Rumore virtuale. Andrea Cerniglia (Estratto da RCI, anno XXVI N. 7, luglio 1999, Tecniche Nuove)

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1 Rumore virtuale Andrea Cerniglia (Estratto da RCI, anno XXVI N. 7, luglio 1999, Tecniche Nuove) Una semplice descrizione del processo di auralizzazione, ossia di quanto viene offerto da alcuni sistemi di simulazione sonora, capaci di fare ascoltare preventivamente come il suono emesso da una particolare sorgente, verrà percepito all interno di un determinato ambiente. Una accurata progettazione della climatizzazione di un ambiente destinato alla permanenza di persone deve tenere conto, oltre ovviamente ai criteri di diffusione dell aria, anche dell influenza acustica che i diffusori possono avere sull ambiente stesso. La silenziosità di una installazione diventa poi un aspetto di primaria importanza per quegli ambienti che, per loro destinazione d uso, necessitano di un livello di rumorosità di fondo particolarmente basso; rientrano in questa tipologia di situazione locali quali studi televisivi, teatri, sale conferenza, musei. Al fine di aiutare il progettista nel proprio lavoro, l odierna tecnologia mette a disposizione, oltre ai programmi previsionali acustici mirati allo studio del campo sonoro all interno di un ambiente, dovuto alle sorgenti in esso presenti, anche altri programmi che possono essere di aiuto nell ottimizzazione di una installazione sotto il profilo acustico. In questo articolo viene descritta una famiglia di software finalizzati ad una particolare tipologia di simulazione acustica, i quali possono essere utilizzati sia in modo autonomo, sia come complemento ai citati programmi previsionali. L operazione eseguita dai software in esame, e nota con il nome di auralizzazione, consiste nella associazione di un suono registrato in determinate condizioni, con le caratteristiche acustiche di un ambiente, allo scopo di ascoltare come il suono emesso dalla sorgente sonora, allocata virtualmente in un punto dell ambiente, si presenterebbe all orecchio di un ascoltatore, anch esso posto in una determinata posizione. In altre parole è possibile ascoltare il suono dovuto ad una sorgente installata in un locale, prima di eseguire fisicamente l installazione. Per procedere a questo tipo di simulazione è quindi necessario disporre sia della registrazione del suono da auralizzare, sia di una particolare caratteristica acustica dell ambiente nel quale posizionare virtualmente la sorgente considerata; questa caratteristica può essere ricavata direttamente per mezzo di apposita strumentazione, oppure può venire simulata facendo ricorso ad alcuni programmi previsionali acustici. Tra i vantaggi offerti da questa tecnica vi è quindi la possibilità di valutare preventivamente, ed in modo acustico, l eventuale disturbo arrecato da una particolare installazione al variare della posizione di quest ultima, o al variare dei possibili interventi finalizzati al miglioramento del clima sonoro; oggi è in pratica possibile, oltre alla simulazione numerica operata dai classici programmi di

2 previsione sonora e relativa alla distribuzione del rumore in un ambiente (o al calcolo di altri parametri quali ad esempio il tempo di riverbero o lo Speech Trasmission Index), procedere, per mezzo dei programmi di auralizzazione, anche ad una simulazione acustica nel senso stretto del termine, assoggettabile quindi ad un giudizio da parte di un campione di ascoltatori. Procedendo con ordine nella descrizione del processo, definiamo innanzitutto le caratteristiche che il suono registrato deve avere per potere essere impiegato ai fini dell auralizzazione. E ovvio che, ai fini della simulazione, il suono registrato non deve essere affetto dall influenza di alcun ambiente, diversamente si otterebbe una simulazione acustica dovuta ad una doppia ambientazione, quella nel locale di registrazione, sovrapposta a quella nel locale oggetto di studio; per ottenere ciò è quindi necessario che la registrazione del suono avvenga in camera anecoica o comunque in condizioni di campo libero ( e ovviamente in assenza di altri suoni indesiderati). La registrazione del suono da auralizzare deve essere eseguita per mezzo di opportuni trasduttori e con un sistema di registrazione di elevate prestazioni, tale da non alterare il fenomeno originale. Poiché la registrazione sonora dovrà poi essere trasferita all interno del computer, per essere quindi processata dal software, è ovvio che anche la scheda audio in dotazione al calcolatore, deve possedere caratteristiche adeguate allo scopo. La seconda informazione necessaria prima di potere procedere alla simulazione, è la risposta all impulso, ossia un dato caratteristico del locale in esame, relativo ai due punti prescelti ( quello di emissione e quello di ascolto), che è legato alle correlazioni acustiche esistenti tra i due punti; evitando in questa sede una descrizione matematica della risposta all impulso, possiamo immaginare quest ultima come un dato che indica il modo in cui un ipotetico impulso applicato nel punto di emissione, verrebbe percepito nel punto di ricezione. In realtà la risposta all impulso è una funzione matematica che, come già detto in precedenza, può essere ricavata sia a partire da rilievi sperimentali, sia, in alcuni casi, per mezzo delle simulazioni effettuate dai già citati classici programmi previsionali acustici. Nel primo caso è quindi necessario eseguire apposite misurazioni nell ambiente per mezzo di adeguata strumentazione; nel secondo caso è possibile, se previsto dal software impiegato, utilizzare il modello matematico dell ambiente, realizzato a calcolatore, per ottenere l informazione cercata. Per meglio chiarire il significato della risposta all impulso, la figura 1 mostra due funzioni di questo tipo, la prima relativa ad un ambiente acusticamente poco assorbente, la seconda relativa invece allo stesso ambiente trattato con materiali fonoassorbenti.

