Uso delle costanti di tempo nella tecnica fonometrica.-

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1 Aunti di acustica ratica N Uso delle costanti di temo nella tecnica fonometrica.- B.Abrami 1.- Premessa generale.- Nell estate del 010, avendo litigato con la fidanzata, me ne andai al mare da solo. Trovatomi con una inasettata disonibilità di temo, mi roosi di scrivere un libro che chiarisse i concetti legati alla misura di suoni e rumori, e che cercasse di far caire cosa vuol dire usare un fonometro. La mattina scrivevo, il omeriggio al mare, la sera a cantare e suonare la chitarra con gli amici triestini e dalmati. In quindici giorni arrivai fino al caitolo dei filtri er l analisi in frequenza e là lo ho lasciato. Ho fatto la ace, ace che dura ancora e sero che duri, anche se a detrimento del libro. Mi sembra eraltro, nei recessi del mio essere, che le cose scritte reclamino la luce, e luce sia! Pubblicherò, iano, iano, i vari caitoli come aunti di acustica ratica. Questo è il terzo della serie, non necessariamente nell ordine dei caitoli. Nei miei seminari viene dato amio sazio alla serimentazione eserienza - dimostrazioni. Le conoscenze di acustica generale vengono date er scontate, se ne arla unicamente nei seminari sul rischio di esosizione erché gli oeratori del settore si devono confrontare con iù disciline (cami elettromagnetici, radiazioni ottiche, esosizione termica, ecc) e sono necessariamente, data l amiezza della scienza necessaria, srovveduti in tutto. Bisogna fornir loro una base culturale minima ma comleta ed efficiente allo scoo. I artecianti ai seminari di acustica e vibrazioni ambientali sono soggetti dedicati alla materia, sono revalentemente TCAA, e disongono delle nozioni generali erché hanno arteciato ad una varietà di corsi introduttivi. Le nozioni fornite erò sono generalmente insufficienti a far caire cosa sia un fonometro e come si arrivi ai risultati cercati nelle fasi oerative; cose che dovrebbero essere l A,B,C, di ogni rofessionista. La ubblicazioni dei ezzi del mio libro mai nato che seguiranno, vanno viste come un sussidio didattico, la conoscenza del loro contenuto renderà iù roficua la arteciazione ai miei seminari..- Premessa al resente.- Nella ratica delle misure di livello sonoro o di intensità sonora si ha la necessità di definire l amiezza delle stesse. Per far ciò si hanno a disosizione un certo numero di ozioni il cui senso non semre è chiaro agli utilizzatori di fonometri ed analizzatori, con questa nota cercherò di rendere iù famigliari i concetti e i fatti storici che hanno ortato alla necessità di così tante modalità er raresentare l amiezza dei livelli sonori. Rileggendo questo caitolo mi sono reso conto di essermi fatto rendere, qua e là, dai ricordi, sarà che stò invecchiando. Lascio la cosa come è venuta erché tutto sommato non mi disiace, se qualcuno ne fosse infastidito gli chiedo anticiatamente di essere indulgente con me. 3.- Il valore di icco e valore efficace.- Se osserviamo l andamento iù semlice (sinusoidale) dei valori istantanei della amiezza della ressione acustica vediamo che il suo valore istantaneo ( (t) ) cambia da un istante a quello successivo seguendo, nel disegno, una legge sinusoidale: (t) = P max sinωt. Il momento che iù si resta, così a occhio, a definirne l amiezza è il valore massimo, ositivo o negativo, che chiamiamo il valore di icco. Tale valore erò dura un temo molto limitato della storia di questo segnale e non è quindi raresentativo del suo contenuto di otenza. Bruno Abrami Pagina 1 di 11

2 Se vogliamo avere una raresentazione del contenuto in otenza del segnale dobbiamo innanzitutto elevare al quadrato i valori istantanei (ricordate?... W x la otenza è roorzionale al quadrato dell amiezza) e otteniamo così una sequenza di semisinusoidi al quadrato, tutte ositive, la radice della media (1/T) di questa sequenza di semisinusoidi al quadrato ci dà quello che chiamiamo: il valore efficace ( eff. ). Nella ratica e invalso l uso di riferirsi al suo acronimo inglese che è rms, che stà er root mean square o radice della media dei quadrati, er cui scriverò ( rms ): + = 1 P dt rms P(t) T Il valore efficace è l equivalente