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Corso di Fisica Tecnica AmbientaleCorso di Fisica Tecnica Ambientale

AcusticaAcustica

Elementi di PsicoacusticaElementi di PsicoacusticaElementi di PsicoacusticaElementi di Psicoacustica

Corso di Fisica Tecnica AmbientaleCorso di Fisica Tecnica Ambientale Acustica: elementi di psicoacusticaAcustica: elementi di psicoacustica

DefinizioniDefinizioni

La Psicoacustica studia l’interazione tra il fenomeno sonoroed i meccanismi fisiologici della percezione uditiva.

L’organo che permette all’uomo di percepire i suoni èl’orecchio. Tramite quest’organo le onde sonore vengonotrasformate in impulsi nervosi che, una volta trasmessi alcervello vengono percepiti come suonicervello, vengono percepiti come suoni.


DefinizioniDefinizioniLe tre sensazioni primarie che accompagnano l’ascolto di un suonoLe tre sensazioni primarie che accompagnano l ascolto di un suonosono: altezza, intensità e timbro (in inglese, rispettivamente pitch,loudness e timbre). Queste sensazioni sono il risultato dellaelaborazione dell’orecchio e del cervello e non sono grandezzeelaborazione dell orecchio e del cervello e non sono grandezzemisurabili direttamente (sono, invece, misurabili le quantità fisiche delsuono che sono principali cause di altezza, intensità e timbro). Per

i i di i ( i i di i) il it h è d t i t i i l tsuoni periodici (o quasi periodici), il pitch è determinato principalmentedalla frequenza fondamentale (si ricorda che la frequenzafondamentale di un suono è il numero di ripetizioni in un secondo delpattern di vibrazione). Tra i suoni periodici si distinguono i suoni puri,formati cioè da una sola componente sinusoidale. Visto nel dominiodella frequenza, un suono puro è rappresentato con una riga inq , p pp gcorrispondenza della frequenza della sinusoide. Per un suonocomposto da più armoniche (sinusoidi), la frequenza fondamentale è ilmassimo comun divisore della serie di frequenze che costituiscono lomassimo comun divisore della serie di frequenze che costituiscono lospettro.



L’intensità percepita dipende dal flusso di energia che accompagna lavibrazione. Essa è tuttavia dipendente anche da altri fattori quali pitch,durata e presenza di altri suoni Il principale elemento che caratterizza ildurata e presenza di altri suoni. Il principale elemento che caratterizza iltimbro è lo spettro di energia. L’evoluzione temporale dello spettro è unelemento fondamentale per il riconoscimento e la caratterizzazione deisuoni strumentalisuoni strumentali.



Oltre alle sensazioni primarie appena viste, ne esistono altre cherivestono notevole importanza nel processo percettivo. La direzionalità èuna sensazione legata alla percezione dei suoni ed è legata allauna sensazione legata alla percezione dei suoni, ed è legata alladifferenza di fase con cui il suono giunge alle orecchie (differenza che èdovuta alla direzione di incidenza del suono). Consonanza e dissonanzasono infine due sensazioni (indotte legate cioè al condizionamentosono infine due sensazioni (indotte, legate cioè al condizionamentoculturale) provocate dalla sovrapposizione di due o più suoni e daibattimenti dovuti alla sovrapposizione. Il rapporto fra le frequenze e laf di b tti t d t i il d difrequenza di battimento determinano il grado di consonanza edissonanza percepito.


Orecchio umanoOrecchio umano

Da un punto di vista anatomico l’orecchio viene diviso in treparti: la prima parte è l’orecchio esterno che riceve l’ondasonora e fa vibrare la membrana del timpano, la seconda èl’orecchio medio che collega meccanicamente la membrana deltimpano con l’orecchio interno la terza parte è l’orecchio internotimpano con l orecchio interno, la terza parte è l orecchio internodove hanno origine gli impulsi nervosi che attraverso il nervoacustico vengono trasmessi al cervello.


Morfologia dell’orecchioMorfologia dell’orecchio



L’orecchio esterno

Il padiglione auricolare è la componente visibile dell’orecchio esterno; la suafunzione principale è di contribuire alla ricezione del suonofunzione principale è di contribuire alla ricezione del suono.E’ la forma del padiglione che può influenzare l’amplificazione o l’attenuazione dideterminate frequenze. Dal padiglione parte il condotto uditivo esterno checonvoglia le onde sonore alla membrana del timpanoconvoglia le onde sonore alla membrana del timpano.La spiccata sensibilità dell’orecchio umano alle frequenze attorno ai 3000 Hz sispiega con il fatto che il condotto si comporta come un tubo chiusoall’estremità con una frequenza di risonanza all’incirca di 3000 Hzall estremità con una frequenza di risonanza all incirca di 3000 Hz.L’orecchio esterno è separato dall’orecchio medio dalla membrana del timpano:essa ha la forma di un cono piatto con un diametro di circa sette millimetri e laconvessità rivolta verso l’interno.convessità rivolta verso l interno.


Morfologia dell’orecchioMorfologia dell’orecchioL’orecchio medio

L’orecchio medio è una cavità piena d’aria che contiene la catena di ossicini ossiatre piccole ossa, il martello, l’incudine e la staffa, che forniscono il movimentomeccanico pe fa passa e la ib a ione dal timpano all’o ecchio inte no Ilmeccanico per far passare la vibrazione dal timpano all’orecchio interno. Ilmartello è appoggiato sul timpano e quando viene messo in vibrazione colpiscel’incudine, il secondo ossicino che funge da connessione con il terzo, la staffa.Questa è a contatto con la finestra ovale un’altra membrana che segna l’entrataQuesta è a contatto con la finestra ovale, un altra membrana che segna l entratadella chiocciola.La catena d’ossicini è connessa a dei legamenti e posta in tensione attraverso duepiccoli muscoli: il tensore del timpano e lo strapedio Il primo è connesso alpiccoli muscoli: il tensore del timpano e lo strapedio. Il primo è connesso almartello, il secondo alla staffa. Questo sistema da una parte è un efficacemeccanismo di trasmissione tra orecchio esterno e finestra ovale, dall’altrafunziona come apparato protettivo in quanto limita la vibrazione trasmessa allafunziona come apparato protettivo in quanto limita la vibrazione trasmessa allafinestra ovale.La presenza di aria nell’orecchio medio fa in modo di compensare la spinta dellapressione atmosferica sul timpano, ciò avviene tramite il tubo di Eustachio chep p ,mette in comunicazione l’orecchio medio con il setto nasale.


Morfologia dell’orecchioMorfologia dell’orecchioL’orecchio interno

L’orecchio interno si presenta come un complesso sistema di canali colmi diliquido inseriti nell’osso temporale. Nell’uomo il senso dell’equilibrio e dell’uditoviene dato dai nervi sensori posti all’interno di questi canali che terminano nellaviene dato dai nervi sensori posti all interno di questi canali che terminano nellacoclea. All’interno di quest’ultima troviamo una membrana detta basale che vieneeccitata attraverso l’energia trasmessa alla coclea dalla finestra ovale. Questamembrana a seconda della frequenza del suono risulta più eccitata in un puntomembrana a seconda della frequenza del suono risulta più eccitata in un puntorispetto ad un altro: le basse frequenze generano maggiore eccitazioneall’estremità della coclea, le alte invece nei pressi della finestra ovale.La stimolazione delle fibre nervose coinvolge una complessa struttura posta sullaLa stimolazione delle fibre nervose coinvolge una complessa struttura posta sullamembrana basale chiamata organo di Corti. Le cellule ciliate interne ed esterneche fanno parte di quest’organo sono le principali responsabili del processo distimolazione nervosa, pare infatti vi sia una dipendenza diretta tra il danno subito, p pda queste cellule e la perdita di udito dovuta al rumore. Sezionando l’organo delCorti si ha che in pratica le terminazioni nervose sono comprese fra due lamine ditessuto organico che, per strofinio dovuto all’eccitazione acustica, eccitano leg , p ,cellule nervose in zone differenti a seconda della frequenza di eccitazione.


