1. Acustica e Psicoacustica

Acustica

L’Acustica (dal greco ἀκούειν, “udire”) è quella branca della fisica che studia il suono - le onde di pressione - le sue cause, la sua propagazione e la sua ricezione. In un’accezione più generale, l’acustica comprende anche lo studio degli infrasuoni e degli ultrasuoni, che non sono percepibili dall’uomo attraverso l’udito, ma si comportano - da un punto di vista fisico - allo stesso modo. Più in generale, con acustica si intende talvolta lo studio delle vibrazioni meccaniche nei mezzi materiali.

Wikipedia

Vedi anche: Suono
Link to original

Onda
Un’onda è una perturbazione che si propaga nello spazio trasportando energia senza comportare un associato spostamento della materia. Tale perturbazione è costituita dalla variazione di qualunque grandezza fisica (es. pressione, temperatura, intensità del campo elettrico, ecc..) attorno alla sua posizione di equilibrio.

Le onde meccaniche viaggiano attraverso un mezzo elastico. Ogni particella del mezzo subisce uno spostamento temporaneo per poi ritornare nella posizione di equilibrio. Le onde sonore sono un tipo di onde meccaniche.

Queste possono essere longitudinali o trasversali.

Longitudinali Trasversali
Si ha un’onda longitudinale, in un solido elastico, quando le particelle del mezzo in cui si propaga l’onda oscillano lungo la direzione di propagazione. Si parla anche di onde longitudinali nel caso delle onde di pressione in un gas, in quanto il gradiente di pressione che si determina al passaggio dell’onda è parallelo alla direzione di propagazione. Si ha un’onda trasversale quando le particelle del mezzo in cui si propaga l’onda oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Sono onde trasversali quelle che si propagano, per esempio, sulle corde di una chitarra e di altri strumenti a corda.
Link to original

Longitudinali	Trasversali

Si ha un’onda longitudinale, in un solido elastico, quando le particelle del mezzo in cui si propaga l’onda oscillano lungo la direzione di propagazione. Si parla anche di onde longitudinali nel caso delle onde di pressione in un gas, in quanto il gradiente di pressione che si determina al passaggio dell’onda è parallelo alla direzione di propagazione.	Si ha un’onda trasversale quando le particelle del mezzo in cui si propaga l’onda oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Sono onde trasversali quelle che si propagano, per esempio, sulle corde di una chitarra e di altri strumenti a corda.

Suono
Perturbazione di pressione di carattere oscillatorio che si propaga in un mezzo elastico (gassoso, liquido o solido) attraverso un’onda detta onda acustica, di frequenza tale da essere percepita dall’orecchio umano (da circa 20 a 20.000 Hz).

L’onda acustica viene quindi denominata anche «onda sonora». La perturbazione è generata dalla vibrazione di un corpo (sorgente sonora), che comprime ed espande alternativamente il mezzo elastico in cui è immerso. In pratica, le sorgenti sonore possono essere costituite da fluidi in movimento (getto d’aria, flusso di acqua, ecc.) o da corpi solidi vibranti.

Questo è ciò che accade quando la membrana dell’altoparlante vibra, comprimendo ed espandendo molto velocemente l’aria attorno ad essa.

Le grandezze associate al suono sono:

Pressione sonora: $Δ p (t, x) = p (t, x) - p_{0}$ in Pascal.

Velocità delle particelle: $u (t, x)$ in $\frac{m}{s}$ .

Variazione di densità del mezzo: $Δ ρ (t, x) = ρ (t, x) - ρ_{0}$ in $\frac{k g}{m ^{3}}$ .

La grandezza più importante è la pressione sonora istantanea, in quanto è ciò che viene percepito dall’orecchio.
In genere i fenomeni acustici sono caratterizzati da variazioni di pressione molto piccole e molto rapide.

In aria le onde sonore si propagano attorno al valore stazionario della pressione atmosferica $p_{0} \approx 1 0^{5} P a$ , quindi l’ampiezza di queste fluttuazione è molto piccola come si vede dalla Legge di Stevino.

La soglia dell’udibile dell’orecchio umano è $20 μ P a$ .
In decibel, la soglia del dolore di un suono è di 120dB.

In aria, un suono si propaga a circa $c = 343 \frac{m}{s} + 0.6 \cdot t_{a}$ , dove $t_{a}$ è la temperatura dell’aria.

Vedi anche: Onda, Infrasuoni, Ultrasuoni, Legge di Stevino, Lunghezza d’onda
Link to original

Lunghezza d'onda

In fisica, la Lunghezza d’onda di un’onda periodica è la distanza tra due creste o fra due ventri della sua forma d’onda, e viene comunemente indicata dalla lettera greca $λ$ .

Wikipedia

La lunghezza d’onda è definita come $λ = \frac{v}{f}$ , dove $v$ è la velocità di trasmissione dell’onda nel mezzo e $f$ è la frequenza dell’onda.
Link to original

Onde nei mezzi
Le caratteristiche di propagazione delle onde sono diverse in base al mezzo in cui propagano. Ad esempio uno dei parametri influenzati maggiormente è la velocità c.

Fluidi Solidi
Nei fluidi sono possibili solo onde longitudinali, perché questi reagiscono solo a deformazioni di compressione ed espansione. Questa proprietà deriva dal fatto che i fluidi non hanno un volume proprio ma assumono la forma del recipiente. Nei solidi invece possono esserci sia onde longitudinali che trasversali. All’interfaccia tra mezzi diversi si generano delle onde di superficie che generano ulteriori vibrazioni.
La velocità di propagazione dipende dalla densità e dai parametri elastici del mezzo quale Modulo di Young e Rapporto di Poisson.