continuo energetico di una amiezza variabile. In elettrotecnica viene definito come quel valore efficace di una corrente alternata che attraversando una resistenza rovoca lo stesso aumento della temeratura, nello stesso temo, di una corrente continua di egual valore. Non so come esrime con altrettanta chiarezza il concetto alicandolo all acustica ma.. si accettano suggerimenti. La concettualità generale che sottende l idea di valore efficace è che, er un dato fenomeno, comunque variabile il suo valore efficace è un solo numero ( + ). Se troviamo iù numeri, in misure successive, er la stessa sorgente, non abbiamo misurato il vero valore efficace, ovvero non abbiamo scelto un temo di integrazione sufficientemente lungo. Valori di icco o efficaci, fonometricamente arlando, li esrimiamo come livelli attraverso l uso dell algoritmo del decibel er cui il valore efficace diventa il livello efficace o livello equivalente continuo indicato come Leq : + 1 Leq = 10 log T dt;(db) 4.- Il fattore di cresta.- Il fattore di cresta (fc) esrime il raorto fra valore di icco ( icco ) e valore efficace ( rms ) ed è una grandezza secifica della forma d onda: fc = icco rms (t) 0 Per un segnale sinusoidale il valore efficace è 0,707 del valore di icco, er cui, er un valore di icco di 1 Pascal avremo 0,707 Pascal di valore efficace. Conoscendo il valore efficace risaliremo al icco moltilicandolo er 1,41. Ora... (0log 0,707) fa 3,0dB; e (0log 1,41) fa 3,0dB; er cui ossiamo dire anche che il valore efficace di una sinusoide, esresso come livello, è di 3 decibel inferiore al icco e viceversa. Ad esemio se doo aver fatta la calibrazione (il segnale del calibratore è semre sinusoidale) del fonometro, assate dalla costante Fast alla costante Picco, e attivate il calibratore, troverete che il livello aumenterà di 3,0dB ± 0,dB, dove ±0,dB è l errore di recisione (l instabilità intrinseca) di un fonometro classe 1. Ovviamente, er questa verifica, il fonometro ed il calibratore devono essere Bruno Abrami Pagina di 11

3 aoggiati sul tavolo e non tenuti in mano, il tremolio della mano farebbe vibrare il calibratore e vedreste il livello di icco andare a sasso. All estremità oosta del segnale sinusoidale abbiamo i segnali di tio imulsivo er i quali il fattore di cresta uò essere sensibilmente iù alto. 5.- Camo di misura e ortata.- Il camo di misura, er un fonometro, definisce da quale livello mimino a quale livello massimo si sarà in grado di misurare. Il camo di misura diende dal tio di fonometro e dal tio di microfono imiegato; tiicamente uò essere da 8 1 a 140 db(a). La ortata diende dalla dinamica del convertitore analogico/digitale, che oggi come oggi, è tiicamente di 110 db; er cui le ortate di misura, all interno del camo di misura, saranno tiicamente dbls ; dbls. I rivelatori di valore efficace con cui erano equiaggiati i fonometri fino a circa 30 anni fa otevano fornire un valore efficace corretto entro un certo fattore di cresta massimo: ad esemio 10dB o 3,16 volte o 0 db o 10 volte, suerato quel fattore di cresta fornivano un valore rms inferiore al reale. Nei fonometri moderni il fattore di cresta, er bassi livelli, è uguale alla dinamica della ortata utilizzata, 80 o 110 db. A fondo scala 3 il fattore di cresta massimo misurabile è 3,0dB. Un fonometro dichiarato er arrivare ad un fondo scala di 140,0dB otrà misurare un icco massimo, rima del sovraccarico di 143,0 db. E chiaro quindi che il livello di fondo scala efficace, si riferisce unicamente ad un segnale sinusoidale. Sorgente Esemi di fattori di cresta er sorgenti comuni (livelli esressi in decibel) Fast Picco Sorgente Fast (A) (A) (A) Calibratore Asiraolvere a 1,5 m Traffico autoveicolare 50 km/h Stanza comressori (aria) Rasoio elettrico a,5 m Imulso di ag ,3 8,3 Ventilatore industriale Pistola 9mm, 5m di lato Con un segnale come quello in alto a dx, ma rietitivo (una sequenza di imulsi), con un fattore di cresta di 8,3 db (5,96 volte), con un livello di icco di 143,0 db otremmo misurare un livello equivalente di massimo di 143-8,3 = 114,7 db invece dei 140 misurabili con segnale sinusoidale. Picco (A) 6.- Misurare il livello efficace.