Fabio Peron. Diversi tipi di suoni. Diversi tipi di suoni. Lezioni di acustica. Analisi del segnale sonoro. Segnale stazionario

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1 Piccolo richiamo sulle onde sinusoidali 3 ezioni di acustica. Analisi del segnale sonoro Fabio Peron Università IUAV - Venezia A è l'amiezza ω è la ulsazione (o velocità angolare, indica quanti eriodi ci sono in un intervallo di 2π) f è la frequenza, che indica quante volte in un'unità di temo la funzione si riete τ è il eriodo φ è la fase Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 2 Diversi tii di suoni Diversi tii di suoni Segnale stazionario Segnale non stazionario Segnali deterministici stazionari (es. motori, organi meccanici, ale, ecc.) Pressione sonora, [Pa] Andamento della ressione sonora nel temo ivello di ressione Andamento del livello di ressione sonora nel temo ivello di ressione Andamento del livello di ressione sonora in frequenza deterministico casuale continui transienti Segnali casuali (es. ioggia, vento) Pressione sonora, [Pa] Temo, τ [s] ivello di ressione Temo, τ [s] ivello di ressione, f Temo, τ [s] Temo, τ [s], f Segnali transienti (es. rumori da imatto) Pressione sonora, [Pa] ivello di ressione ivello di ressione Temo, τ [s] Temo, τ [s], f Segnali continui non stazionari (es. martello neumatico) Pressione sonora, [Pa] ivello di ressione ivello di ressione Temo, τ [s] Temo, τ [s], f Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 3 Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 4

2 Diversi tii di suoni a decomosizione in serie di Fourier Si dicono suoni uri o toni uri i suoni caratterizzati da un onda di una sola A artire da un suono comlesso è ossibile individuare le sue comonenti tonali. frequenza (es. note strumenti musicali). In termini matematici è ossibile sviluare in serie di Fourier la Nella realtà raramente i suoni sono uri, non sono caratterizzati da un unica frequenza ma in essi ossono essere individuate numerose comonenti. Si arla di suoni comlessi. funzione che raresenta un suono. In alcuni casi la somma delle diverse comonenti tonali orta esattamente al suono comlesso considerato. Se le comonenti sono così numerose da costituire raticamente un continuo si arla di settro a larga banda. Si individuano così la rima, seconda,. armonica del suono, funzioni trigonometriche con frequenza crescente. Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 5 Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 6 Analisi in frequenza Bande di frequenza temo Il livello di ressione sonora uò essere valutato con riferimento all intero camo delle frequenze udibili: si arla di livello globale di ressione sonora λ 1 temo f 1 Quando è utile valutare la distribuzione in frequenza dell energia sonora si ricorre all analisi settrale; si determina cioè il livello di ressione sonora entro intervalli contigui di frequenza che ricorono l intero camo di interesse. Questi intervalli vengono denominati tecnicamente bande. λ 2 = 3 λ 1 f 2 f s = frequenza di taglio sueriore f i = frequenza di taglio inferiore temo Δf (B) = f s -f i amiezza di banda f i f c f s f c = frequenza centrale o nominale f 1 f 2 f s /f i = intervallo di banda

3 I filtri 0 B analisi dello settro uò essere fatta considerando intervalli con la stessa amiezza (5 Hz, 1000 Hz, etc.) ossia ad amiezza di banda costante Filtro ideale Banda = f 2 f 1 Centro = f 0 B = 400 Hz B = 400 Hz B = 400 Hz 0-3 db f 1 f 0 f 2 Ondulazione Filtro reale: definizione della Banda a - 3 db Area = Area E fr = E fi Confronto tra Filtro reale e Filtro ideale 0 1k 2k 3k 4k 5k 6k 7k 8k 9k 10k Asse della frequenza INEARE (generalmente usato nell analisi delle vibrazioni) f 1 f 0 f 2 f 1 f 0 f 2 In alternativa l analisi uò essere effettuata con amiezza di banda ercentuale costante 1 B = 1/1 Ottava B = 1/1 Ottava B = 1/1 Ottava k 2k 4k 8k 16k Asse della frequenza OGARITMICO (generalmente usato nell analisi acustica) Banda d ottava: f Δf 1 s = 2 f i f c = fifs = fi 2 = = 0, 71 f c 2 Banda di terzo d ottava: f 2 = 2 1/3 f 1 Origine delle bande di ottava origine delle bande d ottava è nel camo della musica. Infatti un intervallo tra due note di frequenza l una doia dell altra è detto ottava. Si dice in questo caso che l intervallo di banda f 1 /f 2 vale 2. Nella musica classica si usano i suoni di frequenza comresa tra 30 e 4000 Hz. a tastiera del ianoforte resenta 8ottaveelanotadiriferimentoèilA4(della quarta ottava) corrisondente a 440 Hz. e bande d ottava ossono essere qualsiasi, l ISO ha normalizzato le bande da adottare nell analisi dei suoni. Si è diviso lo settro sonoro in modo che una banda avesse come frequenza nominale 1000 Hz. e bande di terzi d ottava sono state definite in modo da inserire tre bande in ogni banda di ottava.

