Nell’aria le onde sonore sono generate da variazioni della pressione, sopra e sotto il valore statico della pressione atmosferica.
Queste variazioni si originano in vari modi, per esempio:

1. da correnti d’aria pulsanti (ventilatori a pale);
2. da vortici che si formano quando una corrente d’aria incontra un ostacolo (un’uscita d’aria in un sistema di ventilazione);
3. dalle onde d’urto generate da un aereo che vola a velocità supersonica;
4. dalle vibrazioni di una superficie (un setto divisore).

Si consideri la generazione di rumore secondo il meccanismo 4. Si produce una istantanea diminuzione del volume dello strato di aria adiacente alla superficie vibrante, con conseguente aumento della sua densità. Così si forma una compressione d’aria in questo strato. Poiché la pressione nello strato compresso è più alta che nell’atmosfera circostante indisturbata, le particelle d’aria nello strato tendono a muoversi, dirigendosi verso l’esterno e comprimendo un secondo strato. Questo secondo strato tende a trasmettere il suo moto allo strato successivo e così via.

Quando la superficie cambia verso nel suo movimento, si verificano le condizioni opposte, cioè si ha un istantaneo aumento del volume dello strato d’aria adiacente alla superficie e quindi rarefazione dell’aria in questo strato. Questo strato di rarefazione segue lo strato di compressione verso l’esterno e si muove alla stessa velocità, detta “velocità del suono”. La successione degli strati di compressione e rarefazione che si propagano verso l’esterno costituisce il “moto d’onda” e in un dato punto dello spazio esso produce alternativamente aumenti e diminuzioni della pressione. Le singole particelle d’aria vibrano avanti e indietro (trasmettendo le onde) ma mantengono all’incirca inalterata la loro posizione media.

PROPRIETÀ DEL SUONO.

Alla temperatura di 20 °C (68 °F) la velocità del suono è di circa 344 m/s (1.127 f/s).
La temperatura dell’aria ha grande influenza sulla velocità del suono: ad ogni aumento di 1 °C nella temperatura corrisponde l’aumento di circa 0,61 m/s nella velocità del suono.
Il suono si propaga più velocemente nei solidi che nei fluidi. Per esempio, la velocità del suono nel mattone è circa 11 volte maggiore della velocità del suono nell’aria.

Frequenza.
La frequenza di un fenomeno periodico come un’onda sonora è il numero di cicli al secondo con cui il fenomeno si ripete. La frequenza è normalmente indicata da un numero seguito dall’unita di misura hertz (Hz).
Lunghezza d’onda.
La lunghezza d’onda di un suono è la distanza in direzione perpendicolare tra due fronti d’onda aventi la stessa fase, per esempio tra i punti di massima compressione.
Questa lunghezza coincide con la distanza percorsa dall’onda sonora in un ciclo completo di vibrazione. La lunghezza d’onda, indicata con λ, è legata alla frequenza f e alla velocità del suono c:

Il periodo T in s del moto d’onda è dato da:

Moto armonico semplice: i toni puri.
Si consideri il moto descritto in forma grafica da un diapason in vibrazione.
La traccia prodotta è detta onda sinusoidale poiché può essere rappresentata matematicamente dalla funzione seno:

Dove A è l’ampiezza di vibrazione del braccio del diapason, f la sua frequenza di vibrazione in Hz, t il tempo in secondi.
La forma d’onda è detta periodica perché da un’oscillazione a quella successiva essa si ripete identicamente.
Il moto descritto da un’onda sinusoidale è definito moto armonico semplice. Un’onda sonora contenente una sola frequenza, di forma sinusoidale, è detta tono puro. Questo moto armonico semplice ha notevole importanza perché si può dimostrare che tutte le onde sonore sono formate da una o più onde armoniche semplici.
Pressione sonora.
La pressione sonora è la variazione di pressione rispetto alla condizione di quiete causata da una perturbazione (onda sonora).
L'unità di misura del Sistema Internazionale della pressione sonora è il Pascal (Pa).
La pressione sonora istantanea è la variazione di pressione p0 causata da un'onda sonora in un certo istante e in un certo punto dello spazio.
La pressione sonora efficace è il valore efficace, cioè la media quadratica della pressione sonora istantanea su un dato intervallo di tempo:

