FISICA DEL SUONO



CENNI DI FISICA ACUSTICA

Il suono è un fenomeno fisico di carattere ondulatorio che stimola il senso dell'udito.
Un'onda sonora che viaggia attraverso l'aria non è altro che una successione di rarefazioni e compressioni di piccole porzioni d'aria; ogni singola molecola trasferisce energia alle molecole adiacenti e, dopo il passaggio dell'onda, ritorna pressappoco nella sua posizione iniziale.
I passaggi da rarefazione a compressione variano in frequenza, intensità e durata per cui ciascun suono può essere descritto considerando queste tre caratteristiche .

Nelle figure di questo capitolo sono riportati suoni della medesima intensità, ma di diversa frequenza (Figura 1); tre suoni con la medesima frequenza, ma di diversa intensità (Figura 2).

Figura 1

Figura 2


Le unità di misura di frequenza, intensità e durata sono rispettivamente: Hertz (Hz), dB (decibel), sec. o msec. (secondi o millisecondi).
La relazione esistente tra suono considerato come entità fisica e la sensazione sonora non è lineare, ma segue la legge di Weber-Fechner, secondo la quale  l’intensità di una sensazione fisiologica è proporzionale al logaritmo dello stimolo per cui quando la pressione sonora si decuplica, il livello di pressione sonora aumenta di 20 dB.
Questo è il motivo per cui è necessario sapere che la descrizione dell’intensità può essere fatta utilizzando o i dB  SPL (Sound Pression Level) quando si parla di pressione sonora o i  dB HTL (Hearing Threshold Level) quando si tratta di sensazione uditiva. Non è quindi corretto considerare simili i dB SPL misurati con il fonometro (strumento di misura del suono) ed livelli di soglia uditiva valutati in dB HTL con l’audiometro, se non servendosi di idonee tabelle di conversione.
Oltre a questo è utile ricordare che l’orecchio umano non è sensibile a tutte le frequenze nello stesso modo per cui i fonometri  permettono un’analisi acustica non solo lineare, ma anche con scale ponderate secondo la sensazione uditiva (La scala più utilizzata è quella ponderata in A ed è questa la spiegazione per cui  l’intensità è  spesso espressa in dBA sottointendendo l’acronimo SPL). 
Quelli che sono stati finora descritti sono i toni puri (suoni semplici, monofrequenziali) quasi sconosciuti in natura, dove, invece sono presenti i suoni complessi e cioè la presenza contemporanea di più suoni semplici. Nel linguaggio parlato, nella musica e nel rumore è raro percepire toni puri poichè una nota musicale contiene, oltre alla frequenza fondamentale, anche le armoniche successive; il parlato comprende un gran numero di suoni complessi, alcuni dei quali (ma non tutti) in relazione armonica tra loro; il rumore poi è costituito da una mescolanza di frequenze anche molto diverse (intuitivamente è paragonabile alla luce bianca, che è la combinazione di tutti i colori) e rumori diversi si distinguono per il diverso peso delle varie frequenze componenti per cui la loro descrizione può avvenire solo valutandone lo spettro e cioè il peso in dB SPL di ciascuna frequenza componente.
Per quanto riguarda la durata si distinguono:

  • rumore stabile o stazionario quando le variazioni di intensità non superano 3 dB;
  • rumore fluttuante quando le variazioni superano i 3 dB;
  • rumore intermittente quando un rumore di durata superiore a 1 sec. cade bruscamente in più riprese durante il periodo di osservazione;
  • rumore impulsivo caratterizzato da rumori di alta intensità e durata inferiore ad 1 sec.

La variabilità temporale dei vari rumori a cui si può essere sottoposti ha portato a considerare il valore energetico medio ossia il Livello Equivalente (Leq) che rappresenta il valore in dBA di un rumore continuo che ha la stessa energia sonora di tutti gli eventi acustici misurati nel periodo di osservazione.
Da un punto di vista fisico, quindi, il Leq è un integrale nel tempo di misure di livelli sonori ed il loro valore in dBALeq viene calcolato dai cosiddetti fenomeni integratori che hanno la possibilità di integrare nel tempo le varie energie sonore e di effettuare i calcoli matematici richiesti dalla formula del Leq. 

Generalmente gli strumenti forniscono direttamente i valori del Leq oltre a tutta un’altra serie di parametri che è consigliabile conoscere quali il Lmax o livello massimo e gli Ln e cioè i valori in dB misurati percentualmente in un certo periodo di tempo (valore di punta L10 nel 10%; valore medio L50 nel 50%; valre di fondo L90 nel 90%).
Riassumendo: il rumore viene misurato con un fonometro integratore  che ne quantifica l’intensità (espressa in dB SPL con scala ponderata in A), lo spettro grazie a dei filtri (peso in dB  di ciascuna frequenza) ed il valore energetico medio (Leq).
Fonometri particolarmente sofisticati permettono, inoltre, di dedurre  da una misurazione i livelli equivalenti ad un’esposizione al rumore di otto ore o addirittura di una settimana lavorativa.
Le unità di misura per quest’ultime valutazioni sono i dB Lep d  (day) ed i dB Lep w (week).