3 Figura 1 : Risposte all impulso di un ambiente prima e dopo di un particolare trattamento acustico. L asse orizzontale rappresenta il tempo. La curva superiore mostra uno smorzamento minore rispetto alla curva inferiore. (Software di simulazione Ramsete e software di conversione e auralizzazione Aurora ) Dall immagine è possibile verificare come nell ambiente acusticamente poco assorbente, la curva tende smorzarsi in un tempo lungo, mentre nel caso di ambiente con maggiore assorbimento, la risposta all impulso ha un andamento più smorzato. Il processo matematico che consente di combinare la risposta all impulso con il suono da auralizzare, è noto con il nome di convoluzione. Anche qui, evitando la descrizione matematica della convoluzione, possiamo immaginare quest ultima come una sorta di sommatoria di quanto ottenuto combinando opportunamente ogni singolo campione costituente il segnale acustico anecoico, con la risposta all impulso considerata. La figura 2 mostra la rappresentazione, in funzione del tempo, della frase rumore virtuale, registrata in condizioni di campo libero; la figura 3 rappresenta invece le convoluzioni del suono di figura 2, con le risposte all impulso precedentemente mostrate. Figura 2: Rappresentazione, in funzione del tempo, delle parole rumore virtuale registrate in assenza di effetti ambientali.

4 Figura 3: Convoluzione del suono di figura 2 con le risposte all impulso di figura 1 eseguita con il software Aurora (le scale dei tempi di figura 1, 2 e 3 sono differenti) Dall immagine è possibile vedere come per la situazione relativa all ambiente maggiormente riverberante, la simulazione da luogo ad un segnale in cui le varie parti che costituiscono la frase, sono meno distinte a causa del riverbero dovuto all ambiente (in alto), rispetto invece a quanto ottenuto per la situazione relativa all ambiente con migliori caratteristiche di assorbimento acustico (in basso). I due segnali così ottenuti dal processo di convoluzione, se ascoltati in opportune condizioni, rappresentano la simulazione acustica cercata, nelle due diverse situazioni dell ambiente (nel caso specifico relativa alla frase rumore virtuale ). E certamente molto difficile descrivere con grafici e parole qualcosa che, nella sua essenza, è legato ad una complessa percezione quale l udito. Tentando comunque una descrizione dei tre suoni rappresentati (quello anecoico ed i due relativi alle simulazioni), è possibile descrivere il primo come un suono asciutto, privo di effetti ambientali; gli altri due si presentano invece all ascolto, accompagnati da un effetto di ambienza, molto più marcato per la situazione relativa al locale non trattato acusticamente. La figura 4 mostra schematicamente le varie fasi del processo di auralizzazione descritto, dalla registrazione anecoica del rumore emesso dalla sorgente, fino al riascolto del rumore ambientato dal software.

5 Figura 4: Le diverse fasi del processo di auralizzazione L ambiente nel quale simulare l installazione della sorgente può essere caratterizzato sia per mezzo di una misurazione, sia ricorrendo ad un programma di previsione acustica capace di calcolare la risposta all impulso tra i due punti di interesse. I sistemi per l auralizzazione hanno fino ad oggi trovato il loro principale campo di utilizzo nella simulazione di situazioni relative all acustica musicale o alla trasmissione del parlato; questi sistemi, opportunamente utilizzati, possono però fornire utili indicazioni anche nella progettazione della climatizzazione di un ambiente consentendo una valutazione acustica del rumore in funzione dei diversi tipi di diffusori, delle diverse posizioni possibili di questi ultimi, e considerando eventualmente un intervento di correzione acustica dell ambiente stesso. BIBLIOGRAFIA A. Farina, Aurora listens to trace of pyramid power, Noise & Vibration worldwide, June 1995 A. Farina, P. Galaverna, M. Giabbani - "Il processo di auralizzazione" - Atti del Convegno "L'acustica dei teatri storici: un bene culturale" - Ferrara, 4 novembre 1998 A. Cerniglia, Simulazione acustica in ambiente, RCI anno XXV n. 9, Tecniche Nuove A. Farina, Internet Aurora Home Page, Spectra technical internet home page,