4 Bande di ottava frequenza nominale fc frequenza inferiore f frequenza sueriore f 31,5 22,

5 Bande di ottava e terzi di ottava Analisi di un suono in bande B = 1/1 Ottava 1/1 Ottava /3 Ottava B = 1/3 Ottava FFT Alcune definizioni utili Rumori «colorati» Un rumore uò essere definito come una emissione sonora ad amio settro. a) rumore random o casuale: è una emissione sonora la cui amiezza istantanea non segue una legge determinata; è ossibile descrivere il rumore casuale in termini temorali mediante una distribuzione statistica ed in termini di frequenza mediante uno settro. b) rumore con comonenti tonali: emissione sonora all'interno della quale siano evidenziabili suoni corrisondenti a toni uri che siano chiaramente udibili ed identificabili strumentalmente in una certa banda come resonsabili di un'eccedenza risetto ai valori riscontrati nelle bande adiacenti: usualmente si fa riferimento a bande di terzo d'ottava e ad eccedenze di almeno 5 db. c) Rumore con comonenti imulsive: emissione sonora nella quale siano chiaramente udibili eventi sonori di durata inferiore al secondo e strumentalmente identificabili mediante la differenza tra la misura effettuata con costante fonometrica "Slow" (= 1s) e valore misurato con costante fonometrica "Imulse" (35 ms). Tali costanti sono definite dalle norme IEC); usualmente si fa riferimento ad una differenza discriminante ari a 5 db. Un rumore uò essere definito come una emissione sonora ad amio settro. a) rumore bianco: è un rumore a settro continuo in frequenza e di otenza eguale er qualsiasi banda di frequenza di larghezza costante (oure er unità di larghezza di banda) sull'intero camo considerato; E usato er verificare il funzionamento di comonenti audio (es- il canale di un mixer). Produce un suono iuttosto «brillante», er questo non è molto rilassante. E indicato er rovocare allucinazioni uditive. b) rumore rosa: è ugualmente un rumore a settro continuo in frequenza, ma è caratterizzato da una otenza costante er banda di ottava o di terzo d'ottava. Viene usato anch'esso con finalità di test e resenta un decremento di 3dB ogni volta che una frequenza viene raddoiata. In questo modo l'energia associata ad ogni ottava rimane costante su tutto lo settro. Il rumore rosa suona iù naturale degli altri rumori ed è molto rilassante. o troviamo sesso in Natura e suona come la ioggia, le cascate d'acqua, le onde dell'oceano Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 20

6 Rumore Bianco Rumore Rosa Rumore bianco Energia sonora è ugualmente distribuita in uno settro avente banda di frequenza di amiezza costante Δf Rumore rosa Energia sonora è ugualmente distribuita in uno settro avente banda di frequenza roorzionale costante Df/f Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 21 Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 22 Rumori «colorati» Rumori «colorati» c) rumore marrone: è ugualmente un rumore a settro continuo in frequenza. Ha un andamento simile al rumore rosa salvo er il fatto che si ha una caduta di 6 db (invece di 3 db) er ogni raddoio di frequenza. E un genere di rumore che sta a metà tra il rumore bianco e quello rosa, contiene una grande quantità di basse frequenze ed è il suono tiico, ad esemio, di un tuono. Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 23 Università IUAV di Venezia - Acustica alicata e Illuminotecnica rof. F. Peron 24