Frequenza - Spettro- Decibel

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Frequenza


La Frequenza (altezza) del suono è il numero di cicli al secondo dell’onda sonora. Viene misurata in Hertz (Hz). La frequenza di un suono aumenta con il numero di cicli al secondo.

I suoni in alta frequenza, come la sirena della polizia, hanno una frequenza di migliaia di cicli al secondo. I suoni in bassa frequenza, come quello di un tuono lontano o di un basso tuba, hanno una frequenza di pochi cicli al secondo.

Le vibrazioni comprese fra 20 e 20.000 cicli al secondo vengono percepite come 'suono' dall’orecchio di un soggetto giovane adulto in buona salute.
> IMAGE < La figura qui a destra mostra l’andamento del livello della pressione sonora di un suono in bassa frequenza in confronto ad un suono in alta frequenza della medesima ampiezza (intensità). Notate come il suono in bassa frequenza raggiunge il suo massimo una volta nello stesso periodo di tempo in cui il suono in alta frequenza raggiunge il suo massimo per otto volte. Pertanto, se il suono in bassa frequenza rappresentasse 1 kHz, il suono in alta frequenza rappresenterebbe 8 kHz. 

 Intensità

L'orecchio umano è sensibile a una vasta gamma di dinamiche sonore, cioè di ampiezze: dal più debole suono percepibile (la SOGLIA INFERIORE DI  UDIBILITÀ), a suoni di potenza tale da provocare danni permanenti all'orecchio, o addirittura lo sfondamento dei timpani, la SOGLIA DEL DOLORE.

Si è visto che il suono è un effetto della variazione della pressione dell'aria.

Questa variazione implica una potenza che ha effetto su una certa superficie (per esempio quella della membrana del timpano), e può perciò venire misurata, ad esempio in WATT/CM2.

Sensibilità dell'orecchio umano:

minima: 10-14 WATT/CM2 (soglia inferiore di udibilità)

massima: 1 WATT/CM2 (soglia del dolore)

Per comodità si usa l'esponente, che opportunamente manipolato diviene l'unità di misura dell'ampiezza e si chiama DECIBEL ed è pari a 20*(LOG AMP)/(LOG AMP0) (in cui AMP0 è l'ampiezza scelta come riferimento). L'orecchio è sensibile ai rapporti di potenza acustica (Ampiezza) piuttosto che alle loro differenze. > IMAGE <Questo significa che, stabilita la più piccola differenza di ampiezza percepibile (che è pari a circa 1 db), per passare al gradino successivo si dovrà aumentare la potenza di una quantità maggiore della precedente. Un giovane adulto in buona salute ha una maggiore sensibilità per i suoni con frequenze nel campo da 500 a 8000 Hz, che coincide col range di frequenze della voce umana. Il suono più debole (soglia dell’udito) che un orecchio umano normale è in grado di percepire si trova intorno a 0 dB. Il suono più forte (livello di fastidio) che un essere umano è in grado di tollerare è di 120 -140 dB.
> IMAGE < Nella figura a fianco è possibile confrontare un suono debole con un suono forte della medesima frequenza. Notate come il suono forte (con una grande ampiezza) raggiunga livelli di pressione sonora (SPL) molto più alti rispetto al suono debole (con una piccola ampiezza). Per valori estremamente elevati di SPL, la pressione può essere così alta da provocare un danno all’orecchio, proprio come se venisse colpito da un qualunque oggetto.

Spettro di Frequenza

Spesso, quando nel campo della fisica acustica si parla di suono, si fà riferimento allo spettro del suono. I suoni in natura non sono caratterizzati da una singola frequenza con una sola ampiezza, ma da molte frequenze, ciascuna con un’ampiezza diversa. Questo tipo di suono complesso viene detto timbro. È ciò che rende diverso il suono di un trombone da quello di un clarinetto, anche quando suonano esattamente la stessa nota.
> IMAGE < Questa è una forma d’onda semplice caratterizzata da una frequenza singola con una sola ampiezza. È il suono che vi può capitare di sentire se percuotete un diapason o accendete un accordatore per chitarra elettrica. Questo suono è chiamato anche tono puro.

 
> IMAGE < Questo è lo spettro di frequenza della forma d’onda del tono puro mostrato sopra. Nella figura si vede il livello della pressione sonora (SPL) di ciascun componente in frequenza del tono puro. Come potete notare, questo spettro è caratterizzato da una singola frequenza con un livello costante.

 
> IMAGE < In questa figura è mostrata una forma d’onda complessa, come quella generata dalla voce umana. Notate che è difficile riconoscere l’origine del segnale perché l’ampiezza varia costantemente nel tempo.
> IMAGE < Lo spettro di frequenza di una forma d’onda complessa è caratterizzato da molte componenti in frequenza, ciascuna con una diversa ampiezza. Questo potrebbe essere lo spettro del suono generato da una persona che canta una nota singola. Analizzando il suono in questo modo, siamo in grado di stabilire qual’è il modo migliore per aiutare le persone con problemi di udito, amplificando le frequenze che sono loro utili per capire meglio le parole.

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