L acustica e l ingegneria del suono

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1 L acustica e l ingegneria del suono (Andrea Pavoni Belli *) (* INRiM: Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Torino)

2 1. L acustica e la musica L acustica è la scienza del suono: Che cosa è il suono? Il suono è la sensazione data dalla vibrazione di un corpo in oscillazione che si propaga in un mezzo elastico. Trasmissione di energia, non di particelle Pitagora, il primo studioso La corda tesa 2

3 I parametri del suono Sono stati definiti inizialmente dai musicisti Adesso li esaminiamo, uno per uno Altezza Intensità Timbro 3

4 Altezza Definisce se un suono è grave o acuto Per i musicisti: note. Do, Re, mi, etc.. Nel mondo scientifico si chiama frequenza e si misura in periodi al secondo, Hertz (Hz); gli umani sentono, circa, frequenze tra 20 e Hz. Si misura con uno strumento che si chiama frequenzimetro. Un frequenzimetro, di alta classe I cani ed i gatti sentono sino a Hz, I pipistrelli sino a Hz 4

5 Intensità Definisce se un suono è forte o debole In musica viene definito con parole, piano, forte, pianissimo fortissimo, crescendo, diminuendo, etc. Nel mondo scientifico esiste l intensità acustica, ma è troppo complessa per essere affrontata in questa sede. Si parla di livello sonoro, correntemente misurato in decibel, abbreviato in db. I decibel non sono una unità di misura: esprimono solo, su una scala logaritmica, di quante volte una grandezza da misurare è maggiore o minore rispetto ad un riferimento. Io, personalmente, misuro i db dell aglio soffritto o la qualità della mia vita, noto il riferimento. 5

6 Il termometro del livello sonoro 6

7 Un fonometro: La formula dei decibel db = 20 Log 10 P P 0 In cui Po = 20 µpa 7

8 Il Timbro Il timbro definisce il suono dei vari strumenti, o anche le vocali della voce umana Dipende dalla forma d onda Deve essere misurato con parametri numerici 8

9 Il barone Jean Baptiste Josef Fourier (Auxerre, 21 marzo 1768 Parigi, 16 maggio 1830) Ha scoperto che un segnale periodico può essere visto come una serie di componenti a frequenza multipla intera della fondamentale: la Serie di Fourier 9

10 Misura del timbro: La serie di Fourier Espressione matematica: In cui: Ma vale solo per un segnale periodico 10

11 La trasformata di Fourier (Da cui FFT: Fast Fourier Transform) Il periodo viene reso infinitesimo: integrale Ecco l espressione matematica Vale per qualsiasi segnale, anche non periodico Segnale nel tempo Spettro 11

12 Un poco di elettronica La trasformata di Fourier richiede la formula matematica del segnale Per un suono qualsiasi, uno strumento musicale, la voce umana, non c è una formula matematica che la descriva: ci vuole l elettronica Grazie all elettronica, che ricordo essere nata nel 1907, ad opera di Lee de Forest, che inventò la valvola (triodo). Ecco la prima valvola: Grazie all elettronica è così possibile misurare il contenuto in frequenza di un segnale qualsiasi 12

13 Elettronica 2 Nascono così strumenti di misura che misurano lo spettro: Gli analizzatori di spettro Ecco un paio di analizzatori di spettro storici, danesi, che hanno fatto la storia 1/3 di ottava, 2131 FFT, 2032 Oggi è possibile effettuare l analisi di spettro mediante software su Computer 13

14 L analisi di spettro nel tempo Lo spettro, oltre il livello, varia nel tempo 14

15 Alcuni sintetizzatori EMS Synthi Il grande Moog (Walter, Wendy Carlos) ARP

16 Campionatori Immagine di un campionatore: registratore digitale 16

17 Arte e scienza L armonia (Jean Philippe Rameau) Combinazione di suoni concomitanti Non c è arte che non possa essere misurata. Non c è scienza che non possa essere arte (es. frattali). 17

18 L acustica e l ingegneria del suono L acustica ha oggi vita autonoma, come disciplina scientifica, seppure poco studiata Alcuni ambiti: La percezione uditiva e l effetto del rumore Acustica fisica La strumentazione di misura Rumore nell ambiente esterno ed abitativo Rumore in ambiente di lavoro Acustica dei materiali e dei sistemi edilizi Acustica architettonica Acustica musicale Elettroacustica altro ancora 18

19 1] Acustica fisica L equazione d onda Sonoluminescenza Costante di Boltzmann 19

20 La percezione uditiva e il rumore Il rumore è un suono non gradito Audiometria 20

21 La strumentazione di misura Gli strumenti per la calibrazione per reciprocità Microfono di misura 21

22 Rumore ambientale Disturbo da rumore di traffico o insediamenti produttivi su ricettori Zonizzazione Pianificazione normativa e legislativa Risanamento Esempi di barriere antirumore 22

23 Rumore nell ambiente di lavoro Il rumore in ambiente di lavoro causa non solo disturbo ma un rischio fisico: la ipoacusia. Si deve caratterizzare il livello sonoro cui l operatore è sottoposto Se si supera il livello consentito, si devono utilizzare i protettori individuali Misura fonometrica di rumore in ambiente di lavoro, di un operatore. Cuffia antirumore 23

24 Acustica dei materiali e sistemi edilizi Scopo: impedire o ridurre la trasmissione del rumore tra locali Isolamento al calpestio Potere fonoisolante 24

25 Rumore in casa DPCM 1997: requisiti acustici passivi degli edifici Norma UNI 11367: classificazione acustica degli edifici (4 classi) 25

26 Acustica architettonica Wallace Clement Sabine: lo scopritore dell acustica architettonica Formula di Sabine, che fornisce il tempo di riverberazione (In primissima approssimazione) RT60 = 0,161V Riflessioni Decadimento 26

27 Acustica musicale e Scientifica Camera anecoica INRIM Analisi Modale 27

28 Elettroacustica Mixer Outboards Microfono da studio Tutto ciò, tranne il microfono, può essere emulato tramite software su computer 28

29 Possibilità di lavoro offerte dall acustica: Oltre a ciò che è stato esposto: Ultrasuoni clinici (Ecografia, flussimetria doppler) Manutenzione predittiva Sound Quality Acustica subacquea Applicazioni forensi (intercettazioni, riconoscimento) 29

30 Conclusione: Studiate l acustica. Non ve ne pentirete!!! Grazie! Andrea Pavoni Belli 30