NOTA INFORMATIVA SUL RUMORE VACCARI Via Alboino, 7 27100 Pavia Pagina 1
NOZIONI FONDAMENTALI Si ritiene opportuno riportare alcune nozioni fondamentali di acustica, onde permettere una più agevole interpretazione di quanto verrà esposto in seguito. Un corpo elastico che vibra, detto sorgente sonora, trasmette al mezzo circostante onde elastiche, dette onde sonore, che giungono fino all'organo dell'udito dando origine alla sensazione sonora. Un fenomeno sonoro, si basa quindi sul moto vibratorio di particelle materiali che appartengono ad un qualche mezzo (solido, liquido, aeriforme). Esaminiamo come esempio ciò che si verifica facendo vibrare una lamina metallica. Se questa è immessa in un certo mezzo elastico, anche il mezzo entrerà in vibrazione. Infatti le particelle che si trovano ad immediato contatto con la lamina, urtata dalle particelle superficiali di quest'ultima, entrano in vibrazione e a loro volta fanno entrare in vibrazione le particelle contigue. Nell'aria si formano, quindi, strati alternati, compressi e rarefatti, che si estendono via via tutt'attorno alla lamina; si ha pertanto una successione nell'aria di onde di compressione e di rarefazione generate dalla lamina vibrante. Queste onde, dette longitudinali, causano quindi variazioni di pressione che, giungendo alla membrane del timpano dell'orecchio, ne causano una vibrazione del tutto simile a quella della sorgente, ed il cervello la percepisce e la traduce in sensazione uditiva. Il numero di vibrazioni complete (una di compressione più una di depressione) che si verificano nella unità di tempo viene indicate con il termine di frequenza, essa viene misurata in Hertz (Hz), che corrisponde ad una oscillazione al secondo. A questo punto è importante sottolineare che l'orecchio umano non e in grande di percepire tutte le frequenze, ma ha come limiti estremi circa 20 Hz e 20.000 Hz. Inoltre, è bene precisare che tali limiti variano grandemente da soggetto a soggetto e con l'età; nella maggioranza dei casi si possono ritenere normali valori compresi fra 50 e 10.000 Hz. Tra le caratteristiche del suono vi è anche la velocità di propagazione che è funzione della natura del mezzo e delle sue condizioni fisiche: temperature, densità etc., ed è invece indipendente dalla frequenza. Per l'aria a 20 C ed alla pressione di 1 bar, la velocità di propagazione e di 343 m/sec. Intensità, pressione e potenza sonora Il suono è, per definizione, sia la sensazione percepita per mezzo dell'organo dell'udito sia il fenomeno fisico vibratorio, cioè le onde sonore indipendentemente dalle sensazioni che esse producono. Un suono si dice semplice o puro se è generato da una sorgente che vibra su una sola frequenza, composto se risulta dalla composizione di più suoni semplici. VACCARI Via Alboino, 7 27100 Pavia Pagina 2
La sorgente sonora viene definite essenzialmente dall'energia totale emessa nell'unita di tempo cioè dalla potenza sonora, dalle frequenze componenti e dalla direzionalità dell'emissione. La potenza sonora, trasmessa per un certo tempo in una determinata direzione attraverso una superficie di area unitaria, viene chiamata intensità sonora ed è espressa in W/m 2. La potenza sonora irradiata, se la sorgente e omnidirezionale, viene trasmessa attraverso superfici sferiche che comprendono la sorgente stessa e che hanno centro in essa: via via che ci si allontana dalla sorgente, si nota che l'intensità sonora diminuisce. Essa è quindi una grandezza variabile in funzione inversa del quadrato della distanza, mentre la potenza sonora è costante ed indipendente dall'ambiente. Come si è visto, l'orecchio umano è sensibile ad una pressione sonora che è dovuta alle vibrazioni dell'aria provocate della sorgente sonora. La pressione atmosferica subisce, per effetto di tali vibrazioni, delle piccole