AREA I - ARTE TECNICO SCIENTIFICA (ATS)
Capitolo ATS.E02: "Fisiologia dell'Apparato Uditivo" - Pagina 02

Gli argomenti di questa pagina sono stati inseriti da Ing. Michele Cuzzoni nel 2009, aggiornati il 21/04/2016, e sono desunti dalla Bibliografia riportata a fondo pagina.

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Intensità sonora - Decibel - Phon

 

 

 

INDICE:

 

 

Il livello di intensità sonora in decibel (dB)

 

Come è mostrato nel paragrafo precedente il campo di variazione delle intensità sonora è estremamente ampio: occupa circa 12 ordini di grandezza.

Questa grande variabilità, assieme al fatto che l'orecchio è sensibile alle variazioni di pressione, e non al valore assoluto della pressione stessa, determina la scelta di esprimere la misura dell'intensità del sono mediante una scala logaritmica.

Si definisce perciò il livello di intensità sonora come

dove .

Il livello di intensità sonora è un numero puro (quantità adimensionale) al quale si attribuisce però, per convenzione, un'unità di misura: il decibel (da A.G. Bell, scienziato statunitense) il cui simbolo è dB.

Il dB è un'unità di misura che non appartiene al sistema internazionale e deriva appunto dal rapporto tra l'intensità sonora e la soglia di udibilità.

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Vantaggi della scala in dB

Il misurare l'intensità sonora, anziché tramite il valore assoluto dell'energia sonora (o della pressione) che colpisce l'orecchio, con una scala logaritmica rapportata alla soglia di udibilità presenta una serie di vamtaggi:

se infatti sostituiamo a I proprio il valore di Imin = 10 − 12W / m2 otteniamo naturalmente

nel caso del suono il campo di variazione è incredibilmente esteso: l’intensità sonora di un concerto rock (prossimo alla soglia del dolore, e non è questione di gusti!!) è 1000 miliardi più intensa della soglia di udibilità. Usando la definizione di I(dB), se al posto di I sostituiamo Imax, otteniamo:

il volume percepito non è in relazione lineare con l’intensità. Cioè raddoppiando l’intensità sonora (e questo può essere fatto oggettivamente in laboratorio) non si percepisce un suono di intensità doppia.

ciò viene ottenuto premettendo il fattore 10 al logaritmo del rapporto delle intensità. Nella definizione tale fattore è opportuno (senza di esso avremmo ottenuto un'unità di misura dieci volte più grande del dB, il Bel appunto) in quanto il dB rappresenta, con buona approssimazione, la minima differenza di intensità tra due suoni che l'orecchio può percepire. Vale a dire che l'orecchio coglie la differenza di intensità tra due suoni solo se il loro livello differisce per più di un dB.

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Livelli di intensità sonora tipici

La seguente tabella riporta i livelli relativi di intensità sonora in scala logaritmica, cioè in dB, relativamente all'intensità standard del suono appena percepibile. Questi valori sono indicativamente associati ad alcune situazioni relative alla vita di tutti i giorni .

 

Sorgente sonora Livello di intensità sonora in dB
razzo che parte - non tollerabilità 170
aereo a reazione che decolla 130
martello pneumatico 120
campane ravvicinate 115
a un concerto rock 110
quando c'è molto traffico 100
in metropolitana 90
in una piccola fabbrica 80
campane a 1 km 78
in strada di città 70
quando si conversa 60
in casa 50
in biblioteca 40
bisbiglio 20
foglie che si muovono 10
soglia di udibilità 0

 

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L'intensità sonora percepita o livello sonico (loudness)

L'intensità sonora I(dB) è una grandezza fisica che, oggettivamente, misura il flusso di energia trasportata dall'onda sonora. Tale grandezza non descrive correttamente però la "sonorità" percepita (in inglese loudness) in quanto essa dipende in modo decisivo dalla frequenza del suono, e in misura minore, anche dal timbro del suono stesso. Un esempio spettacolare di tale fatto può essere ottenuto ascoltando (in cuffia) questo suono di frequenza crescente con continuità (si va 20 Hz fino a 20000 Hz). L'intensità oggettiva del suono è costante, come dimostra l'immagine dell'inviluppo della forma d'onda riportata accanto al suono

L'esperimento non lascia dubbi: la sonorità percepita aumenta sensibilmente per le frequenze centrali;

La sonorità percepita presenta quindi un legame complesso con l'intensità sonora. Per descriverla adeguatamente si è pensato di ricorrere alla rappresentazione mediante curve isofoniche che riportano, al variare della frequenza, il luogo geometrico dei punti per i quali la sonorità percepita è costante. Esse vengono ottenute chiedendo all'ascoltatore, mentre ascolta suoni di diversa frequenza, di regolare la manopola del volume in modo da percepirli con la stessa intensità.

