Misura della pressione acustica 18 ottobre 2010 Il

Misura della pressione acustica 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 1

Il fonometro La grandezza misurata con il fonometro è, espresso in d. B, il livello del valore quadratico medio della pressione sonora prms che nel generico intervallo di tempo T vale: con 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 2

Struttura del fonometro: La grandezza misurata con il fonometro è, espresso in d. B, il livello del valore quadratico medio della pressione sonora prms, o più semplicemente Livello Equivalente, che nel generico intervallo di tempo T vale: con 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 3

Livello equivalente continuo (Leq): Il livello sonoro equivalente continuo Leq (d. B) viene definito come: dove T è l’intervallo di tempo di integrazione, p(t) è il valore istantaneo della pressione e prif è la pressione di riferimento 18 ottobre 2010 • Leq, T d. B (misura lineare) • LAeq, T d. B(A) (misura pond. “A”) Il Fenomeno Sonoro 4

Valori RMS esponenziali: Slow, Fast, Impulse Oltre alla misura del livello mediato linearmente nel tempo T (detto anche Livello Equivalente), i fonometri possono operare anche con una media esponenziale, che fornisce valori di livello sonoro “istantanei” calcolati con media esponenziale con tre possibili diverse costanti di tempo TC : Lin, 1 s 1 In cui t vale: SLOW • TC = 1 s – SLOW t • TC = 125 ms – FAST • TC = 35 ms in salita, 1. 5 s in discesa – IMPULSE In modalità esponenziale, il fonometro tende via a “dimenticare” gli eventi passati…… 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 5

Calibrazione ad 1 Pa RMS (94 d. B) Il calibratore genera un tono puro ad 1 k. Hz, con pressione media efficace di 1 Pa: 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 6

Analisi di una registrazione calibrata Il software elabora un tracciato temporale con la costante di tempo prescelta: 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 7

Somma di livelli sonori 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 8

Livelli sonori – operazioni sui decibel (1): Somma “incoerente” di due livelli (due suoni diversi): Lp 1 = 10 log (p 1/prif)2 = 10 Lp 1/10 Lp 2 = 10 log (p 2/prif)2 = 10 Lp 2/10 (p. T/prif)2 = (p 1/prif)2 + (p 2/prif)2 = 10 Lp 1/10 + 10 Lp 2/10 Lp. T = Lp 1 + Lp 2 = 10 log (p. T/prif)2 = 10 log (10 Lp 1/10 + 10 Lp 2/10 ) 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 9

Livelli sonori – operazioni sui decibel (2): Somma “incoerente” di livelli • Esempio 1: L 1 = 80 d. B L 2 = 85 d. B L T= ? LT = 10 log (1080/10 + 1085/10) = 86. 2 d. B. • Esempio 2: L 1 = 80 d. B L 2 = 80 d. B LT = 10 log (1080/10 + 1080/10) = LT = 80 + 10 log 2 = 83 d. B. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 10

Livelli sonori – operazioni sui decibel (3): Differenza di livelli • Esempio 3: L 1 = 80 d. B LT = 85 d. B L 2 = ? L 2 = 10 log (1085/10 - 1080/10) = 83. 35 d. B 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 11

Livelli sonori – operazioni sui decibel (4): Somma “coerente” di due livelli (2 suoni identici): Lp 1 = 20 log (p 1/prif) Lp 2 = 20 log (p 2/prif) (p 1/prif) = 10 Lp 1/20 (p 2/prif) = 10 Lp 2/20 (p. T/prif) = (p 1/prif)+ (p 2/prif) = 10 Lp 1/20 + 10 Lp 2/20 Lp. T = Lp 1 + Lp 2 = 10 log (p. T/prif)2 = 20 log (10 Lp 1/20 + 10 Lp 2/20 ) 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 12

Livelli sonori – operazioni sui decibel (5): Somma “coerente” di livelli • Esempio 4: L 1 = 80 d. B L 2 = 85 d. B L T= ? LT = 20 log (1080/20 + 1085/20) = 88. 9 d. B. • Esempio 2: L 1 = 80 d. B L 2 = 80 d. B LT = 20 log (1080/20 + 1080/20) = LT = 80 + 20 log 2 = 86 d. B. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 13

Metodiche di analisi in frequenza 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 14

Composizione & analisi in frequenza: Lo spettro di un segnale sonoro è la rappresentazione della sua composizione in frequenza su un diagramma energia-frequenza, o livello sonoro-frequenza. In genere le perturbazioni sonore sono segnali complessi costituiti da un gran numero di frequenze che in alcuni casi possono dare origine ad uno spettro continuo. a) Tono puro b) Suono “complesso” c) Spettro “Continuo” d) “Rumore bianco” 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 15

Forma d’onda e spettro: a) Onda sinusoidale b) Onda periodica c) Onda casuale 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 16

Analisi in bande di frequenza: La descrizione della composizione in frequenza dei segnali sonori può essere condotta valutando il contenuto di energia sonora all’interno di prefissati intervalli di frequenze, le bande di frequenza. Ciascuna banda è caratterizzata da una frequenza di taglio superiore fs e da una frequenza di taglio inferiore fi. L’analisi in frequenza può essere di due tipi: • analisi a banda costante; • analisi a banda percentuale costante da 1/1 o 1/3 di ottava. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 17

Analisi a banda costante: analisi a banda costante • se f = fs – fi = costante, per esempio 1 Hz, 10 Hz, ecc. Tipicamente impiegata per analisi approfondite della composizione in frequenza. Solitamente viene usata per misure nel campo delle vibrazioni delle strutture o delle macchine. Viene ottenuta con una tecnica di elaborazione matematica detta FFT (Fast Fourier Transform) 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 18

Analisi a banda percentuale costante: analisi a banda percentuale costante • se la larghezza di banda f è una percentuale costante del valore della frequenza nominale che caratterizza la banda stessa: • fs = 2 f i 1/1 ottava • fs= 2 1/3 fi 1/3 ottava Tipicamente impiegata per misure acustiche. Possono essere usati “banchi” di 10 filtri (ottave) o 30 filtri (terzi), ottenuti con circuiti analogici o digitali (filtri IIR) 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 19

Bande 1/1 e 1/3 di ottava: • Bande di 1/1 ottava • Bande di 1/3 ottava 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 20

Spettri in ottava e 1/3 di ottava: • Bande di 1/3 ottava • Bande di 1/1 ottava 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 21

Spettri in banda stretta: • Asse frequenze lineare • Asse frequenze logaritmico 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 22

Rumore bianco e rumore rosa • Rumore bianco: Piatto in una analisi in banda stretta • Rumore rosa: piatto in una analisi in ottave o terzi di ottava 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 23

Bande Critiche (BARK): The Bark scale is a psychoacoustical scale proposed by Eberhard Zwicker in 1961. It is named after Heinrich Barkhausen who proposed the first subjective measurements of loudness 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 24

Bande Critiche (BARK): 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 25