variazioni interno al valore di quiete; l ammontare di tale variazione, e più precisamente il suo valore efficace (valore quadratico medio), è la pressione sonora. Tale pressione dipende evidentemente dal valore della potenza sonora, delle direzione, dalla distanza della sorgente, dall'assorbimento dell'aria, dal tipo e dalle caratteristiche dell'ambiente e degli oggetti che vi sono contenuti. In generale, perciò, non vi e una corrispondenza univoca tra pressione e potenza sonora. Per determinati campi sonori, nei quali avviene la propagazione per onde sferiche, si ottiene invece una relazione tra queste due grandezze permettendo così di risalire al valore della potenza sonora della misurazione di pressione sonora. Attualmente non esiste alcun strumento capace di misurare direttamente una potenza od un'intensità acustica. L'orecchio umano ed il microfono, che può rilevare un suono attraverso un adatto sistema di misura, sono sensibili unicamente alla pressione sonora e quindi tutto deve essere ritrasferito a quest'ultima grandezza. Unità di misura del suono: il decibel Avendo stabilito che il suono, come fenomeno fisico, è una variazione dl pressione, è naturale che per misurarlo utilizzeremo l'unità di misura delle pressioni, che nel sistema internazionale è il Pascal (Pa = N/m 2 ). Come si è già visto per le frequenze, anche per quanto riguarda la variazione di pressione sonora, il campo percepibile dell'orecchio umano è "limitato". Tuttavia esso è esattamente esteso tanto che, per meglio esprimere i valori che normalmente si incontrano, si è pensato di utilizzare la scala logaritmica e di esprimere le pressioni come rapporto fra la grandezza in valore assoluto misurato (P) ed una grandezza di riferimento (Po = 0.0002 Pa) assunta convenzionalmente come valore di soglia acustica. Tale unità si chiama decibel (db) e viene definito come: VACCARI Via Alboino, 7 27100 Pavia Pagina 3
LA SENSAZIONE SONORA Generalità Finora si è esaminato l'aspetto puramente fisico del fenomeno sonoro accennando al suo rapporto funzionale con l organo umano preposto alla sua percezione. È indispensabile ora analizzare ciò che si verifica a seguito dell'interazione dei due aspetti considerati in precedenza. Infatti sono cose ben diverse fra loro il fenomeno acustico fisico, la sua relazione con l organo uditivo e la sensazione sonora che sorge nel soggetto del fenomeno fisico mediato dall'organo di proiezione. La correlazione fra fenomeno fisico e sensazione soggettiva non può evidentemente che essere basata su valutazioni statistiche, per cui si dovrà parlare sempre di "valori soggettivi medi". L'apparato uditivo umano svolge le funzioni fondamentali di trasmettere e di percepire il suono. La trasmissione avviene, ad opera delle strutture dell'orecchio esterno, medio ed interno compreso cioè tra il padiglione e l'organo del Corti. Il padiglione ha il compito di captare l'energia sonora, convogliandola verso il timpano attraverso il condotto uditivo esterno; quest'ultimo svolge anche una funzione di protezione, in quanto riduce i suoni eccessivamente intensi per il suo percorso tortuoso e per la presenza di cerume. Dal timpano l energia sonora è trasmessa ed amplificata da un insieme di ossicini disposti in serie (staffa, incudine e martello) alla chiocciola, che ha anche funzione di trasferimento dei suoni al nervo acustico. Inizia a questo punto la percezione vera e propria del suono, ad opera delle cellule acustiche e delle strutture retrococleari. Valutazione della sensazione sonora L'orecchio e molto più sensibile alle alte che non alle basse frequenze, per cui risultano più percettibili i suoni aventi componenti in alta frequenza che non in bassa. Sorge pertanto il problema di correlare i parametri fisici, oggettivi di un dato rumore, con la sensazione sonora soggettiva. La individuazione di una relazione tra parametri non dovrà essere che il risultato di una elaborazione statistica. VACCARI Via Alboino, 7 27100 Pavia Pagina 4