Dal grafico possiamo trarre alcune importanti conclusioni:

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Un'altra unità di misura: il phon

Si è pensato di introdurre una nuova unità di misura, il phon, per misurare la sonorità percepita. L'utilità di questa differenziazione risiede nel fatto che essa permette subito di comprendere se si sta parlando di intensità sonora (in decibel) o di sonorità percepita (in phon). Ad esempio possiamo dire, riformulando uno degli esempi di lettura delle curve isofoniche, che un suono a 70 dB viene percepito alla frequenza di 100 Hz a 40 phon; in tal modo non c'è più bisogno di precisare che i 70 dB si riferiscono all'intensità sonora e i 40 phon alla sonorità percepita.

Infine: in italiano può essere fonte di confusione il fatto che il termine "intensità" si possa riferire sia all'intensità oggettiva, sia a quella percepita. In inglese, invece si usano due parole distinte: intensity e loudness.

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Percezione dell'altezza di un suono puro

L'altezza di un suono è quell'attributo del suono stesso che ci consente di percepirlo come "nota" musicale; tale attributo può poi essere adeguatamente trascritto con un sistema di simboli posti all'interno di un pentagramma. Il parametro fisico determinante per la generazione della sensazione di altezza di un'onda puramente armonica è la sua frequenza dell'onda.

forma d'onda (evidenziato un periodo)

forma d'onda (evidenziato un periodo)

 

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Le frequenze udibili

L'orecchio umano è in grado di percepire un suono solo se la sua frequenza è compresa tra circa 16Hz e 20000Hz, valori detti limiti di udibilità, anche se in realtà, nella pratica musicale si utilizza un più ristretto intervallo di frequenze -dai 20 Hz ai 4000 Hz- che corrisponde alle sette ottave del pianoforte. L'orecchio infatti è maggiormente sensibile proprio in questa regione dello spettro sonoro, fatto da cui possiamo dedurre che la musica, attività evidentemente artificiale, è stata prodotta dalla civiltà umana entro le possibilità del nostro sistema percettivo con un meccanismo di selezione culturale.

Parliamo di selezione culturale e non selezione naturale in quanto il meccanismo della selezione darwiniana avviene in un certo senso all'opposto: il sistema percettivo si è naturalmente strutturato in modo da essere in grado di percepire quei suoni naturali (es. l'avvicinarsi di una preda, lo stormire delle fronde, il respiro, ...) la cui rilevazione permetteva la maggior possibilità di sopravvivenza. Non a caso, poiché l'ambiente naturale è simile per molte specie, il campo di udibilità delle varie specie animali è piuttosto omogeneo.

Non tutte le "perturbazioni" periodiche che si propagano nello spazio sono percepibili dall'orecchio umano.

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La lunghezza d'onda del suono

Noto l'intervallo delle frequenze udibili è utile calcolare la lunghezza d'onda dei suoni corrispondenti. Assumendo una velocità v del suono in aria pari a 340 m/s, ricordando (si veda a questo proposito la pagina come si descrive un'onda?) che

e sostituendo alla frequenza f il limite inferiore (20 Hz) e superiore (20000 Hz) otteniamo, per le onde sonore, lunghezze d'onda comprese tra circa 1,7 cm (suoni acutissimi, ad alta frequenza) e 17 metri (suoni gravissimi, a bassissima frequenza)!!

Questo dato è molto importante perché

  1. fornisce un criterio relativo alla capacità dell'onda sonora di aggirare gli ostacoli. Il criterio è il seguente: se le dimensioni dell'ostacolo sono minori o paragonabili alla lunghezza d'onda del suono, l'ostacolo non è in genere in grado di fermare il suono che lo investe. Non genera cioè una zona d'ombra sonora. A questo proposito visita le pagine relative e alla diffrazione in generale e più in particolare alla diffrazione del suono;

  2. fornisce un criterio di percepibilità dell'altezza di un suono in relazione alla dimensione degli ambienti in cui il suono viene prodotto

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Bibliografia


 

Bib-TS-069 - Il documento è tratto dal sito fonte originario: http://fisicaondemusica.unimore.it

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