Pressione acustica

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Indice

1 Pressione sonora
2 Livello di pressione sonora
3 Voci correlate
4 Bibliografia
5 Collegamenti esterni

[modifica] Pressione sonora

La pressione sonora è la variazione di pressione rispetto alla condizione di quiete causata da una perturbazione (onda sonora). La pressione sonora può essere misurata usando un microfono (misura in aria) o un idrofono (misura in acqua). L'unità di misura del Sistema Internazionale della pressione sonora è il Pascal (simbolo Pa). 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, 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, 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

$p = \frac{dF}{dA} \,$

con

F

forza

A

l'area su cui tale forza viene esercitata.

La pressione sonora totale è

$p_{tot} = p_0 + p \,$

con

p 0

pressione dell'ambiente

p

variazione di pressione sonora.

[modifica] Livello di 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 ad una sorgente sonora di riferimento. Viene misurata in decibel sonori (simbolo $d b S P L$ ):

$L_\mathrm{p}=10\, \log_{10}\left(\frac{{p}^2}{{p_0}^2}\right) =20\, \log_{10}\left(\frac{p}{p_0}\right)\mbox{ dB}$

dove

p 0

è la pressione sonora di riferimento e

p

è il valore efficace della pressione sonora che si vuole misurare.

La pressione di riferimento più comunemente utilizzata (in aria) è $p 0 = 20$ µPa (RMS).

Può essere utile esprimere la pressione sonora in termini di decibel sonori quando si ha a che fare con problemi legati all'udito, dal momento che l'intensità percepita dall'orecchio è circa proporzionale al logaritmo della pressione sonora (Legge di Weber-Fechner).

[modifica] Misura del livello di pressione sonora

Se il mezzo di propagazione è l'aria (o altro mezzo gassoso), il livello di pressione sonora (SPL) è quasi sempre espresso in decibel rispetto alla pressione di riferimento di 20 µPa, di solito considerata la soglia di udibilità per l'uomo (equivale all'incirca alla pressione sonora prodotta da una zanzara che vola a tre metri di distanza). Le misure per strumentazione audio vengono quasi sempre effettuate in riferimento a tale valore. Tuttavia, in altri mezzi, ad esempio in acqua, viene più spesso utilizzata una pressione di riferimento pari ad 1 µPa. ^[1] Questi livelli di riferimento sono definiti nel documento ANSI S1.1-1994. ^[2] In generale, è necessario conoscere il livello di riferimento quando si confrontano misure di SPL; il fatto che spesso l'unità dB(SPL) venga abbreviata in dB' può essere fuorviante, dato che si tratta comunque di una misura relativa.

Dato che l'orecchio umano ha una risposta in frequenza non piatta, si effettuano spesso delle compensazioni in frequenza, in modo che l'SPL misurato coincida con il livello sonoro percepito. La IEC ha definito alcune tabella di compensazione (weighting). L'A-weighting cerca di adattarsi alla risposta dell'orecchio umano al rumore, mentre il C-weighting viene usato per misurare i livelli sonori di picco. ^[3] Se si desidera conoscere l'SPL effettivo (e non quello compensato), molti strumenti consentono di effettuare una misura "piatta" (senza compensazione).

Quando si misura il livello sonoro prodotto da un oggetto, è importante misurare anche la distanza dalla sorgente sonora. L'SPL è inversamente proporzionale alla distanza, e non al quadrato della distanza (come succede con l'intensità sonora). Nella maggior parte dei casi, inoltre, dipende anche dalla posizione rispetto alla sorgente, quindi potrebbe essere necessario effettuare numerose misure a seconda dei casi.

La pressione sonora p in N/m² o Pa è

$p = Zv = \frac{J}{v} = \sqrt{JZ}$

dove

Z: impedenza acustica, impedenza sonora, o impedenza caratteristica, in Pa·s/m

v: velocità delle particelle in m/s

J: intensità acustica o intensità sonora, in W/m².

La pressione sonora p è legata allo spostamento delle particelle (o ampiezza) ξ, in m, dalla relazione

$\xi = \frac{v}{2 \pi f} = \frac{v}{\omega} = \frac{p}{Z \omega} = \frac{p}{ 2 \pi f Z}$

Si ha inoltre

$p = \rho c \omega \xi = Z \omega \xi = { 2 \pi f \xi Z} = \frac{a Z}{\omega} = c \sqrt{\rho E} = \sqrt{\frac{P_{ac} Z}{A}}$

espressa in N/m² = Pa.

Nelle relazioni sopra si ha

Simbolo	Unità	Significato
p	P, pascal	pressione sonora
f	H, hertz	frequenza
ρ	kg/m³, kilogrammi al metro cubo	densità del mezzo
c	m/s, metri al secondo	velocità di propagazione del suono nel mezzo
v	m/s, metri al secondo	velocità delle particelle
$ω$ = 2 · $π$ · f	rad/s, radianti al secondo	pulsazione
ξ	m, metri	spostamento delle particelle
Z = c • ρ	N $middot; s/m³, newton secondi al metro cubo	impedenza acustica
a	m/s², metri al secondo quadrato;	accelerazione delle particelle
J	W/m², watt al metro quadrato	intensità sonora
E	W·s/m³, watt secondi al metro cubo	densità di energia sonora
P_ac	W, watt	potenza acustica o potenza sonora
A	m², metro quadrato	area

Nota la pressione sonora $p 1$ alla distanza $r 1$ , si ha alla distanza $r 2$

$p \propto \frac{1}{r}$

$\frac{p_1} {p_2} = \frac{r_2}{r_1}$

$p_1 = p_{2} \cdot r_{2} \cdot \frac{1}{r_1}$

[modifica] Alcuni esempi

dB(SPL)	Sorgente
194	Limite fisico di pressione sonora (pari a 1 atmosfera)
180	Record Mondiale SPL, Motore di un missile a 30 m
160	Motore Renault F1 2004 (R24) V10, 3000cc, 18000 g/min, 800cv
150	Motore di un jet a 30 m
140	Colpo di fucile a 1 m
130	Soglia del dolore
120	Concerto Rock
110	Motosega a 1 metro
100	Martello pneumatico a 2 m; Discoteca
90	Camion pesante a 1 m
80	Aspirapolvere a 1 m
70	Traffico intenso a 5 m; radio ad alto volume
60	Ufficio rumoroso, radio
50	Ambiente domestico; teatro a 10 m
40	Quartiere abitato di notte
30	Sussurri a 5 m
10	Respiro umano a 3 m
0	Soglia dell'udibile (uomo con udito sano)

[modifica] L'SPL nella strumentazione audio

Gran parte dei produttori usando il livello di pressione sonora come indice dell'efficienza elettrica dei loro altoparlanti. La modalità più comune consiste nel misurare l'SPL con il rilevatore posto centralmente e a un metro di distanza dalla sorgente. Viene poi fatto riprodurre un particolare tipo di suono (in genere rumore bianco o rumore rosa) con un'intensità fissa e nota, in modo che la sorgente assorba una potenza pari ad un watt. Una misura di questo genere viene ad esempio espressa come "SPL: 93db 1W/1m". Questa misura può anche essere un rigoroso rapporto di efficienza tra la potenza sonora in uscita e la potenza elettrica in ingresso, ma questo metodo è meno diffuso.

Questo metro di giudizio per la qualità degli altoparlanti è spesso fuorviante, perché quasi tutti i trasduttori producono livelli di pressione sonora divesi a frequenze diverse, talvolta con variazioni anche di una decina di decibel nella banda di funzionamento (in altoparlanti di scarsa qualità). In genere, il produttore indica un valore medio in una certa banda.

[modifica] Voci correlate

Decibel
Acustica
Legge di Weber-Fechner
Livello di potenza sonora

[modifica] Bibliografia

Beranek, Leo L, "Acoustics" (1993) Acoustical Society of America. ISBN 0-88318-494-X

[modifica] Collegamenti esterni

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