In base a tali osservazioni è possibile costruire una famiglia di curve di ugual sensazione sonora: nella figura successiva ogni curva è contrassegnata dal valore, in db, relative alla pressione sonora a 1.000 Hz, valutata con determinati riferimenti e per particolari condizioni. Un esempio: un suono pure con pressioni pari a 60 db e con frequenza di 60 Hz offre la stessa sensazione di un suono puro con pressione di 40 db e con frequenze di 1.000Hz. Si può notare che, per frequenze comprese tra 1.000 Hz e 4.000 Hz, aumenta statisticamente la sensibilità del sistema uditivo rispetto alla sensazione prodotta dal suono di riferimento a 1.000 Hz, mentre si verifica una diminuzione per frequenze o inferiori a 1.000 Hz o superiori a 6.000 Hz. Si può constatare pure che all'aumento della pressione sonora si ha la tendenza delle curve ed appiattirsi; dimostrando con ciò che l'orecchio umano, per alte pressioni, presenta la tendenza ad una uguale sensibilità sia per le basse che per le alte frequenze. Sorge a questo punto il problema: come poter "misurare" la sensazione sonora con strumenti, in modo da ottenere una grandezza fisica convenzionale che metta in relazione la sensibilità uditiva al variare delle frequenze. VACCARI Via Alboino, 7 27100 Pavia Pagina 5
Con particolari circuiti di ponderazione, è possibile trasformare un segnale di pressione percepito da un microfono, in segnale approssimato, alle varie frequenze, a quello percepito dall'individuo. Questi circuiti costituiti da filtri operanti secondo le curve A, B, C, lineare possono quindi alterare la curva di risposta di uno strumento di misura. Si cerca di simulare l'andamento della sensibilità dell'orecchio al variare delle frequenze: il filtro A, per esempio, alle basse e alle alte frequenze sopravvaluta la diminuzione di sensibilità che è, invece, sottovalutata attorno ai 400 Hz. Attualmente la scala A è largamente impiegata per la misura di sensazione sonora a tal punto che ad essa si fa riferimento per il valore di rischio dal danno uditivo. La scala B è praticamente abbandonata, mentre la scala C può fornire informazioni anche dal confronto con valori letti con altri filtri. La curva A risponde alla sensibilità soggettiva media al bassi livelli di pressione sonora e la C ai livelli alti. Fatta questa premessa, appare chiaro che è possibile determinare la sensazione sonora utilizzando un misuratore di livello sonoro. Con tale strumento, chiamato fonometro è anche possibile costruire uno spettro acustico, conoscere cioè i livelli sonori, in db, alla varie frequenze. È bene anche aggiungere che l'orecchio umano non percepisce gli aumenti di "volume" del suono in modo direttamente proporzionale al volume stesso, cioè non è assolutamente vero che passando, per esempio, da un suono avente un'intensità sonora di 30 db ad un altro di 60 db la sensazione sonora sia doppia. La sensazione sonora non è una funzione lineare ma esponenziale per cui passando de 50 a 100 db la sensazione sonora aumenta di ben 32 volte. VACCARI Via Alboino, 7 27100 Pavia Pagina 6
RISCHIO DI DANNI DA RUMORE Effetti del suono sull'uomo Il rumore può provocare due tipi di danni ben distinti sull organismo umano, uno uditivo e l'altro extrauditivo, funzioni entrambi delle caratteristiche del rumore stesso. Nel primo caso si tratta di un danno specifico che porta alla cosiddetta ipoacusia (perdita di udito) di origine traumatica. Tale danno viene evidenziato dalla differenza espressa in db tra la curva dell'udito normale e il "livello uditivo" dell'individuo in esame. Con l'avanzare dell età, l'udito si deteriora, particolarmente alle frequenze più