- Il fonometro offre un catalogo di modi er descrivere i livelli: icco (Peak), imulsivo (Im.), veloce (Fast), lento (Slow), livello equivalente (Leq), livello di un singolo evento (SEL). Ce n è abbastanza da erdersi, e difatti i iù ci si erdono. Per incominciare a fare chiarezza bisogna artire facendo delle distinzioni di funzione e storiche. Peak è il massimo livello istantaneo della ressione ( t ) nel temo di misura, ositivo o negativo che sia, ed è anche l unico valore di t del catalogo; Im, Fast & Slow 4 sono medie esonenziali, ovvero livelli efficaci calcolati in media mobile (Imulse con qualche riserva) e il loro temo di media è normalizzato; Leq è una media a temo definibile dall oeratore, la chiameremo una media lineare a temo di integrazione libero, dal temo T = 0 che corrisonde al Run del fonometro, al temo T = qualunque temo, che corrisonde allo Sto dell oeratore. Il temo di integrazione diende comletamente dalle scelte dell oeratore dobbiamo quindi riscrivere:. Leq = 10 log 1 T Sto Run ( t ) 0 dt Bruno Abrami Pagina 3 di 11

4 Da Leq il temo viene eliminato (1/T) er cui se si vuole dare una dimensione energetica al tutto, occorre semre secificarlo: ogni misura deve essere resentata come LAeq,T dove T è il temo di integrazione o di misura (T = t Sto T Run ). Leq è nulla, Leq,T è energia. SEL è un modo er raresentare il contenuto di energia ( E *t ) di un evento sonoro, normalizzando il temo (t) ad 1 secondo. Il SEL (Single Event Level) risonde alla domanda: quale sarebbe il LPS rms di un evento (transito, scoio e simili) se la sua energia fosse rilasciata in un secondo esatto? Ovvero: SEL = 10 log Il vantaggio di avere una quantità di energia nota er un evento ( E = *t 1sec ) è che la ossiamo salmare su qualunque temo ottenendo il livelli equivalente continuo. Ad esemio: un transito ferroviario roduce un SEL = 110 db(a), abbiamo un transito all ora, quale sarebbe il LAeq,1h, se noi stessimo lì a misurarlo er un ora? 1 1 sec Sto Run ( t ) 0 dt Sarebbe: LAeq evento, T = SEL evento (10logT) dove T viene esresso in secondi. LAeq evento, 1 h = 110 (10log3600) = db La scelta della modalità temorale con cui raresentare l amiezza del segnale corrisonde ad una esigenza funzionale: erché vogliamo saere l amiezza del livello della ressione o della intensità sonora? Se vogliamo saere cosa arriva alla coclea (orecchio interno) indiendentemente da quello che è l eserienza sonora (sistema nervoso centrale), oure vogliamo saere se un eslosione ossa rodurre la rottura di vetri, sceglieremo la modalità di icco ovvero il massimo livello istantaneo di ( (t) ). Se vogliamo avere una descrizione dell andamento del volume sonoro degli eventi, così come la serimentiamo noi, sceglieremo la modalità Fast. Se vogliamo semlicemente avere una lettura istantanea stabile di un segnale continuo ma instabile o di ridurre la frastagliatura di un sorvolo, sceglieremo la modalità Solw. Se vogliamo un livello efficace roiettabile quale che sia la dinamica dei livelli sonori useremo Leq ma rima dobbiamo orci la seguente domanda: io misuro il livello equivalente dalle alle e se lo rimisurassi dalle alle (abbiamo adottato un temo di misura di 10 ), troverei esattamente lo stesso livello, fatta salva l instabilità intrinseca di un misuratore classe 1 di ±0, db?. Due ossono essere le risoste a questa domanda: 1) misura a stabilizzazione di Leq; ) scegliere un temo, rietere iù misure e se il loro risultato si discosta dalla instabilità intrinseca, aumentare il temo e rietere l eserimento. Se vogliamo avere una misura er un evento che ci consenta la salmabilità su qualunque intervallo di temo er averne un LAeq,T; useremo SEL. La si uò mettere come si vuole, ma è evidente che la scelta di un temo di integrazione corrisonde a onderare la modalità di trattamento temorale ai fini del motivo er il quale cui si cerca un risultato, er cui d ora innanzi arleremo di scelta della onderazione temorale. 7.- La onderazione temorale Fast.- Storicamente è la rima a comarire sulla scena della fonometria; quando Arnold Petersen (General Radio) e Leo Beranek (MIT) al momento della creazione al tavolino del rimo fonometro, il GR 559-A, nel 1933, si dissero che lo strumento indicatore, che era necessariamente a bobina mobile, doveva essere velocissimo erché la risosta uditiva agli eventi sonori è raidissima. La GR fece costruire un galvanometro con un magnete molto grosso (alta densità di flusso magnetico Φ e quindi un accelerabilità elevata dell equiaggio mobile), un equiaggio mobile leggerissimo e una ago indicatore sottile in alluminio. Il Bruno Abrami Pagina 4 di 11

