Informazioni generali sul suono

Suono come moto ondulatorio

Un suono a propagazione aerea può essere interpretato come una variazione della pressione aerea nell'aria. Possiede una lunghezza d'onda, frequenza e intensità. Il suono viaggia dall'origine al punto di ricezione in un media. Quando l'energia urta le molecole del media fa sì che le molecole vibrino avanti e indietro producendo un'onda che trasmette energia sonora. La velocità del suono dipende dal mezzo che attraversano le onde ed è una proprietà imprescindibile del materiale. Un materiale solido è un ottimo trasmettitore del suono, i liquidi non trasmettono il suono in modo eccellente mentre i gas sono i peggiori trasmettitori del suono. Un esempio: il suono viaggia nell'aria a circa 340 metri al secondo, ma è in grado di passare attraverso l'acciaio a circa 5.200 metri al secondo.

Considerando che un'onda sonora è composta di un modello di ripetizioni di regioni ad alta e bassa pressione che si muovono attraverso un mezzo, a volte viene descritta come un'onda di pressione. Le onde sonore spesso vengono rappresentate in grafici come quello che segue dove l'asse x è il tempo e l'asse y la pressione o la densità del mezzo attraverso il quale viaggia il suono.

Simula un moto ondoso

Valore fisico

simbolo

unità

formula 

frequenza

 f=1/T

Hz=1/s 

 f=c/λ

Lunghezza d’onda

 λ

λ=c/f

durata  

T=1/f 

 T=λ/c

velocità d’onda

 c

m/s

 c=λxf


L'orecchio umano è estremamente sensibile e bastano anche basse intensità di potenza per sentire. La gamma dell'udito umano è nell'area fra 0 dB (soglia uditiva) e 120 dB (soglia del dolore) in frequenze tra 20–20000Hz. Le frequenze che scendono al di sotto dell'area uditiva sono note come infrasuoni mentre quelle sopra i 20000Hz vengono chiamate ultrasuoni.

La gamma di frequenza più importante dal punto di vista della distinzione del discorso è 300–3000Hz. I rumori generalmente non sono toni puri ma comprendono una gamma di trasmissioni dell'energia sonora sopra una vasta banda di frequenze. Le frequenze centrali sono uniformate a livello internazionale e la tabella qui sotto mostra alcune delle bande di frequenza standard.

Bande di ottava

Suono

 

L'orecchio umano risponde alla pressione sonora, che è misurata in unità di Pa (N/m2). La pressione sonora più bassa che un orecchio è in grado di rilevare è circa 0,00002 Pa e il limite del dolore è circa 200 Pa. A causa di questa vasta estensione di pressione, è poco funzionale l'utilizzo di una scala lineare, quindi i livelli della pressione vengono generalmente espressi utilizzando una scala logaritmica (indicata come dB). I termini dB e bel (=10 dB) di fatto sono puri termini matematici e non sono appositamente dedicati all'acustica.

Bel è il logaritmo della relazione tra due quantità. 

L'esperienza del suono varia da persona a persona. Un suono appena riconoscibile per qualcuno può essere estremamente fastidioso per qualcun altro. Le persone, inoltre, possono reagire diversamente allo stesso suono in base all'umore. In linea generale un aumento di 10 dB viene percepito come un raddoppio del livello del suono mentre il valore 1–2 dB rappresenta la variazione più piccola che l'orecchio può immaginare.

L'esperienza del suono dipende da
  • livello del suono;
  • frequenza;
  • tipo di suono: costante o intermittente;
  • rumore o musica piacevole.
Pressione del suono 

Matematica dei decibel

Come indicato in precedenza, il decibel è un valore logaritmico che non può essere aggiunto né sottratto come i valori lineari. È quindi necessario ritornare alle unità lineari, Pa, in modo da eseguire le operazioni aritmetiche e quindi riprendere i valori logaritmici.

Portiamo un esempio: aggiungere due valori del livello del suono:

Lp1= 40 dB and Lp2=45 dB

Innanzitutto, cambiare le unità in bel dividendo per 10, quindi tornare ai valori lineari in modo da effettuare l'addizione:

104.0 + 104.5 =10 000 + 31 622 = 41 622

Quindi il ritorno ai valori logaritmici significa: log (41 622) = 4.62 bel

In modo che:
Lp.tot = 46.2 dB

In alternativa, la figura sopra potrebbe essere utilizzata per ottenere lo stesso risultato.

Decibel aritmetico

 

Dal un punto di vista matematico, la somma di due fonti identiche aumenterà il livello di 3 dB mentre 10 fonti identiche di 10 dB. Ciò può essere dimostrato anche dall'immagine qui sotto.

Decibel aritmetico


Quando si misura il livello del suono, la sensibilità dell'orecchio viene considerata utilizzando filtri diversi. Tali filtri sono marcati come dB(A), dB(B) e dB(C). Il filtro di ponderazione "A" è quello maggiormente utilizzato ed imita il modo in cui l'orecchio filtra il suono. Vedere il grafico qui sotto (curva di attenuazione del filtro "A").

 

Attenuazione per il filtro A

 Immagine: curva di attenuazione del filtro "A"


Riflessione, fonoassorbimento e isolamento acustico

Il suono può essere assorbito, trasmesso o riflesso. Quando uno degli elementi che circoscrivono un ambiente come ad esempio il soffitto, il pavimento o la parete, viene colpito da un'onda sonora, parte dell'energia sonora verrà riflessa, un'altra parte assorbita dal materiale e un'altra ancora trasmessa attraverso questo, come illustrato nell'immagine

Riflesso assorbimento e isolamento acustico


La percentuale riflessa, assorbita o trasmessa dipende dalla forma del materiale o dalla costruzione colpita dall'onda sonora, e dalla frequenza del suono stesso. Sulla base di ciò, si possono definire tre parametri acustici.

Coefficiente di assorbimento α = (suono assorbito + suono trasmesso)/(suono incidente)

Coefficiente di riflessione, ζ = (suono riflesso)/(suono incidente)
Coefficiente di trasmissione, τ =(suono trasmesso)/(suono incidente)