Frequenze e decibel

I suoni che sentiamo sono il risultato della vibrazione meccanica dell’aria intorno a noi. Questa vibrazione si propaga attraverso l’aria sotto forma di onde longitudinali. Gli esseri umani, come molti animali, sentono questa vibrazione attraverso il senso dell’udito, che si trova nell’orecchio.
L’acustica è la scienza che studia i suoni, e i due parametri principali utilizzati per descriverla sono le frequenze e i decibel.

Altezza del suono: la frequenza.

Verifichiamo il caso di un suono “puro” o semplice, cioè composto da una sola frequenza.
La rappresentazione grafica dell’onda sonora mostra una sinusoide che evolve con il tempo su entrambi i lati della linea di intensità 0.
Il tempo trascorso tra l’inizio e la fine di un ciclo è chiamato periodo.
La frequenza è definita come il numero di periodi al secondo, espresso in Hertz (Hz). Così, per esempio, 100 cicli al secondo = 100 Hz.
Il punto più alto della curva dà l’intensità massima, in questo caso il volume del suono espresso in decibel (dB).
I suoni che sentiamo quotidianamente sono complessi perché sono composti dalla somma di molte frequenze, ognuna delle quali ha la sua intensità.
È possibile decomporre un suono complesso nell’insieme delle frequenze semplici che lo compongono mediante un processo matematico chiamato trasformata di Fourier.

Classificazione delle frequenze:

A seconda della loro frequenza, i suoni sono classificati in diverse categorie:
Sotto i 120 Hz: bassa frequenza.
Da 120 a 4000 Hz: frequenze medie.
Da 4000 a 25000 Hz: alti
Sopra i 25000 Hz: ultrasuoni.

E l’orecchio umano?

Se l’orecchio umano in teoria dovrebbe percepire frequenze tra 20 Hz e 20 000 Hz, in realtà l’esperimento dimostra che ci sono grandi differenze tra gli individui.
Quando l’età aumenta, la percezione delle frequenze acute diminuisce, si parla di invecchiamento dell’orecchio.
Ma anche per un orecchio giovane, la massima frequenza udibile è variabile, tra 8.000 e oltre 20.000 Hz.
La standardizzazione dei dispositivi ad alta fedeltà ha scelto di limitarsi a una larghezza di banda standard di 20 a 20 000 Hz.
Alcuni animali hanno capacità uditive molto superiori a quelle degli esseri umani. I cani, per esempio, percepiscono gli ultrasuoni fino a circa 45000Hz.

Maggiori informazioni sull’orecchio umano qui.

Note musicali, ottava e semitoni

Prendiamo l’esempio della nota A4, che corrisponde a una frequenza di 440 Hz.
La scala musicale ha definito una relazione matematica tra le frequenze. Così l’A3 corrisponde a 220 Hz (440/ 2) e l’A5 corrisponde a 880 Hz (440 * 2). Questa differenza tra due note A consecutive è chiamata ottava.
Un’ottava è divisa in 12 semitoni, che corrispondono ai tasti bianchi e neri del pianoforte.

Frequenza fondamentale e armonica.

Prendiamo una nota unica suonata sulla tastiera di un pianoforte.
Scegliamo il tasto A4 che corrisponde a una frequenza di 440 Hz. Questa frequenza è chiamata la fondamentale della nota.
Una nota suonata su uno strumento, come in questo caso l’A4, è complessa e composta da molte frequenze che si combinano per dare il suono che sentiamo.
I multipli interi della fondamentale sono chiamati armoniche. Nel nostro esempio, 880 Hz, 1320 Hz, 2200 Hz sono armoniche della nota A4.
È la somma della fondamentale e delle frequenze armoniche aggiunte che produce il suono caratteristico del pianoforte chiamato timbro.
Ogni strumento ha il suo timbro.

Volume del suono: il Decibel

Il decibel (dB) è l’unità utilizzata per misurare il volume di un suono, che corrisponde all’ampiezza della nostra onda pura vista sopra.
Adottata negli anni 1920 negli Stati Uniti, questa unità deve il suo nome ai Bell Laboratories e al loro fondatore.
La scala è logaritmica, il che significa concretamente che quando la potenza sonora è moltiplicata per 2, il livello aumenta di 3 dB.
Quando la potenza sonora viene moltiplicata per 10, il livello aumenta di 10 dB.
Per esempio, un suono misurato a 43 dB sarà percepito come due volte più forte dello stesso suono misurato a 40 dB.
Un altro esempio: due rumori separati sommati insieme, di un volume di 50 dB ciascuno daranno insieme 53 dB e non 100.

Il dB si ottiene con un calcolo matematico relativamente complesso, ed è anche disponibile in diverse versioni:
– Il dB è un livello sonoro “teorico” che ha senso solo ad una determinata frequenza.
– Il dBA è ponderato per tenere conto delle particolarità dell’orecchio umano. Infatti, l’orecchio umano è più sensibile alle alte frequenze che alle basse frequenze. Il dB(A) rappresenta meglio il livello sonoro globale effettivamente percepito dall’orecchio.
– Il dB FS (Full Scale) è utilizzato nell’audio digitale. Per semplificare le cose, esiste in due versioni.
– Il dB HL (Hearing Level) è specialmente adattato alla definizione di curve di audiogrammi standard.
– Ci sono ancora altre varianti, che vengono utilizzate a seconda dei settori di applicazione.

Audiometria e test di audiometria.

L’audiometria è un settore che appartiene al campo dell’audiologia. Questa scienza riunisce tutti i metodi, le tecniche e i mezzi necessari per misurare lo stato funzionale delle vie dell’udito.
Per determinare i limiti della percezione dell’orecchio, è necessario eseguire un test audiometrico. Questo test determina quali frequenze (in herz) sentiamo e sotto quale intensità (in dB) non le percepiamo più.
Permette quindi di quantificare la perdita dell’udito.

Per eseguire il test, si utilizza un audiometro che genera frequenze a diverse intensità. Per una data frequenza, l’operatore diminuisce gradualmente l’intensità finché non si sente più nulla. Questo determina la vostra soglia uditiva per quella frequenza, che sarà rappresentata da un punto sull’audiogramma.
Il risultato ottenuto per tutte le frequenze testate è la curva audiometrica o audiogramma.
L’audiogramma è quindi una rappresentazione grafica della vostra capacità uditiva.
Il test viene eseguito separatamente per ogni orecchio
Il test audiometrico trascura le estremità della banda di frequenza, limitandosi a testare la banda tra 125 e 8000 Hz.

I diversi livelli di perdita uditiva.

– Perdita uditiva lieve – perdita da 20 a 40 dB:
incapacità di sentire suoni deboli, difficoltà di comprensione in ambienti rumorosi.
– Perdita uditiva media – 40-70 dB:
incapacità di sentire suoni deboli e moderatamente forti, grande difficoltà di comprensione del parlato, soprattutto in ambienti rumorosi.
– Perdita uditiva grave – 70-90 dB:
necessità di un apparecchio acustico, anche se alcuni suoni forti rimangono udibili
– Perdita uditiva profonda – 90 dB o più.