Lezione del 20-03

ONDE SONORE
Fluidi: onde di pressione (densità) longitudinali
Frequenze: Udibile (human range) 20 Hz-20 kHz
Separa Infra/Ultra-suoni
FENOMENI SONORI
Propagazione:
-
Riflessione e rifrazione (ma non in vuoto)
Diffrazione
Barriere (fonoassorbimento/fonoisolamento)
Ritardo (eco, riverbero)
Sovrapposizione:
-
Interferenza
Battimenti
Movimento relativo:
- Effetto Doppler
RIFLESSIONE
S1/S2 ritardo (eco, riverbero)
d1/d2 > d, W1/W2 < W
RIFRAZIONE
DIFFRAZIONE
L >> λ
L << λ
Principio di Huygens-Fresnel
(fronte d’onda, inviluppo)
RIVERBERO
Livello
sonoro
L1
Tempo
T1
T2
T3
BARRIERE
Isolamento: ΔL = Lsenza - Lcon
Barriera di altezza h ed infinitamente
lunga,
l’energia
che
raggiunge
l’ascoltatore è quella trasmessa per
diffrazione: Ld = 10 log (3+20N)
N = 2 / = 2 (SB + BA -SA)/
- diffrazione sui bordi (B/C/D)
- trasmissione attraverso la barriera T
- riflessioni e diffrazioni altre sup (SEA)
Wo = Wr + Wa + Wt
1 = R+A+T
Fono-assorbimento: A
Fono-isolamento: 1 - T
INTERFERENZA
corda vibrante finita con estremi fissi
x=0, x=L => y=0
Modi Normali
y = A sin (kx-ωt+φ) + A sin(kx+ωt+φ) = 2 A sin (kx+φ) cos (ωt)
y = An sin (knx) cos(ωnt)
nodi: y=0 => sin (knx)=0 => x/L=m/n (m=1,2….n-1)
ventri: |y|=max => |sin (knx)|=1 => x/L=(m+½)/n (m=0,1….n-1)
Tubo (canna) cilindrico (aperto/chiuso)
P(0)=P0
ν = n VWAVE/ 2L
P(0)=P0 + P1
ν = (n+½) VWAVE/ 2L
RISONANZA
BATTIMENTI
Se Δω/<ω> > 6% l’orecchio distingue due toni, altrimenti si sente il battimento:
un singolo tono di ampiezza modulata lentamente nel tempo …
EFFETTO DOPPLER
Sorgente/Mezzo/Osservatore in moto relativo
VS : during τ Δx = VS τ => λA= λ - VS τ (λB= λ + VS τ )
νA= VWAVE / λA = 1/(1- VS /VWAVE ) ν
VA : νA = (VWAVE + VA ) / λ = (1+ VA/VWAVE ) ν
General: νoss = (VWAVE +/- VOSS )/(VWAVE -/+ VS ) ν
EFFETTO DOPPLER
Se VS > VWAVE
Numero Mach: M = VS /VWAVE (sin θ =1/M)
Es: Effetto Cerenkov x luce
CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO
Velocità: VWAVE ≈ 334 m/s
(Ritardo ≈ 3s/km)
Frequenza: ν = 20-20000 Hz
Lunghezza d’onda: λ = 17 mm-17 m
Pressione/Densità/Spostamento/Velocità
G = G0 + G1 sin (kx-ωt)
CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO
CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO
Velocità: VWAVE ≈ 334 m/s
(Ritardo ≈ 3s/km)
Frequenza: ν = 20-20000 Hz
Lunghezza d’onda: λ = 17 mm-17 m
Ampiezza:
•
•
•
•
•
Pressione sonora P
Velocità delle particelle V
Densità di energia sonora E
Intensità sonora I
Potenza sonora W
Pa
m/s
J/m3
W/m2
W
CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO
p'
 0  c0 = 433 kg/m2/s
Impedenza acustica Z =
v'
Valori istantanei e mediati
PMAX = P0 + P1 ma <P> = P0
=> PRMS = √ < P2 >
T
p eff 
1
  p2  d
T
0
Densità di energia
E = ½ ρ0 < V2 > + ½ <P2>/(ρ0 .VWAVE2 ) = PRMS2 /(Z . VWAVE )
Intensità e potenza
I = P . V = E . VWAVE

W   I ( P, t )  ndS
S
CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO
Si definisce livello di pressione sonora “Lp” la quantità:
• Lp = 10 log P2/Prif2 = 20 log P/Prif
(dB)
@ prif = 20 Pa
Si definisce livello di velocità sonora “Lv” la quantità:
• Lv = 10 log V2/Vrif2 = 20 log v/vrif
(dB)
@ vrif = 50 nm/s.
Si definisce livello di intensità sonora “LI” la quantità:
• LI = 10 log I/Irif
(dB)
@ Irif = 10-12 W/m2.
Si definisce livello di densità sonora “LE” la quantità:
• LE = 10 log E/Erif
(dB)
@ Erif = 3·10-15 J/m3.
Oss) P/V= oco I = p2/oco = E·VWAVE
=> quindi
Lp = Lv = LI = LE
PERCEZIONE SUONO
Sensibilità max ≈ 4 kHz (consonanti)
(400 Hz vocali). Sens. Temporale > 30 ms
Correzione: Filtri di ponderazione
PERCEZIONE SUONO
Perdita di Sensibilità max
≈ 4 kHz (consonanti)
(400 Hz vocali)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
ORECCHIO DESTRO
ORECCHIO SINISTRO
Rumori istantanei ma con valore di picco molto forte
possono causare danni irreversibili al sistema uditivo
umano. Secondo la normativa europea tale valore non
deve essere maggiore ai 130 dB
16000
8000
4000
2000
1000
500
250
125
Rumore impulsivo
0
PERDITA IN DECIBEL
AUDIOGRAMMA UDITO NORMALE
FREQUENZE IN Hz
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
INIZIO DEL TRAUMA
ACUSTICO
Esposizione breve a livelli alti
Esposizioni di poche ore a livelli alti possono causare,
per via semplicemente della sollecitazione meccanica,
un
temporaneo
malfunzionamento
dell'organo
dell'equilibrio.
00
0
00
FREQUENZE IN Hz
16
80
00
40
00
20
0
00
10
50
0
25
5
INFERIORE A 5 ANNI
12
0
PERDITA IN DECIBEL
PERDITA DI UDITO IN AMBIENTE RUMOROSO
DA 5 A 10 ANNI
Esposizione prolungata a livelli medio alti
DA 10 A 20 ANNI
Esposizioni di diverse ore ogni giorno a livelli medio
alti negli anni causa danni permanenti al sistema
uditivo umano.
OLTRE I 20 ANNI