elevate; inoltre gli individui sani presentano differenti soglie uditive: pertanto per valutare l'effettiva perdita di udito, è necessario confrontare la curva attuale con quella precedentemente rilevata sullo stesso soggetto. Un individuo viene considerate ipoacustico,quando la media aritmetica della soglia uditiva, in determinate condizioni, e di oltre 25 db più alta rispetto a quella relative ad individui sani della stessa età. Il danno extrauditivo può manifestarsi con lesioni organiche e funzionali a carico di vari sistemi e apparati quali: - il sistema endocrino (con variazione del metabolismo, secrezione gastrica, secrezione delle ghiandole interna);. - il sistema neurovegetativo (con incidenza sull'apparato vasocircolatorio); - il sistema nervosa (con difficoltà di concentrazione, affaticamento mentale, cefalee, irascibilità); - l'apparato respiratorio (con accelerazioni del respiro). Inoltre può aversi un'influenza sul piano psicologico (con sensazioni di fastidio, di fatica psichica, di eccitazione, di depressione), sulle relazioni umane (difficoltà di comunicazione) e sul rendimento nel lavoro. Per ipoacusia si deve intendere una diminuzione della funzione uditiva che nelle abituali condizioni di vita, ostacoli la comprensione della voce di conversazione ordinaria, dedotta la diminuzione di udito legata alla presbiacusia (perdita naturale di udito dovuta all'età), fenomeno parallelo alla ipoacusia da rumore, ma senza interferenze. La diminuzione legata alla presbiacusia, può essere valutata, in db, per ogni orecchio e complessivamente per le frequenze di 2;000, 3.000 e 4.000 Hz secondo la seguente tabella: VACCARI Via Alboino, 7 27100 Pavia Pagina 7
Si può considerare l'esistenza di una iniziale ipoacusia allorquando, l'aumento di soglia media per i due orecchi, dedotta la quota spettante alla presbiacusia, supera 1 25 db alle frequenze di 2.000, 3.000 e 4.000 Hz. Suscettibilità individuale e danni causati dal rumore L'esperienza audiometrica insegna come non tutti gli individui siano parimenti suscettibili al rumore, ovvero a parità di sollecitazioni acustiche si hanno reazioni differenti da individuo ad individuo. Mediamente le persone impiegate in ambienti rumorosi si possono suddividere in tre categorie comprendenti i soggetti particolarmente suscettibili, i soggetti normali e quelli scarsamente suscettibili. Le percentuali medie, sono valutabili attorno al 5% per i particolarmente suscettibili, 90% per soggetti normali e 5% pei quelli scarsamente suscettibili. I danni che possono derivare all'organo dell'udito per esposizione eccessiva a livelli sonori elevati sono rappresentati dalla perdita permanente di udito (ipoacusia) e rottura del timpano. Allo stato delle attuali conoscenze si ritiene che l'esposizione prolungata per anni e per 40 ore alla settimana a rumore continue con livello sonore equivalente di 80 db (A) non comporti alcun rischio per la funzione uditiva. Una perdita progressiva della capacita uditiva avente carattere permanente, compare con una incidenza del 5-6% (praticamente coincidente con la percentuale dei soggetti particolarmente sensibili) per una esposizione a livello sonoro equivalente a 85 db (A) per 40 ore settimanali. Ad esposizioni a livello equivalente di 90 db (A) per 40 ore settimanali la percentuale dei soggetti in cui si nota diminuzione di facoltà uditiva, diviene di circa il 7-10%. Si è osservato che la rottura del timpano avviene sia a causa di esplosioni che provocano un aumento repentino (10-5 sec) della pressione sulla membrana stessa sia, per periodi superiori, se il livello sonoro supera i 150 db. Un limite di sicurezza per tale rischio viene pertanto indicato in 140 db. Legislazione di riferimento Un riferimento specifico: ambienti di lavoro. VACCARI Via Alboino, 7 27100 Pavia Pagina 8