Sistema uditivo umano 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo

Sistema uditivo umano 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 1

L'Orecchio Umano Orecchio interno Struttura dell’orecchio esterno e dell’orecchio interno (organo del Corti) 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza Coclea 2

Sensibilità della coclea • Sezionando la coclea si ha una specie di doppia lamina che viene sensibilizzata diversamente a seconda delle frequenze di eccitazione del segnale acustico, come avviene, ad esempio, per la corda di una frusta. • Si osservi come le basse frequenze interessino la parte terminale mentre le alte frequenze la parte iniziale. • Due segnali con bande sovrapposte (in tutto o in parte) si mascherano in modo tale che il segnale di maggiore intensità annulla il segnale più debole, a meno che quest'ultimo non sia di larghezza di banda sufficientemente larga. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 3

La coclea • Ad ogni punto della coclea corrisponde un valore ottimo della frequenza per il quale si ottiene la massima eccitazione. In figura si possono osservare questi valori di frequenza per la coclea umana. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 4

Sistema uditivo umano: Il sistema uditivo umano presenta una sensibilità meno accentuata alle frequenze molto basse (poche decine di Hz) ed a quelle elevate (oltre i 15 k. Hz). Per procurare la stessa sensazione sonora (phon) occorrono, a frequenze diverse, livelli di pressioni sonore diverse suoni di stessa intensità ma frequenza diversa vengono percepiti dall’orecchio in modo diverso. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 5

Le nuove curve ISO di “equal Loudness”: Nel 2003 la ISO 226 è stata revisionata. Nella nuova norma, le curve di egual sensazione sonora hanno cambiato significativamente forma: In pratica, le nuove curve sono ancora piu’ “gobbe”, per cui ora un suono di 40 d. B a 1000 Hz corrisponde ad un suono di ben 65 d. B a 100 Hz. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 6

Filtri di “ponderazione”: La sensibilità dell’orecchio varia al variare della frequenza. Per considerare il fatto che suoni con pari valore di SPL ma con frequenza diversa vengano percepiti dall’uomo in modo diverso occorre utilizzare dei filtri di “pesatura”o “ponderazione” • filtro di ponderazione “A”, comunemente impiegato e il cui andamento, si conforma alla risposta dell’orecchio umano a livelli medio-bassi [d. B(A)]. • filtro di ponderazione “C”, impiegato per rumori molto forti o esplosioni [d. B(C)]. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 7

Mascheramento temporale Dopo un suono forte, per un po’ di tempo, il sistema uditivo rimane meno sensibile, come mostrato dalla “curve di mascheramento” di Zwicker. La curva dipende dalla durata dell’impulso sonoro forte e dalla sua frequenza 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 8

Mascheramento in frequenza Un tono puro abbastanza forte crea una “maschera in frequenza”: un altro tono puro che stia “sotto” tale maschera diviene inudibile. La maschera è asimmetrica, ed ha maggior estensione a frequenze più alte del tono mascherante 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 9

Metodiche di analisi in frequenza 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 10

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 11

Forma d’onda e spettro: a) Onda sinusoidale b) Onda periodica c) Onda casuale 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 12

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 13

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 14

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 fi 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 15

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 16