ONDE SONORE. Fluidi: onde di pressione (densità) longitudinali Frequenze: Udibile (human range) 20 Hz-20 khz Separa Infra/Ultra-suoni

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1 ONDE SONORE Fluidi: onde di pressione (densità) longitudinali Frequenze: Udibile (human range) 20 Hz-20 khz Separa Infra/Ultra-suoni

2 FENOMENI SONORI Propagazione: - Riflessione e rifrazione (ma non in vuoto) - Diffrazione - Barriere (fonoassorbimento/fonoisolamento) - Ritardo (eco, riverbero) Sovrapposizione: - Interferenza - Battimenti Movimento relativo: - Effetto Doppler

3 RIFLESSIONE S1/S2 ritardo (eco, riverbero) d1/d2 > d, W1/W2 < W

4 RIFRAZIONE

5 DIFFRAZIONE L >> λ L << λ Principio di Huygens-Fresnel (fronte d onda, inviluppo)

6 RIVERBERO Livello sonoro L 1 T 1 Tempo T 2 T 3

7 BARRIERE Isolamento: ΔL = L senza - L con Barriera di altezza h ed infinitamente lunga, l energia che raggiunge l ascoltatore è quella trasmessa per diffrazione: L d = 10 log (3+20N) N = 2 / = 2 (SB + BA -SA)/ - diffrazione sui bordi (B/C/D) - trasmissione attraverso la barriera T - riflessioni e diffrazioni altre sup (SEA) W o = W r + W a + W t 1 = R + A + T Fono-assorbimento: A Fono-isolamento: 1 - T

8 INTERFERENZA corda vibrante finita con estremi fissi x=0, x=l => y=0 Modi Normali y = A sin (kx-ωt+φ) + A sin(kx+ωt+φ) = 2 A sin (kx+φ) cos (ωt) y = A n sin (k n x) cos(ω n t) nodi: y=0 => sin (k n x)=0 => x/l=m/n (m=1,2.n-1) ventri: y =max => sin (k n x) =1 => x/l=(m+½)/n (m=0,1.n-1) Tubo (canna) cilindrico (aperto/chiuso) P(0)=P 0 ν = n V WAVE / 2L P(0)=P 0 + P 1 ν = (n+½) V WAVE / 2L

9 RISONANZA

10 BATTIMENTI Se Δω/<ω> > 6% l orecchio distingue due toni, altrimenti si sente il battimento: un singolo tono di ampiezza modulata lentamente nel tempo

11 EFFETTO DOPPLER Sorgente/Mezzo/Osservatore in moto relativo V S : during τ Δx = V S τ => λ A = λ - V S τ (λ B = λ + V S τ ) ν A = V WAVE / λ A = 1/(1- V S /V WAVE ) ν V A : ν A = (V WAVE + V A ) / λ = (1+ V A /V WAVE ) ν General: ν oss = (V WAVE +/- V OSS )/(V WAVE -/+ V S ) ν

12 EFFETTO DOPPLER Se V S > V WAVE Numero Mach: M = V S /V WAVE (sin θ =1/M) Es: Effetto Cerenkov x luce

13 CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO Velocità: V WAVE 334 m/s (Ritardo 3s/km) Frequenza: ν = Hz Lunghezza d onda: λ = 17 mm-17 m Pressione/Densità/Spostamento/Velocità G = G 0 + G 1 sin (kx-ωt)

14 CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO

15 CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO Velocità: V WAVE 334 m/s Frequenza: ν = Hz Lunghezza d onda: λ = 17 mm-17 m Ampiezza: Pressione sonora P Pa Velocità delle particelle V m/s Densità di energia sonora E J/m 3 Intensità sonora I W/m 2 Potenza sonora W W (Ritardo 3s/km)

16 CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO p' Impedenza acustica Z = 0 c 0 = 433 kg/m 2 /s v' Valori istantanei e mediati P MAX = P 0 + P 1 ma <P> = P 0 => P RMS = < P 2 > p eff 1 T T 0 p 2 d Densità di energia E = ½ ρ 0 < V 2 > + ½ <P 2 >/(ρ 0. V WAVE2 ) = P RMS 2 /(Z. V WAVE ) Intensità e potenza I = P. V = E. V W WAVE I ( P, t) S nds

17 CARATTERIZZAZIONE DEL SUONO Si definisce livello di pressione sonora L p la quantità: L p = 10 log P 2 /P rif 2 = 20 log P/P rif p rif = 20 Pa Si definisce livello di velocità sonora L v la quantità: L v = 10 log V 2 /V rif 2 = 20 log v/v rif v rif = 50 nm/s. Si definisce livello di intensità sonora L I la quantità: L I = 10 log I/I rif I rif = W/m 2. Si definisce livello di densità sonora L E la quantità: L E = 10 log E/E rif E rif = J/m 3. Oss) P/V= o c o I = p 2 / o c o = E V WAVE => quindi L p = L v = L I = L E

18 PERCEZIONE SUONO Sensibilità max 4 khz (consonanti) (400 Hz vocali) Correzione: Filtri di ponderazione

19 PERDITA IN DECIBEL PERDITA IN DECIBEL PERCEZIONE SUONO AUDIOGRAMMA UDITO NORMALE FREQUENZE IN Hz ORECCHIO DESTRO ORECCHIO SINISTRO Perdita di Sensibilità max 4 khz (consonanti) (400 Hz vocali) Rumore impulsivo Rumori istantanei ma con valore di picco molto forte possono causare danni irreversibili al sistema uditivo umano. Secondo la normativa europea tale valore non deve essere maggiore ai 130 db PERDITA DI UDITO IN AMBIENTE RUMOROSO FREQUENZE IN Hz INIZIO DEL TRAUMA ACUSTICO INFERIORE A 5 ANNI DA 5 A 10 ANNI DA 10 A 20 ANNI OLTRE I 20 ANNI Esposizione breve a livelli alti Esposizioni di poche ore a livelli alti possono causare, per via semplicemente della sollecitazione meccanica, un temporaneo malfunzionamento dell'organo dell'equilibrio. Esposizione prolungata a livelli medio alti Esposizioni di diverse ore ogni giorno a livelli medio alti negli anni causa danni permanenti al sistema uditivo umano.