5 risultato di questo lavoro fu una costante di temo di 15 millisecondi. Dovevano assare circa 30 anni rima che K.E.Zwicker, D.W.Robinson e K.D.Kryter dimostrassero che il temo di integrazione dell aarato uditivo andava dai 100 ai 150 millisecondi, ma i due di Cambridge (Massachussetts, USA) ci avevano reso! Si uò dire che nella combinazione di misura: livelli sonori onderati A in frequenza e Fast nel temo (LAF (t) ) i limiti della onderazione A nel raresentare il volume sonoro, così come noi lo serimentiamo, sono molto iù gravi che non lo scostamento della misura Fast dalla nostra eserienza dell evoluzione temorale degli eventi sonori. 8.- La onderazione temorale Slow.- La raidità di risosta della costante Fast, se da una arte risondeva all esigenza di seguire i livelli sonori con una raidità che si avvicinasse a quella della nostra facoltà uditiva, d altra arte rendeva di difficile lettura segnali stazionari ma instabili. L ago oteva oscillare su di un camo di - 9 decibel. Per rendere ossibile la lettura del livello rms anche di questi segnali fu introdotta la costante Slow di 1 secondo. Non sarei rorio erché un secondo e non 1,5 o o 3 ma tant è che è andata così. Si accettano semre suggerimenti. Naturalmente si finiva er trovare segnali che anche con la costante Slow davano luogo ad oscillazioni di iù decibel. Se la sorgente era una sorgente fissa a rumore continuo si definiva il livello rms (oggi diremmo il Leq) sommando /3 della fluttuazione al minimo iù rietitivo. 9.- Ponderazioni temorali esonenziali e lineari.- Se chiamiamo τ (tau) la costante di temo, la caratteristica delle costanti di temo esonenziali è quella di fornire, con una risoluzione temorale infinitesima, il livello rms degli ultimi τ ex millisecondi er ogni istante successivo di misura. Negli anni fine 1980 inizi 1990 furono introdotte le costanti di temo lineari rietitive brevi (short Leq), di cui arleremo estesamente nel caitolo sul camionamento delle misure. Le costanti lineari rietitive (l.r.) hanno la caratteristica di ragionare a blocchetti di energia a temo definito: er τ 100 ms-l.r. al temo zero millisecondi inizia il calcolo del livello rms, al temo 100 ms finisce il calcolo; il sistema memorizza il numero, si azzera, e arte con il rossimo calcolo; a 101 ms inizia il nuovo calcolo, finisce a 00 ms; il sistema memorizza il numero, si azzera e... alla via così. La risoluzione temorale è di 100 ms, o comunque di τ millisecondi, e non infinitesima come con le costanti esonenziali. La conseguenza della risoluzione non infinitesima ma a temo definito è che il metodo lineare-rietitivo (Short Leq) non è usabile quando il livello massimo efficace è l oggetto della nostra attenzione. Se abbiamo un evento breve tio uno scoio, un imatto, il assaggio di una motrice ferroviaria o di una moto o di un aeromezzo militare, il fatto che il livello di icco massimo (nei cui dintorni temorali starà il massimo efficace) cada interamente all interno di uno dei blocchetti di energia è materia di robabilità, non è un fatto deterministico. Si va dall evento che cade esattamente nel blocchetto di energia all evento che distribuisce la sua energia metà in un blocchetto e metà nel successivo; differenza? 3,0 db! Parlando di questi asetti della misura si trova semre il rofessore di turno, fissato con gli short Leq, che dice: io allora camiono a 5 ms l.r. ; il nostro è rofessore aunto erchè dimentica che al livello misurato con una onderazione temorale di 5 ms l.r. non corrisonde alcuna ercezione né sonora né vibratoria. Può quindi caitare, che una serie storica di eventi, tutti uguali come contenuto di energia, diano luogo a degli L MAX,l.r. con una instabilità intrinseca (errore di misura) di 3,0 db se arliamo di rumore, o del 40% se arliamo di vibrazioni. Ad esemio un MTVV 5 misurato in lineare rietitivo da 1 secondo otrà essere di 70 mms - (Wz) ovvero vibrazione fortemente ercettibile, ma i mobili di casa stanno fermi, il corrisondente in Slow (risoluzione temorale infinitesime) otrà essere 98 mms - (Wz) ovvero vibrazione fortemente ercettibile, con i mobili di casa che sobbalzano ad ogni transito. Bruno Abrami Pagina 5 di 11

6 10.- La registrazione grafica.- La costante Fast, er il fatto di coincidere, seur casualmente, con la nostra eserienza sonora, ortava un mucchio di informazioni che venivano erse al semlice quardar l ago, anche erché la dinamica degli strumenti a bobina mobile era dell ordine dei 15 0 decibel. Le informazioni erse erano: B&K Level recorder 301 la forma sonora dell evento e i livelli minimo e massimo. Data al 1933 il rimo registratore grafico (Neumann level recorder) che aveva lo scoo di amliare la dinamica del fonometro e conservare traccia del decorso storico dei livelli sonori. Veniva utilizzato unicamente er misurare i temi di riverbero. Poteva vantare una dinamica da 0 a 100 decibel, il otenziometro logaritmico andava ad acqua e il tracciato era di tio fotografico. Nel Peer Vilhelm Brüel rogettò e costruì il rimo registratore grafico a carta, messo in roduzione dalla Brüel & Kjear, Naerum, Danimarca, qualche anno doo (1949) con numero di modello 301, esava 5 kg, seguito nei tardi 60 dal modello 305, e nei tardi 70 un modello iù leggero e ortatile: il 306. Il motivo della ritardata assunzione in roduzione del registratore grafico fu che l accordo fra Viggo Kjaer e Peer V. Brüel era che non si sarebbe rodotto nulla che non avesse una rosettiva di vendita di almeno 75 ezzi, e che Viggo Kjaer non dette credito alla roiezione di 150 ezzi fatta da PVB. Quando PVB incominciò a vendere il suo con una buona frequenza VK cambiò idea e nacque il 301. In 30 anni la Brüel & Kjear vendette registratori grafici, senza alcuna concorrenza. Il registratore grafico fu la unta di lancia che consentì alla Brüel & Kjear di 306 sfondare in mercati altrimenti imenetrabili er una iccola società: USA, Unione 305 Sovietica, Cina. Era rorio un rodotto indisensabile, atteso dagli acustici di tutto il mondo! I fonometri, sin dai rimi, avevano una uscita in alternata (AC outut) alla quale era disonibile il segnale del microfono amlificato con voltaggi di uscita dell ordine dei 3,16 5 volts rms er fondo-scala; tale uscita oteva essere usata er ilotare il registratore grafico o un registratore magnetico. Nei fonometri moderni la funzione della registrazione grafica viene svolta er via numerica, i livelli vengono camionati, memorizzati e visualizzati tramite aosito software doo essere stati trasferiti al PC, ma questo è un argomento a sé che verrà sviluato alla fine del resente. Bruno Abrami Pagina 6 di 11

7 Verso la metà degli anni 70 cominciavano a comarire i rimi strumenti dotati di interfaccia digitale, rima i grossi analizzatori in temo reale tio il 3347 della Brüel & Kjear (sx) e il 195 della General Radio (dx) seguiti iù tardi dai fonometri. Alberto Armani lavorava allora er la Brüel & Kjear Italiana e non aena vide i 5 buchini del connettore di interfaccia andò in visibilio mi ricordo che lo guardavo armeggiare con il comuter, il cavo di interfaccia e l analizzatore e dicevo fra me e me chest chi l è matt. Il connettore di interfaccia era stato ensato, credo, fondamentalmente er automatizzare il collaudo di fine linea di roduzione. Armani, nel 1975, ci vedeva il futuro della gestione via PC dei risultati delle misure. Mi ricordo che un giorno del 1976 PVB ebbe un colloquio con Alberto sulla gestione delle misure via comuter, doo di che lo accomagnai all aeroorto rivato di Linate a rendere il suo Pier Atzec bimotore er ritornare in Danimarca, e PVB commentando il colloquio avuto con Alberto mi disse:..this man has really a big head! Cosa che, detta da PVB, era certamente un bel comlimento. L atmosfera in Brüel & Kjear Italiana invece non era delle iù favorevoli, colleghi criticoni, cercavano sesso di ostacolarlo con il retesto che il temo che lui dedicava alla serimentazione era sottratto alle vendite. Ma l Abrami, nella sua veste di venditore iù anziano, che aveva semre l ultima