21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza1 Sistema uditivo umano.

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1 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza1 Sistema uditivo umano

2 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza2 L'OrecchioUmano L'Orecchio Umano Coclea Orecchio interno Struttura dellorecchio esterno e dellorecchio interno (organo del Corti)

3 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza3 Sensibilitàdellacoclea Sensibilità della coclea 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.

4 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza4 Lacoclea La coclea 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.

5 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza5 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 dallorecchio in modo diverso.

6 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza6 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.

7 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza7 Filtri di ponderazione: La sensibilità dellorecchio varia al variare della frequenza. Per considerare il fatto che suoni con pari valore di SPL ma con frequenza diversa vengano percepiti dalluomo in modo diverso occorre utilizzare dei filtri di pesaturao ponderazione filtro di ponderazione A, comunemente impiegato e il cui andamento, si conforma alla risposta dellorecchio umano a livelli medio-bassi [dB(A)]. filtro di ponderazione C, impiegato per rumori molto forti o esplosioni [dB(C)].

8 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza8 Filtro di ponderazione A: Tabella dei valori della ponderazione A da usare nei calcoli

9 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza9 Mascheramento temporale Dopo un suono forte, per un po di tempo, il sistema uditivo rimane meno sensibile, come mostrato dalla curve di mascheramento di Zwicker. La curva dipende dalla durata dellimpulso sonoro forte e dalla sua frequenza

10 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza10 Mascheramento in frequenza Un tono puro abbastanza forte crea una maschera in frequenza: un altro tono puro che stia sotto tale maschera diviene inudibile. La maschera è asimmetrica, ed ha maggior estensione a frequenze più alte del tono mascherante

11 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza11 Misura della pressione acustica

12 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza12 Il fonometro La grandezza misurata con il fonometro è, espresso in dB, il livello del valore quadratico medio della pressione sonora p rms che nel generico intervallo di tempo T vale: con

13 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza13 Struttura del fonometro: La grandezza misurata con il fonometro è, espresso in dB, il livello del valore quadratico medio della pressione sonora p rms, o più semplicemente Livello Equivalente, che nel generico intervallo di tempo T vale: con

14 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza14 Livello equivalente continuo (L eq ): Il livello sonoro equivalente continuo Leq (dB) viene definito come: dove T è lintervallo di tempo di integrazione, p(t) è il valore istantaneo della pressione e p rif è la pressione di riferimento L eq,T dB (misura lineare) L Aeq,T dB(A) (misura pond. A)

15 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza15 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 T C : In cui t vale: T C = 1 s – SLOW T C = 125 ms – FAST T C = 35 ms in salita, 1.5 s in discesa – IMPULSE In modalità esponenziale, il fonometro tende via via a dimenticare gli eventi passati…… 1 SLOW Lin, 1s

16 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza16 Calibrazione ad 1 Pa RMS (94 dB) Il calibratore genera un tono puro ad 1 kHz, con pressione media efficace di 1 Pa:

17 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza17 Analisi di una registrazione calibrata Il software elabora un tracciato temporale con la costante di tempo prescelta:

18 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza18 Livelli sonori – operazioni sui decibel (1): Somma incoerente di due livelli (due suoni diversi): Lp 1 = 10 log (p 1 /p rif ) 2 (p 1 /p rif ) 2 = 10 Lp1/10 Lp 2 = 10 log (p 2 /p rif ) 2 (p 2 /p rif ) 2 = 10 Lp2/10 (p T /p rif ) 2 = (p 1 /p rif ) 2 + (p 2 /p rif ) 2 = 10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 Lp T = Lp 1 + Lp 2 = 10 log (p T /p rif ) 2 = 10 log (10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 )

19 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza19 Livelli sonori – operazioni sui decibel (2): Somma incoerente di livelli Esempio 1: L 1 = 80 dB L 2 = 85 dB L T = ? L T = 10 log (10 80/10 + 10 85/10 ) = 86.2 dB. Esempio 2: L 1 = 80 dB L 2 = 80 dB L T = 10 log (10 80/10 + 10 80/10 ) = L T = 80 + 10 log 2 = 83 dB.

20 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza20 Livelli sonori – operazioni sui decibel (3): Differenza di livelli Esempio 3: L 1 = 80 dB L T = 85 dB L 2 = ? L 2 = 10 log (10 85/10 - 10 80/10 ) = 83.35 dB

21 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza21 Livelli sonori – operazioni sui decibel (4): Somma coerente di due livelli (2 suoni identici): Lp 1 = 20 log (p 1 /p rif )(p 1 /p rif ) = 10 Lp1/20 Lp 2 = 20 log (p 2 /p rif ) (p 2 /p rif ) = 10 Lp2/20 (p T /p rif ) = (p 1 /p rif )+ (p 2 /p rif ) = 10 Lp1/20 + 10 Lp2/20 Lp T = Lp 1 + Lp 2 = 10 log (p T /p rif ) 2 = 20 log (10 Lp1/20 + 10 Lp2/20 )

22 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza22 Livelli sonori – operazioni sui decibel (5): Somma coerente di livelli Esempio 4: L 1 = 80 dB L 2 = 85 dB L T = ? L T = 20 log (10 80/20 + 10 85/20 ) = 88.9 dB. Esempio 2: L 1 = 80 dB L 2 = 80 dB L T = 20 log (10 80/20 + 10 80/20 ) = L T = 80 + 20 log 2 = 86 dB.

23 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza23 Metodiche di analisi in frequenza

24 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza24 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. a)Tono puro b)Suono complesso c)Spettro Continuo d)Rumore bianco

25 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza25 Forma donda e spettro: a)Onda sinusoidale b)Onda periodica c)Onda casuale

26 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza26 Analisi in bande di frequenza: La descrizione della composizione in frequenza dei segnali sonori può essere condotta valutando il contenuto di energia sonora allinterno di prefissati intervalli di frequenze, le bande di frequenza. Ciascuna banda è caratterizzata da una frequenza di taglio superiore f s e da una frequenza di taglio inferiore f i. Lanalisi in frequenza può essere di due tipi: analisi a banda costante; analisi a banda percentuale costante da 1/1 o 1/3 di ottava.

27 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza27 Analisi a banda costante: analisi a banda costante se f = f s – f i = 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)

28 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza28 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: f s = 2 f i 1/1 ottava f s = 2 1/3 f i 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)

29 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza29 Bande 1/1 e 1/3 di ottava: Bande di 1/1 ottava Bande di 1/3 ottava

30 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza30 Spettri in ottava e 1/3 di ottava: Bande di 1/3 ottava Bande di 1/1 ottava

31 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza31 Spettri in banda stretta: Asse frequenze lineare Asse frequenze logaritmico

32 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza32 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

33 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza33 Bande Critiche (BARK): The Bark scale is a psychoacoustical scale proposed by Eberhard Zwicker in 1961. It is named after Heinrich Barkhausen who proposed the first subjective measurements of loudness

34 21 ottobre 2010Sistema Uditivo e Analisi in Frequenza34 Bande Critiche (BARK):