Percezione uditivaPercezione uditiva


Sensazione sonoraSensazione sonora


Sensazione sonoraSensazione sonoraAudiogrammaAudiogramma normalenormale ((Fletcher e Munson)AudiogrammaAudiogramma normalenormale ((Fletcher e Munson)


Sensazione sonoraSensazione sonoraN ll l t i d l i h h f i idd tti li lliNella valutazione del rumore si ha spesso a che fare con i cosiddetti livelliponderati. I moderni strumenti per la misurazione presentano infatti dei filtri dipesatura denominati A, B, C (dB(A), dB(B), dB(C)).Esiste anche una scala denominata D utilizzata per misure di rumorosità in zoneEsiste anche una scala denominata D utilizzata per misure di rumorosità in zoneaeroportuali.La sensibilità dell’udito è incostante col modificarsi della frequenza e del livellosonoro; si presenta allora la necessità di adottare una strumentazione che emuli lasonoro; si presenta allora la necessità di adottare una strumentazione che emuli lacaratteristica dell’organo uditivo.La sensibilità dello strumento viene così regolata secondo tre curve conosciute comecurve di ponderazione A B C che presentano andamenti della sensibilitàcurve di ponderazione A, B, C che presentano andamenti della sensibilitàleggermente diversi tra di loro anche se tutti decrescenti verso gli estremi del campouditivo. Le curve di ponderazione derivano da considerazioni sull’audiogramma diFletcher e Munson e presentano una forte analogia con le isofoniche misurate inFletcher e Munson e presentano una forte analogia con le isofoniche misurate inPhon.La scelta delle curve A, B e C si giustifica con la necessità di simulare ilcomportamento dell’orecchio umano medio ai livelli bassi, medi e alti.p ,


Sensazione sonoraSensazione sonora


Mascheramento uditivoMascheramento uditivo

L'audiogramma normale funziona correttamente per i suoni per iquali è stato determinato sperimentalmente, quindi per i toni puri,che rappresentano una classe molto ristretta nel campo deiche rappresentano una classe molto ristretta nel campo deifenomeni sonori. Ogni tentativo di utilizzare, per la caratterizzazionedella percezione auditiva nei confronti dei suoni complessi, i daticontenuti nell'audiogramma normale risulta vano Ad esempio se sicontenuti nell audiogramma normale risulta vano. Ad esempio se sianalizza il contenuto spettrale di un suono complesso e per ciascunariga dello spettro (ovvero per bande di frequenza abbastanzaristrette da poterle assimilare ad una riga) si calcola il livelloristrette da poterle assimilare ad una riga) si calcola il livelloequivalente in phon utilizzando l'audiogramma normale e poi sicombinano linearmente i risultati parziali per risalire alla “sensazione

d l l i i i l hsonora del suono complesso, si ottiene un risultato che, sottopostoal vaglio di una prova soggettiva d'ascolto, risulta errato.



Il motivo per cui non risulta valido il principio disovrapposizione degli effetti dipende dalle caratteristichei t i h d l i di i diti U d iintrinseche del meccanismo di percezione auditiva. Uno deifenomeni più evidenti che interviene quando vengonopercepiti più suoni contemporaneamente consiste nel fattop p p pche ciascun suono non conserva totalmente la suaindividualità nei confronti della percezione. Il fenomenoprende il nome di mascheramento acustico oprende il nome di mascheramento acustico omascheramento uditivo. Questo fenomeno può esseredescritto genericamente come un disturbo all'ascolto di ungsuono desiderato (suono mascherato) da parte di un altrosuono disturbante (suono mascherante).