arola su tutto quello che riguardava le vendite, teneva semre ronta la difesa er chiunque si intromettesse fra l Armani e il suo cavo di interfaccia. Quando nel 1985 (io allora ero imegnato nel mercato medicale er conto della Brüel & Kjear) Alberto Armani si trasferì in Sectra srl, iniziò con la raresentanza italiana di Ono Sokki, una società giaonese roduttrice di svariata strumentazione er l automotive fra cui un certo numero di analizzatori FFT sui quali si concentrò la sua attenzione. Cercando una sonda di intensità da abbinare ad essi, trovò la Larson Davis (Utah, USA). Larson Davis roduceva fonometri, analizzatori statistici e analizzatori in temo reale. I fonometri e gli analizzatori statistici erano esteticamente brutti, ma l interfaccia (a differenza di tutti gli altri fonometri della concorrenza) consentiva l accesso totale a tutte le funzioni del fonometro e l architettura era del tio multitasking ovvero la gestione dei dati via interfaccia era comletamente indiendente dalla acquisizione. Gli analizzatori statistici 80 e 870 avevano inoltre un dinamica di 110 db, cosa allora unica al mondo. Ci volle un transfuga dalla Larson Davis assato alla Brüel & Kjear nel 1995 er sensibilizzarli all imortanza della gamma dinamica estesa. Tolte alcune alicazioni industriali degli analizzatori, l attenzione di Alberto si concentrò sul otenziamento delle funzioni del fonometro Larson Davis 800B costruendo un software che consentisse di trasferire la storia in Fast e i camioni di settro sul PC. I camioni rovenivano da un fonometro conforme alle IEC 651 Tio 1 e IEC 804 Gruo I. Le oerazioni matematiche che eventualmente si facevano su quei dati nulla toglievano alla classe di recisione erché questa è influenzabile solo dai limiti acustici, meccanici ed elettronici dello strumento. La storia oteva essere visualizzata sullo schermo del PC, coiata e stamata su di un documento di Word o Power Point e questo era già un bel asso avanti. Disonendo oi della storia in Fast in formato numerico la cosa ariva imortanti rosettive si oteva: a) calcolare il livello equivalente e il nostro si inventò er rimo la resa grafica del livello equivalente rogressivo (chiamato inesteticamente running Leq"); b) calcolare e raresentare graficamente l analisi distributiva e cumulativa dei livelli anche quando il fonometro non lo faceva; c) fare monitoraggi er temi a iacimento senza ortarsi dietro i rotoli di carta del registratore grafico; Bruno Abrami Pagina 7 di 11

8 si oteva inoltre, rescindendo dalla resenza sul camo, fare una serie di oerazioni fondamentali che resero iù tardi il nome di oerazioni di ost-elaborazione quali: d) tagliare un ezzo di storia e trattarlo come se fosse una nuova misura, svolgervi calcoli e raresentazioni grafiche indiendenti dalla misura-madre; e) eliminare dalla storia eventi incoerenti con l intenzione della misura che influenzando il livello equivalente avrebbero richiesto la rietizione della misura. Sviluare il software era un lavoro mangia-temo che il nostro non si oteva concedere e si mise alla ricerca di chi otesse dedicarcisi a temo ieno. L ing.castelli, gli indicò un tizio che faceva a temo erso il softwaerista, er assione, tal Gianaolo Poletti. Nacque così un sodalizio che dura a tutt oggi. Il software nella sua forma iniziale lavorava in DOS e venne battezzato SPL 3100, correva l anno Nel 1995 si assò alla versione in Windows battezzandola Noise & Vibration Work, includeva l eserienza di 10 anni di lavoro su SPL 3100 ed è diventato il leader mondiale dei software di acquisizione e ostelaborazione er le misure di rumore e vibrazioni. Quello che volevo enfatizzare con questo aragrafo è l imortanza della storia del livello sonoro in Fast che ci consente di riconoscere quello che è accaduto durante una misura, tanto che er avere quella storia, negli anni si andava in giro con un registratore grafico che esava 5 kg e si ritornava a casa con decimetri di carta. Se non si aveva l analizzatore statistico (che era ilotato dal ennino del registratore grafico), e si voleva avere il LAeq, si rendeva matita e righello, si decideva il asso del camionamento (1 cm, 5 mm, 3 mm) ci si annotava la sequenza dei livelli, er ogni livello con il regolo calcolatore si andava cercare la mantissa er oter oi avere l antilogaritmo, er oter calcolare la media di otenza (Leq). che alle! 11.