L’acustica e l’ingegneria del suono
(Andrea Pavoni Belli *)
(* INRiM: Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Torino)
1. L’acustica e la musica
L’acustica è la scienza del suono: Che cosa è il suono?
Il suono è la sensazione data dalla vibrazione di un corpo in oscillazione
che si propaga in un mezzo elastico.
Trasmissione di energia, non di particelle
Pitagora, il primo studioso
La corda tesa
2
I parametri del suono
Sono stati definiti inizialmente dai musicisti
Adesso li esaminiamo, uno per uno
•Altezza
•Intensità
•Timbro
3
Altezza
Definisce se un suono è grave o acuto
Per i musicisti: note. Do, Re, mi, etc…..
Nel mondo scientifico si chiama frequenza e si misura in periodi al secondo, Hertz
(Hz); gli umani sentono, circa, frequenze tra 20 e 15000 Hz. Si misura con uno
strumento che si chiama frequenzimetro.
Un frequenzimetro, di alta classe
I cani ed i gatti sentono sino a 35000 Hz, I pipistrelli sino a 100000 Hz
4
Intensità
Definisce se un suono è forte o debole
In musica viene definito con “parole”, piano, forte, pianissimo
fortissimo, crescendo, diminuendo, etc.
Nel mondo scientifico esiste l’intensità acustica, ma è troppo
complessa per essere affrontata in questa sede.
Si parla di livello sonoro, correntemente misurato in decibel,
abbreviato in dB.
I decibel non sono una unità di misura: esprimono solo, su
una scala logaritmica, di quante volte una grandezza da
misurare è maggiore o minore rispetto ad un riferimento. Io,
personalmente, misuro i dB dell’aglio soffritto o la qualità
della mia vita, noto il riferimento.
5
Il “termometro” del livello sonoro
6
Un fonometro:
La formula dei decibel
P
dB = 20 ⋅ Log10
P0
In cui Po = 20 µPa
7
Il Timbro
Il timbro definisce il suono dei vari strumenti, o anche
le vocali della voce umana
Dipende dalla forma d’onda
Deve essere misurato con parametri numerici
8
Il barone Jean Baptiste Josef Fourier
(Auxerre, 21 marzo 1768 – Parigi, 16
maggio 1830)
Ha scoperto che un segnale periodico può
essere visto come una serie di componenti a
frequenza multipla intera della fondamentale:
la Serie di Fourier
9
Misura del timbro:
La serie di Fourier
Espressione matematica:
In cui:
Ma vale solo per un segnale periodico
10
La trasformata di Fourier
(Da cui… FFT: Fast Fourier Transform)
Il periodo viene reso infinitesimo: integrale
Ecco l’espressione matematica
Vale per qualsiasi segnale, anche non periodico
Segnale nel tempo
Spettro
11
Un poco di elettronica
La trasformata di Fourier richiede la formula matematica del segnale
Per un suono qualsiasi, uno strumento musicale, la voce umana, non c’è una
formula matematica che la descriva: ci vuole l’elettronica
Grazie all’elettronica, che ricordo essere nata nel 1907, ad opera di Lee
de Forest, che inventò la valvola (triodo).
Ecco la prima valvola:
Grazie all’elettronica è così possibile
misurare il contenuto in frequenza di
un segnale qualsiasi
12
Elettronica 2
Nascono così strumenti di misura che misurano lo spettro:
Gli analizzatori di spettro
Ecco un paio di analizzatori di spettro “storici”, danesi, che hanno fatto la storia
1/3 di ottava, 2131
FFT, 2032
Oggi è possibile effettuare l’analisi di spettro mediante software su Computer
13
L’analisi di spettro nel tempo
Lo spettro, oltre il livello, varia nel tempo
14
Alcuni sintetizzatori
EMS
Synthi
Il grande Moog (Walter, Wendy Carlos)
ARP 2600
15
Campionatori
Immagine di un campionatore: registratore digitale
16
Arte e scienza
L’armonia (Jean Philippe Rameau)
Combinazione di suoni concomitanti
Non c’è arte che non possa essere misurata.
Non c’è scienza che non possa essere arte (es. frattali).
17
L’ acustica e l’ingegneria del suono
L’acustica ha oggi vita autonoma, come disciplina scientifica, seppure poco studiata
Alcuni ambiti:
La percezione uditiva e l’effetto del rumore
Acustica fisica
La strumentazione di misura
Rumore nell’ambiente esterno ed abitativo
Rumore in ambiente di lavoro
Acustica dei materiali e dei sistemi edilizi
Acustica architettonica
Acustica musicale
Elettroacustica
… altro ancora…
18
Acustica fisica
1]
L’equazione d’onda
Sonoluminescenza
Costante di Boltzmann
19
La percezione uditiva e il rumore
Il rumore è un suono non gradito
Audiometria
20
La strumentazione di misura
Gli strumenti per la calibrazione per reciprocità
Microfono di misura
21
Rumore ambientale
Disturbo da rumore di traffico o insediamenti produttivi su ricettori
Zonizzazione
Pianificazione normativa e legislativa
Risanamento
Esempi di barriere antirumore
22
Rumore nell’ambiente di lavoro
Il rumore in ambiente di lavoro causa
non solo disturbo ma un rischio fisico:
la ipoacusia. Si deve caratterizzare il
livello sonoro cui l’operatore è
sottoposto
Se si supera il livello consentito, si
devono utilizzare i protettori
individuali
Misura fonometrica di rumore
in ambiente di lavoro, di un
operatore.
Cuffia antirumore
23
Acustica dei materiali e sistemi edilizi
Scopo: impedire o ridurre la trasmissione del rumore tra locali
Isolamento al calpestio
Potere fonoisolante
24
Rumore in casa
DPCM 1997: requisiti acustici passivi degli edifici
Norma UNI 11367: classificazione acustica degli edifici (4 classi)
25
Acustica architettonica
Wallace Clement Sabine: lo scopritore dell’acustica architettonica
Formula di Sabine, che fornisce il tempo di riverberazione
(In primissima approssimazione)
RT60 = 0,161V
Riflessioni
Decadimento
26
Acustica musicale e Scientifica
Camera anecoica INRIM
Analisi Modale
27
Elettroacustica
Mixer
Outboards
Microfono da studio
Tutto ciò, tranne il microfono, può essere emulato tramite software su computer
28
Possibilità di lavoro offerte dall’acustica:
Oltre a ciò che è stato esposto:
Ultrasuoni clinici (Ecografia, flussimetria doppler)
Manutenzione predittiva
Sound Quality
Acustica subacquea
Applicazioni forensi (intercettazioni, riconoscimento)
29
Conclusione:
Studiate l’acustica….
Non ve ne pentirete!!!
Grazie!
Andrea Pavoni Belli
30
