensità sonora della sorgente e l’intensità di soglia in W/m 2 (I 0 = 10 -12 W/m 2 , la soglia del dolore 1 W/m 2) .

1. 5 Rumore e vibrazioni Due parole sui logaritmi: l’immagine qui in alto mostra l’andamento della percezione sonora in funzione delle intensità relative. L’immagine in basso evidenzia che per aumentare di una unità la sensazione uditiva è necessario moltiplicare per 10 l’intensità sonora emessa dalla sorgente.

1. 5 Rumore e vibrazioni L’unità di misura della sensazione sonora: è il Bel Per come è definita è il rapporto tra due grandezze dello stesso tipo quindi è un numero puro In realtà si usa il decibel 1 d. B = 1/10 Bel in pratica S (in d. B) = 10 Log (I / I 0)

1. 5 Rumore e vibrazioni Vediamo un esempio: 10 d. B = 10 Log (Ix/I 0) Log(Ix/I 0) = 1 e quindi Ix = 10 I 0 20 d. B = 10 Log (Ix/I 0) Log(Ix/I 0) = 2 e quindi Ix = 100 I 0

1. 5 Rumore e vibrazioni Intensità in d. B di alcuni suoni

1. 5 Rumore e vibrazioni • Il rumore viene definito (ISPESL) come un “suono sgradevole” • Ha la stessa natura del suono, nel senso che entrambi sono il risultato di energia meccanica emessa da una sorgente che si propaga in un mezzo (solido, liquido o gassoso) sotto forma di vibrazioni