- La onderazione temorale Imulse.- Nel 1966 la IEC (International Electrotecnic Commettee) di Ginevra (Svizzera) decise che era temo di dotare i fonometri con una costante di temo secifica er gli eventi sonori a carattere imulsivo. L esigenza era sentita, sia erché la misura in Fast non revedeva l ozione Max Hold (memoria del valore massimo) e i registratori grafici erano molto esanti e funzionavano solo a rete, sia erché, oramai, iù ricercatori avevano indagato il temo di integrazione dell aarato uditivo umano. Alcuni, la netta minoranza, roendeva er temi dell ordine dei 10-0 millisecondi, i iù er temi dell ordine dei millisecondi. Si ritenne imortante invitare uno degli alfieri dei 10-0 millisecondi, il Prof. Reichart di Dresda (Reubblica Democratica Tedesca) che dichiarava 15 millisecondi, ma erano i temi della Guerra Fredda, e le autorità non gli consentivano un viaggio nell Ovest caitalista e ieno di tentazioni. La commissione dovette trasferirsi a Praga (Cecoslovacchia). Durante le riunioni non vi fu modo di mettersi d accordo su quale dovesse essere la costante di temo er gli imulsi: Zwicker e Reichart restavano fermi sulle loro idee. La differenza era rilevante 1:10. L ultimo giorno, quando si doveva ritornare tutti a casa, alle 16, i due studiosi furono regati di andare a ranzare insieme e di non far ritorno fintanto che non fossero stati in grado di resentare un valore comune er la costante di temo imulsiva. I due ritornarono senza aver trovato un accordo, Zwicker roose di lasciare ai artecianti la decisione su quale dovesse essere il valore, caldeggiando di abbandonare comletamente l idea di una costante di temo imulsiva in quanto la costante Fast dava risultati iù che soddisfacenti. Reichart non insistette sui suoi 15 millisecondi, ma suggerì alla commissione che forse 35 millisecondi otevano andare bene. Furono tutti contenti di otersene ritornare a casa ora che un valore era stato trovato fintanto che qualcuno domandò: come si uò riuscire a leggere la osizione dell ago con una risosta così veloce? Nessuno ci aveva ensato. Uno, articolarmente brillante, suggerì che si oteva adottare un temo di salita di τ rise = 35ms e un temo di decadimento molto iù lento, ad esemio di τ decay = 3s. Nessuno rilevò che con queste Bruno Abrami Pagina 8 di 11

9 costanti di temo non si sarebbero otuti misurare imulsi in raida successione tio oerazioni di martellatura o il classico doio colo dai cami di tiro al iattello. Zwicker scuoteva la testa diserato, il Dr.Robinson (GB, quello delle isofoniche del 1956) brontolò qualcosa che finiva con kindergarten o asilo infantile, ed enfatizzò il fatto che l Inghilterra non avrebbe mai adottato la costante Imulse della IEC. Di fatto, la costante Imulse standardizzata dalla IEC non è mai stata usata nella ratica come metodo - in sé er misurare i rumori a carattere imulsivo. In temi successivi si dimostrò che Zwicker aveva ragione, e la commissione avrebbe fatto molto meglio a seguire i risultati dei lavori di Kryter (USA), Zwicker (RFT) e Robinson (GB). Sorgente 6 : testimonianza e commenti di P.V. Brüel, membro della commissione IEC nel Fast, Slow, Imulse.- Comunque sia andati i fatti, ci troviamo, oggi, con queste tre costanti di temo esonenziali o quasi (Imulse), delle quali è bene comrendere le rorietà ai fini oerativi. Abbiamo già indicato la costante Fast come la iù utile, in quanto quella che ci consente, con risoluzione temorale infinitesima, la tracciatura di storie del volume sonoro che assomigliano molto a come noi lo serimentiamo. Le costanti di temo fonometriche esonenziali Imulse Fast Slow τ in = 35 ms ; τ out = 1,5 s τ = 15 ms τ = ms Per caire le relazioni dinamiche reciroche vediamo un tracciato generato da un segnale sinusoidale, a Hz, della durata di 6 secondi equivalente a 10 db rms. Per la misura sono state usate, in ordine di raidità, contemoraneamente, le costanti 10ms lineare rietitiva, Imulse, Fast, Slow. Il tutto camionato ogni 10ms. Il lineare rietitivo da 10ms dà il livello rms