Nei solidi si presenta anche un terzo tipo di onda: l’onda flessionale.

Onda flessionale
L’onda flessionale produce sia la rotazione che lo spostamento laterale degli elementi del piano in maniera molto evidente.

Link to original

Vedi anche: Onda, Suono, Modulo di Young, Rapporto di Poisson
Link to original

Fluidi	Solidi
Nei fluidi sono possibili solo onde longitudinali, perché questi reagiscono solo a deformazioni di compressione ed espansione. Questa proprietà deriva dal fatto che i fluidi non hanno un volume proprio ma assumono la forma del recipiente.	Nei solidi invece possono esserci sia onde longitudinali che trasversali. All’interfaccia tra mezzi diversi si generano delle onde di superficie che generano ulteriori vibrazioni.
	La velocità di propagazione dipende dalla densità e dai parametri elastici del mezzo quale Modulo di Young e Rapporto di Poisson.

Caratteristiche soggettive del suono
Le caratteristiche soggettive del suono fanno parte della Psicoacustica e permettono di studiare il significato di un suono e come questo viene percepito dall’orecchio umano. Queste sono:

Intensità soggettiva che permette di determinare se all’orecchio umano un suono è forte o debole

Altezza tonale che permette sia di identificare se un suono è grave o acuto, ché la nota che viene riprodotta

Timbro che permette di distinguere un medesimo fonema pronunciato da più persone o la medesima nota prodotta da strumenti diversi.

Link to original

Pressione acustica

La pressione sonora è l’ampiezza dell’onda di pressione, o onda sonora.

La pressione sonora può essere misurata usando un microfono (misura in aria), un idrofono (misura in acqua) o un catodofono. L’unità di misura della pressione sonora è il pascal (simbolo Pa = N/m2), nonostante si ricorra spesso alla scala logaritmica (avente come unità di misura il dB) che esprime invece propriamente il livello di pressione sonora (vedi sotto). La pressione sonora istantanea è la variazione di pressione $p_{0}$ causata da un’onda sonora in un certo istante e in un certo punto dello spazio. La pressione sonora efficace è il valore efficace dell’onda:
$p_{r m s} = \frac{1}{T} \int_{0}^{T} p^{2} (t)$
Per un’onda sonora, la grandezza complementare alla pressione sonora è la velocità delle particelle. Per piccoli segnali, la pressione sonora e la velocità delle particelle sono proporzionali (legge di Ohm acustica: $Δ p = ρ_{0} c v$ ), e il loro rapporto viene detto impedenza acustica. L’impedenza acustica dipende dalle caratteristiche dell’onda e del mezzo. Il prodotto della pressione sonora e della velocità delle particelle prende il nome di intensità sonora istantanea.

La pressione sonora totale è
$p_{t o t} = p_{0} + (p_{ma x} - p_{0}) sin (ω_{p} t + Φ_{0})$
con

$p_{0}$ pressione dell’ambiente,

$p_{ma x}$ - $p_{0}$ ampiezza della pressione sonora.

Il livello di pressione sonora (SPL) o livello sonoro $L_{p}$ è una misura logaritmica della pressione sonora efficace di un’onda meccanica (sonora) rispetto a una sorgente sonora di riferimento. Viene misurata in decibel (simbolo $d b_{s pl})$ :
$L_{p} = 10 lo g_{10} (\frac{p}{p _{0}})^{2} = 20 lo g_{10} (\frac{p}{p _{0}})$
Dove $\frac{p}{p _{0}} = p_{r m s}$ .

Wikipedia

Nel caso di un’onda sinusoidale $p_{e ff} = \frac{Δ p _{ma x}}{2}$ .

Link to original

Phon

Il phon in psicoacustica rappresenta il livello di sensazione sonora sulla base del quale furono rappresentate le curve di isofonia nel diagramma di Fletcher e Munson. In particolare il phon definisce il livello di pressione sonora che il suono di riferimento alla frequenza di 1 kHz deve avere al fine di provocare la medesima sensazione uditiva (in termini di intensità del livello acustico) di un suono puro a una determinata frequenza f.

Per esempio il valore della pressione sonora corrispondente alla curva isofonica di 40 phon, per un suono puro con frequenza pari a 1.000 Hz, equivale a 40 dB mentre alla frequenza di 500 Hz equivale a circa 38 dB.

Il phon è quindi un parametro che rappresenta l’udibilità soggettiva dell’orecchio umano, che in determinati casi, non rappresenta la differenza oggettiva che due suoni hanno tra loro.

Wikipedia

Sostanzialmente l’orecchio umano sente più forti (a parità di SPL) determinate frequenze di altre, in particolare da 1000Hz a 5000Hz quindi il phon è una scala di misura del volume che indica quanto alto il volume viene percepito dall’orecchio umano, piuttosto che in base alla pressione sonora.

Le linee che vengono percepite alla stessa intensità vengono dette curve isofoniche.
Notare come sopra i 50dB, le curve si appiattiscono tutte, quindi la sensazione sonora è molto più “piatta” sopra questa soglia.
Link to original

Task

Continuare da pagina 20 forse (se serve) 🔽 ➕ 2024-11-02 ✅ 2025-03-03

LM Ingegneria del Cinema

Explorer

1. Acustica e Psicoacustica

Acustica

Onda

Suono

Lunghezza d'onda

Onde nei mezzi

Onda flessionale

Caratteristiche soggettive del suono

Pressione acustica

Phon

Task

Graph View

Backlinks