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 = ρ0 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 variazione di pressione sonora p è definita come:

F = forza,
A = area su cui tale forza viene esercitata.
La pressione sonora totale è:

con
p0 = pressione dell'ambiente,
p = variazione di pressione sonora.
Armoniche.
Si supponga un setto divisore rigido che si muove avanti o indietro con moto sinusoidale a una frequenza di 50 Hz. Si generano onde sonore e la pressione sonora risultante varia sinusoidalmente alla frequenza di 50 Hz. Le superfici si flettono producendo oscillazioni addizionali: questo moto genera onde sonore a frequenze maggiori, per esempio a 100, 150, 200, 250 … Hz. La frequenza più bassa (50 Hz) è denominata frequenza fondamentale; le frequenze maggiori, multipli interi della fondamentale, vengono denominate armoniche.
Diffrazione del suono.
La diffrazione è il cambiamento di direzione di propagazione che subiscono le onde sonore quando incontrano un ostacolo. Esempi comuni di diffrazione sono il curvare delle onde sonore che incontrano un muro, intorno all’angolo di un edificio, oppure la diffusione delle onde sonore da una colonna in una stanza.
Conseguenza della diffrazione è che quando le onde sonore colpiscono una barriera, questa non produce una forte “ombra acustica” perché le onde curvano sopra la sommità o intorno ai lati.
Potenza sonora.
Si definisce come l’indice di emissione di energia acustica delle sorgenti. La potenza sonora è normalmente espressa in watt o picowatt (1 pW = 10־¹² W).

LIVELLI

Livello e decibel.
Il livello è il logaritmo del rapporto tra una data quantità e una quantità di riferimento della stessa specie. Il tipo di livello viene indicato per mezzo di un’espressione composta: livello di pressione sonora o livello di potenza sonora. Il termine “livello” indica che viene usata una scala logaritmica e che l’unità di misura è espressa in decibel.
Il decibel (dB) è una unità di misura di livello che indica la relazione esistente tra due quantità proporzionali alla potenza. Il numero di dB che definisce tale relazione è 10 volte il logaritmo in base 10 del rapporto tra le due quantità.
Livello di pressione sonora.
Il livello di pressione sonora in decibel, corrispondente a una pressione sonora p, è definito da:

Dove è la pressione sonora di riferimento.
Per definizione, il livello di pressione sonora di onde sonore aventi una pressione sonora p è

livello di pressione sonora =

dove la pressione sonora p è espressa in micropascal (μPa).
Raddoppiando un qualsiasi valore di pressione sonora si ottiene un aumento nel livello di pressione sonora di 6dB; moltiplicando la pressione sonora per il fattore 10 si ottiene un aumento nel livello di pressione sonora di 20dB.
Livello di pressione sonora in funzione della direzione: sorgenti direzionali.
Le sorgenti sonore presentano per la maggior parte caratteristiche direzionali, cioè emettono un suono maggiore verso alcune direzioni rispetto ad altre.
I modelli di irradiazione dei diversi tipi di sorgenti sonore presentano in genere le seguenti caratteristiche:
1. quando la lunghezza d’onda del suono emesso è molto elevata in confronto alle dimensioni della sorgente, il suono è irradiato uniformemente in tutte le direzioni, cioè la sorgente non è direzionale;
2. quando la lunghezza d’onda è piccola rispetto alle dimensioni della sorgente, il suono emesso dalla superficie della sorgente tende a essere confinato entro un fascio relativamente ristretto; più la frequenza è alta, più il fascio è ristretto.
Livello di pressione sonora in funzione della distanza dalla sorgente.
Il livello di pressione sonora diminuisce di 6dB ogni volta che si raddoppia la distanza dalla sorgente. Ciò equivale a dire che diminuisce di 20dB ogni volta che si aumenta la distanza dalla sorgente di un fattore 10.

controllo attivo rumore

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