di 10 db al rimo camione (in 10ms stanno 10 eriodi di 1kHz), le costanti esonenziali arrivano a 10 db, ciascuna doo 5*τ ; trascorsi quindi 5 secondi (5*Solw) tutte e quattro le costanti di temo leggono lo stesso valore. Allo segnersi del segnale, doo 6 secondi, la lineare rietitiva ovviamente sarisce e le esonenziali decrescono rogressivamente, il loro decorso storico raresenta, in ogni istante, er Fast e Slow, con risoluzione temorale infinitesima, la media degli ultimi τ ex millisecondi. Il decadimento di Imulse è stato standardizzato er un τ out è invece di 1,5 secondi. Il fatto che ognuna delle costanti raggiunge il 100% del livello efficace del segnale doo 5*τ ci dice che er segnali iù brevi di τ ognuna delle tre costanti esonenziali ci darà un livello diverso, rogressivamente Bruno Abrami Pagina 9 di 11

10 minore, assando da Imulse (35ms) a Fast (15ms), a Slow(1s); e che, la loro differenza, entro certi limiti, sarà tanto maggiore quanto iù breve la durata del segnale mediato. Ed è questa la filosofia, isirata al tecnicamente fattibile, che ha messo a unto il metodo er il riconoscimento dei rumori a carattere imulsivo del nostro DPCM16/03/98. Un rumore a carattere imulsivo consegue ad un rilascio imrovviso di energia (scoio, imatto, rilascio violento di gas in atmosfera, grido, abbaiar di cane) dura il temo di arrivare al suo livello massimo er oi decrescere controllato da tau. Dovrebbe essere intuitivamente evidente che un evento della durata di 10ms salmato su 35ms darà un valore e un livello, salmato su 15ms un valore e un livello iù bassi, salmato su 1.000ms un valore e un livello ancora iù bassi. Tiico anorama sonoro rodotto al recettore da un camo di tiro al iattello.- La sorgente sono gli sari, nella veste tiica del tiro al iattello, del doio colo Conclusione.- A questo unto dovrebbe essere evidente che chiedendo la misura di un livello massimo si debba accomagnare alla richiesta la modalità della misura del massimo, secificando tanto la onderazione in frequenza quanto la onderazione nel temo, ad esemio: LCPk MAX ; LAF MAX ; LAS MAX ; LA0ms Max. Una storia di livelli, eraltro, verrà indicata come LAF (t) ; LAS (t) ; LAI (t) ; LA10ms (t). In assenza di queste indicazioni i risultati sono illeggibili, come è illeggibile un LAeq senza temo. Va semre scritto LAeq,T; dove T è il temo di misura o di integrazione. Un'altra confusione che si osserva con una reoccuante frequenza è quella di scambiare il icco er il massimo, nel linguaggio fonometrico icco è semre il massimo di (t) e quindi un valore o un livello istantaneo o della forma d onda se referite; massimo è semre un valore o livello efficace (rms) del quale va secificata la onderazione temorale (I, F, S, XXms). Bruno Abrami Pagina 10 di 11

11 Riferimenti 1 L inizio del camo di misura diende dal rumore intrinseco del sistema fonometrico che, er un buon fonometro, oggi, è dell ordine dai db(a), se consideriamo sia 18 db(a), allora otremo avere misure acustiche incontaminate a artire da 18+0 = 38,0 db(a). Difatti = 38,05 db(a). Normalmente si referisce ammettere un errore massimo fino a +0,5 db; er cui si uò dire che il camo di misura utile inizia dal rumore intrinseco iù 10 db. Ovvero = 8dB(A). Dove, misurati, diventano = 8,46 db(a). Ls: livello ressione sonora, ovvero decibel riferiti a 0 microascal. 3 Nella strumentazione il fondo scala indica il valore o il livello massimo misurabile con una determinata ortata e non il minimo come comunemente inteso dai non addetti. 4 LA eff,to, τ 1 = 10log τ to A (t).e (t t 0 )/ τ 0 dt;(db) Livello sonoro (erché onderato A ) efficace nell istante t 0 mediato nel temo τ Tau = R*C. Dove Tau è di 35 ms er Imulse; 15 ms er Fast; ms er Slow. 5 Maximum Transient Vibration Value, utilizzato er valutare l imatto da vibrazioni in ambiente di vita, da sorgenti transitorie (treni, traffico gommato e simili) viene misurato er definizione con onderazione Slow nel temo e W asse come onderazione in frequenza, vedi ISO 631 et seq. 6 P.V.Brüel.- Of Acoustics and measurements. Memoirs of a Danish Pioneer. Part.- Sound & Vibration, Agosto 008, Bruno Abrami Pagina 11 di 11

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