Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 09/13/2003 Sistema uditivo umano 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza L'Orecchio Umano 09/13/2003 Orecchio interno Struttura dell’orecchio esterno e dell’orecchio interno (organo del Corti) Coclea 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Sensibilità della coclea 09/13/2003 Sezionando la coclea si ha una specie di doppia lamina che viene sensibilizzata diversamente a seconda delle frequenze di eccitazione del segnale acustico, come avviene, ad esempio, per la corda di una frusta. Si osservi come le basse frequenze interessino la parte terminale mentre le alte frequenze la parte iniziale. Due segnali con bande sovrapposte (in tutto o in parte) si mascherano in modo tale che il segnale di maggiore intensità annulla il segnale più debole, a meno che quest'ultimo non sia di larghezza di banda sufficientemente larga. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza La coclea 09/13/2003 Ad ogni punto della coclea corrisponde un valore ottimo della frequenza per il quale si ottiene la massima eccitazione. In figura si possono osservare questi valori di frequenza per la coclea umana. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Sistema uditivo umano: Il sistema uditivo umano presenta una sensibilità meno accentuata alle frequenze molto basse (poche decine di Hz) ed a quelle elevate (oltre i 15kHz). Per procurare la stessa sensazione sonora (phon) occorrono, a frequenze diverse, livelli di pressioni sonore diverse  suoni di stessa intensità ma frequenza diversa vengono percepiti dall’orecchio in modo diverso. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza

Le nuove curve ISO di “equal Loudness”: Nel 2003 la ISO 226 è stata revisionata. Nella nuova norma, le curve di egual sensazione sonora hanno cambiato significativamente forma: In pratica, le nuove curve sono ancora piu’ “gobbe”, per cui ora un suono di 40 dB a 1000 Hz corrisponde ad un suono di ben 65 dB a 100 Hz. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza

Filtri di “ponderazione”: La sensibilità dell’orecchio varia al variare della frequenza. Per considerare il fatto che suoni con pari valore di SPL ma con frequenza diversa vengano percepiti dall’uomo in modo diverso occorre utilizzare dei filtri di “pesatura”o “ponderazione” filtro di ponderazione “A”, comunemente impiegato e il cui andamento, si conforma alla risposta dell’orecchio umano a livelli medio-bassi [dB(A)]. filtro di ponderazione “C”, impiegato per rumori molto forti o esplosioni [dB(C)]. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza

Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza Filtro di “ponderazione” A: Tabella dei valori della ponderazione “A” da usare nei calcoli 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza

Misura della pressione acustica 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro

Il fonometro La grandezza misurata con il fonometro è, espresso in dB, il livello del valore quadratico medio della pressione sonora prms che nel generico intervallo di tempo T vale: con 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro

Struttura del fonometro: La grandezza misurata con il fonometro è, espresso in dB, il livello del valore quadratico medio della pressione sonora prms, o più semplicemente Livello Equivalente, che nel generico intervallo di tempo T vale: con 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro

Livello equivalente continuo (Leq): Il livello sonoro equivalente continuo Leq (dB) viene definito come: dove T è l’intervallo di tempo di integrazione, p(t) è il valore istantaneo della pressione e prif è la pressione di riferimento Leq,T  dB (misura lineare) LAeq,T  dB(A) (misura pond. “A”) 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro

Valori RMS esponenziali: Slow, Fast, Impulse Oltre alla misura del livello mediato linearmente nel tempo T (detto anche Livello Equivalente), i fonometri possono operare anche con una media esponenziale, che fornisce valori di livello sonoro “istantanei” calcolati con media esponenziale con tre possibili diverse costanti di tempo TC : In cui t vale: TC = 1 s – SLOW TC = 125 ms – FAST TC = 35 ms in salita, 1.5 s in discesa – IMPULSE In modalità esponenziale, il fonometro tende via via a “dimenticare” gli eventi passati…… Lin, 1s 1 SLOW t 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro

Calibrazione ad 1 Pa RMS (94 dB) Il calibratore genera un tono puro ad 1 kHz, con pressione media efficace di 1 Pa: 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro

Analisi di una registrazione calibrata Il software elabora un tracciato temporale con la costante di tempo prescelta: 18 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro

Somma di livelli sonori 09/13/2003 Somma di livelli sonori 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Livelli sonori – operazioni sui decibel (1): 09/13/2003 Livelli sonori – operazioni sui decibel (1): Somma “incoerente” di due livelli (due suoni diversi): Lp1 = 10 log (p1/prif)2 (p1/prif)2 = 10 Lp1/10 Lp2 = 10 log (p2/prif)2 (p2/prif)2 = 10 Lp2/10   (pT/prif)2 = (p1/prif)2 + (p2/prif)2 = 10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 LpT = Lp1 + Lp2 = 10 log (pT/prif)2 = 10 log (10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 ) 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Livelli sonori – operazioni sui decibel (2): 09/13/2003 Livelli sonori – operazioni sui decibel (2): Somma “incoerente” di livelli Esempio 1: L1 = 80 dB L2 = 85 dB LT= ? LT = 10 log (1080/10 + 1085/10) = 86.2 dB. Esempio 2: L1 = 80 dB L2 = 80 dB  LT = 10 log (1080/10 + 1080/10) = LT = 80 + 10 log 2 = 83 dB. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Livelli sonori – operazioni sui decibel (3): 09/13/2003 Livelli sonori – operazioni sui decibel (3):   Differenza di livelli Esempio 3: L1 = 80 dB LT = 85 dB L2 = ? L2 = 10 log (1085/10 - 1080/10) = 83.35 dB 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Metodiche di analisi in frequenza 09/13/2003 Metodiche di analisi in frequenza 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Composizione & analisi in frequenza: 09/13/2003 Composizione & analisi in frequenza: Lo spettro di un segnale sonoro è la rappresentazione della sua composizione in frequenza su un diagramma energia-frequenza, o livello sonoro-frequenza. In genere le perturbazioni sonore sono segnali complessi costituiti da un gran numero di frequenze che in alcuni casi possono dare origine ad uno spettro continuo. Tono puro Suono “complesso” Spettro “Continuo” “Rumore bianco” 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Forma d’onda e spettro: 09/13/2003 Forma d’onda e spettro: Onda sinusoidale Onda periodica Onda casuale 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Analisi in bande di frequenza: 09/13/2003 Analisi in bande di frequenza: La descrizione della composizione in frequenza dei segnali sonori può essere condotta valutando il contenuto di energia sonora all’interno di prefissati intervalli di frequenze, le bande di frequenza. Ciascuna banda è caratterizzata da una frequenza di taglio superiore fs e da una frequenza di taglio inferiore fi. L’analisi in frequenza può essere di due tipi: analisi a banda costante; analisi a banda percentuale costante da 1/1 o 1/3 di ottava. 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Analisi a banda costante: 09/13/2003 Analisi a banda costante: analisi a banda costante se f = fs – fi = costante, per esempio 1 Hz, 10 Hz, ecc. Tipicamente impiegata per analisi approfondite della composizione in frequenza. Solitamente viene usata per misure nel campo delle vibrazioni delle strutture o delle macchine. Viene ottenuta con una tecnica di elaborazione matematica detta FFT (Fast Fourier Transform) 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Analisi a banda percentuale costante: 09/13/2003 Analisi a banda percentuale costante: analisi a banda percentuale costante se la larghezza di banda f è una percentuale costante del valore della frequenza nominale che caratterizza la banda stessa: fs = 2 fi 1/1 ottava   fs= 2 1/3 fi 1/3 ottava Tipicamente impiegata per misure acustiche. Possono essere usati “banchi” di 10 filtri (ottave) o 30 filtri (terzi), ottenuti con circuiti analogici o digitali (filtri IIR) 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza 09/13/2003 Bande 1/1 e 1/3 di ottava: Bande di 1/1 ottava Bande di 1/3 ottava 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Spettri in ottava e 1/3 di ottava: 09/13/2003 Spettri in ottava e 1/3 di ottava: Bande di 1/3 ottava Bande di 1/1 ottava 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Spettri in banda stretta: 09/13/2003 Spettri in banda stretta: Asse frequenze lineare Asse frequenze logaritmico 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY

Rumore bianco e rumore rosa 09/13/2003 Rumore bianco e rumore rosa Rumore bianco: Piatto in una analisi in banda stretta Rumore rosa: piatto in una analisi in ottave o terzi di ottava 21 ottobre 2010 Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza AES 115th Convention - New York, NY