Mascheramento uditivoMascheramento uditivoòòIlIl fenomenofenomeno puòpuò essereessere descrittodescritto considerandoconsiderando duedue tonitoni puripuri didi notanota

frequenzafrequenza ee intensitàintensità.. SeSe unouno deidei duedue suonisuoni haha unun livellolivello taletale dada essereessereappenaappena udibile,udibile, cioècioè ilil suosuo livellolivello èè paripari alal livellolivello didi sogliasoglia LLss,, nonnon appenaappenapppp pp gg ss ppppadad essoesso sisi sovrapponesovrappone ilil secondosecondo tono,tono, essoesso vieneviene totalmentetotalmentemascheratomascherato perper unun livellolivello sufficientementesufficientemente elevatoelevato deldel suonosuonomascherantemascherante.. PerPer distingueredistinguere nuovamentenuovamente lala presenzapresenza deldel tonotonomascherantemascherante.. PerPer distingueredistinguere nuovamentenuovamente lala presenzapresenza deldel tonotonomascheratomascherato èè necessarionecessario innalzareinnalzare ilil suosuo livellolivello finofino adad unun valorevalore LLmm perperilil qualequale sisi raggiungonoraggiungono lele nuovenuove condizionicondizioni didi sogliasoglia..SiSi assumeassume alloraallora comecome valutazionevalutazione quantitativaquantitativa deldel mascheramentomascheramento lalaSiSi assumeassume alloraallora comecome valutazionevalutazione quantitativaquantitativa deldel mascheramentomascheramento laladifferenzadifferenza M,M, espressaespressa inin dB,dB, frafra ii duedue livellilivelli didi soglia,soglia, inin presenzapresenza ee ininassenzaassenza deldel tonotono mascherantemascherante::

sm LLM

Il livello LIl livello Lmm prende il nome di soglia mascherata d'udibilità.prende il nome di soglia mascherata d'udibilità.


Mascheramento uditivoMascheramento uditivoEffetto mascherante prodotto da un tono puro a 400 Hz e 1200 Hz, per diversi livelli

LmascheranteLmascherante1200 Hz1200 Hz

Effetto mascherante prodotto da un tono puro a 400 Hz e 1200 Hz, per diversi livelli d'intensità acustica.

LmascheranteLmascherante

400 Hz400 Hz


Mascheramento uditivoMascheramento uditivoNelNel casocaso inin cuicui ilil suonosuono mascherantemascherante siasia costituitocostituito dada unun segnalesegnale aa bandabanda largalarga (ad(adNelNel casocaso inin cuicui ilil suonosuono mascherantemascherante siasia costituitocostituito dada unun segnalesegnale aa bandabanda largalarga (ad(adesempioesempio daldal rumorerumore emessoemesso dada unauna macchina)macchina) ilil mascheramentomascheramento nonnon dipendedipende daldallivellolivello globaleglobale deldel suonosuono mascherante,mascherante, bensìbensì dada unauna ristrettaristretta bandabanda didi frequenza,frequenza,centratacentrata sullasulla frequenzafrequenza ff deldel tonotono mascherato,mascherato, dettadetta bandabanda criticacritica perper l’audizionel’audizione,,qq ,, pp ,,lala cuicui ampiezzaampiezza ΔfΔf èè funzionefunzione didi ff..


Scala dei soneScala dei sone


Effetti del rumoreEffetti del rumoreGli effetti fisiologici prodotti dal rumore sull’individuo possono variare in funzioneGli effetti fisiologici prodotti dal rumore sull individuo possono variare in funzione,sia delle caratteristiche fisiche del rumore, quali l’intensità, la composizionespettrale, il tempo di esposizione, sia dalla risposta dei soggetti esposti.

Gli effetti sono suddividibili in tre classi:

• effetto di danno• effetto di danno• effetto di disturbo• effetto di fastidio (annoyance)

Per danno si intende ogni alterazione anche parzialmente non reversibiledell’apparato uditivo.Il disturbo è invece un’alterazione reversibile delle condizioni psicofisiche deipsoggetti esposti al rumore.Il fastidio è invece un effetto che il rumore provoca sugli individui non dovutoesclusivamente al rumore ma anche alla combinazione di fattori di naturapsicologica e sociologica.


Effetti del rumoreEffetti del rumore

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