Acustica Applicata Acustica Applicata
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Angelo Farina
Dip. di Ingegneria Industriale - Università di Parma Parco Area delle Scienze 181/A, 43100 Parma – Italy
angelo.farina@unipr.it
Fenomeno sonoro
Fenomeno sonoro
IL SUONO
• Il suono è generato dalla variazione di pressione in un mezzo materiale (fluido o solido) che si propaga senza trasporto di materia.
• Esso è caratterizzato da alcune grandezze
fondamentali quali
l'Ampiezza, la frequenza o il periodo di oscillazione, la lunghezza d'onda e la
celerità di propagazione nel
mezzo attraversato.
Fenomeno sonoro: generalità Fenomeno sonoro: generalità
Il fenomeno sonoro è caratterizzato dalla propagazione di energia meccanica dovuta al rapido succedersi di compressioni ed espansioni di un mezzo elastico; tale energia, che ha origine in una sorgente sonora, si propaga nel mezzo stesso per onde con velocità finita. Perché il fenomeno nasca e si propaghi occorre dunque che esista:
• una “sorgente sonora”
• un “mezzo elastico”
Sorgente sonora (1):
Sorgente sonora (1):
Sorgente sonora: superficie piana che si muove di moto armonico semplice ad una estremità di un condotto di lunghezza infinita nel quale si trova un mezzo elastico in quiete.
Compressioni
Rarefazioni
Sorgente sonora (2):
Sorgente sonora (2):
Il moto armonico del pistone è caratterizzato dalla frequenza “f”
con cui la superficie piana si muove.
“f” = frequenza, numero di cicli compiuti dalla superficie piana in un secondo e viene espressa in “hertz” (Hz);
“T” = periodo, tempo necessario a compiere un ciclo;
“” = velocità angolare;
Relazioni tra le varie grandezze:
f = 1/T ed f = / 2 (Hz)
Se la frequenza del fenomeno è compresa tra 20 e 20000 Hz, la perturbazione è percepita dall’orecchio dell’uomo e si parlerà di fenomeno acustico o sonoro.
Sorgente sonora (3):
Sorgente sonora (3):
La superficie del pistone si muove di moto armonico semplice:
• spostamento = s = so cos(t),
• velocità = v = ds/dt = -so sen ( t),
• accelerazione = a = dv/dt = - 2 so cos( t),
dove so rappresenta il valore dello spostamento massimo della
Mezzo elastico:
Mezzo elastico:
Le proprietà elastiche e la massa del mezzo elastico stabiliscono la
“velocità” con cui la perturbazione si trasmette e la quantità di energia meccanica trasferita dalla sorgente nella unità di tempo (W).
14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 9
Velocità di propagazione e lunghezza d’onda:
Velocità di propagazione e lunghezza d’onda:
La perturbazione, generata nel mezzo elastico dal movimento delle particelle a contatto con la superficie vibrante della sorgente, si propaga con una velocità “c0” che, nel caso dell’aria secca e alla temperatura t (°C), vale:
• c0 = 331.4 + 0.6t (m/s)
la lunghezza d’onda “”, fissata la frequenza “f” del moto armonico della sorgente, dipende dal valore della velocità c0 secondo la relazione:
•
f
(m)c
0
) /
( 287
41 . 1
0
kgK J
R
T R c
Legame frequenza-lunghezza d’onda:
Legame frequenza-lunghezza d’onda:
All’aumentare della frequenza si riduce la lunghezza d’onda della perturbazione sonora
14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 11
Velocità di propagazione in mezzi diversi:
Velocità di propagazione in mezzi diversi:
• Velocità del suono in acqua distillata
• Velocità del suono in mezzi diversi
• Velocità del suono in aria @ 20°C
340 m/s
) / (
.elastico N m2 m
E c E
Grandezze fisiche:
Grandezze fisiche:
Le grandezze fisiche più importanti che caratterizzano il fenomeno sonoro sono:
• Pressione sonora p
• Velocità delle particelle v
• Densità di energia sonora D
• Intensità sonora I
• Potenza sonora W
Pressione sonora, velocità ed impedenza Pressione sonora, velocità ed impedenza
Al passaggio dell’onda sonora nel mezzo elastico si originano una sequenza di compressioni ed espansioni dello stesso, ciò implica una variazione della pressione ambiente rispetto al valore di equilibrio.
Tali compressioni ed espansioni danno origine alla pressione acustica “p’” che dipende dalla frequenza ed ampiezza del moto armonico della sorgente, dalle caratteristiche elastiche e dalla massa del mezzo acustico. Il legame tra la velocità delle particelle del mezzo elastico “v’ ” e pressione acustica “p’ ” vale:
• (kg/m2 s)
dove 0 è la densità del mezzo elastico ed il prodotto 0 c0 è detta impedenza acustica (Z) dell’onda piana (kg/m2 s)(rayl).
0 0
c '
v '
p
Valore medio efficace (RMS) di p e v Valore medio efficace (RMS) di p e v
Quando la forma d’onda è complessa, diventa ambigua la definizione dell’ampiezza media del segnale da analizzare, e l’uso del valore istantaneo massimo non è rappresentativa della percezione umana. Si impiega allora il cosiddetto Valore Medio Efficace o Valore RMS del segnale stesso:
