Il Fonometro, la calibrazione e la rilevazione
Un fonometro è uno strumento per valutare l’ampiezza dei suoni e fornire misure obiettive e riproducibili del livello di pressione sonora. Ci sono diversi sistemi disponibili per misurare il suono. Benché differenti nei dettagli, ciascun sistema è composto da un microfono, da una unità di trattamento e da una unità di lettura dati.
Il microfono converte il segnale del suono in un segnale elettrico equivalente. Il tipo di microfono più adatto per un fonometro è il microfono a condensatore che associa la precisione con la stabilità e l’affidabilità. Il segnale elettrico prodotto dal microfono e talmente piccolo, che richiede di essere amplificato mediante un preamplificatore prima di essere misurato.
Differenti tipi di trattamento possono essere applicati al segnale. Esso può passare attraverso un circuito di pesatura ed è relativamente semplice fabbricare un circuito elettronico dove la sensibilità vari con la frequenza, nello stesso modo come per l’orecchio umano, simulando le curve di uguale sensazione sonora. Sono state sviluppate tre curve caratteristiche e normalizzate internazionalmente definite come ponderazioni “A” “B” e “C”.
Il circuito di ponderazione “A” rappresenta una buona approssimazione per le curve di uguale sensazione sonora ai bassi livelli di pressione sonora, il circuito “B” si comporta analogamente per curve di uguale sensazione sonora a livelli medi di pressione sonora, mentre il circuito “C” si comporta analogamente agli elevati livelli di pressione sonora. Un’altra speciale curva di ponderazione “D”, è stata normalizzata per le misure di rumore degli aerei.
Oltre ai vari circuiti di ponderazione, i fonometri hanno generalmente anche un circuito lineare – “lin”. Questo pondera il segnale ma gli permette di passare attraverso senza essere modificato.
Attualmente la ponderazione “A” è la più utilizzata, poiché le ponderazioni “B” e “C” non si correlano in maniera adeguata con le prove soggettive.
Una delle ragioni per la quale le ponderazioni “B” e “C” non possono dare i risultati sperati è che le curve di uguale sensazione sonora sono basate su delle prove con dei toni puri, ed i suoni che incontriamo più frequentemente non sono dei toni puri, ma bensì dei segnali complessi contenenti un infinito numero di toni differenti.
Quando sono richieste informazioni più dettagliate inerenti ad un suono complesso, la gamma di frequenza da 20 Hz a 20 kHz può essere divisa in bande. Questo compito viene eseguito dai filtri elettronici che bloccano tutti i suoni con frequenze al di fuori della banda selezionata. Queste bande normalmente hanno una larghezza di banda di un’ottava o di un terzo d’ottava.
Una banda di frequenza di un’ottava è compresa tra due frequenze delle quali la frequenza più alta è due volte l frequenza più bassa. Per esempio, un filtro di un’ottava con una frequenza centrale di 1kHz permette la misura di suoni compresi e fra Hz. (il nome di ottava proviene dal fatto che un’ottava copre otto note di una scala musicale diatonica).
Un terzo di ottava copre una gamma dove la frequenza più alta è 1,26 volte maggiore della frequenza più bassa.
Questo processo dove il segale viene analizzato in molte bande di frequenza prende il nome di analisi in frequenza e i suoi risultati sono presentati su di un grafico chiamato spettrogramma.
Dopo che il segnale è stato ponderato e/o diviso nelle bande di frequenza, il segnale risultante è amplificato e il valore efficace (RMS) viene determinato da un rettificatore RMS. Questo valore è di importanza notevole nelle misure del suono in quanto è direttamente proporzionale alla quantità di energia contenuta nel segnale sonoro.
L’ultima parte di un fonometro è l’unità di lettura che rappresenta il livello sonoro in dB, o in dB(A) ( il livello sonoro misurato con la ponderazione A).
Il segnale può essere anche prelevato alle prese di uscita, sotto forma di corrente continua (DC) o corrente alternata (AC), per potere collegare la strumentazione esterna come ad esempio un registratore a nastro magnetico, il quale provvede a registrare il segnale per poterlo poi trattare ulteriormente.
La calibrazione del Fonometro
Il fonometro dovrebbe essere calibrato al fine di fornire dei dati precisi ed accurati. Il migliore sistema .per effettuare la calibrazione è quello di piazzare una sorgente acustica portatile, come un pistofono direttamente sul microfono.
Questi calibratori forniscono un livello di pressione sonora preciso che permette di regolare il fonometro. Per una buona misura pratica, la calibrazione deve essere eseguita prima e dopo ogni serie di misure. Se le misure di rumore devono essere registrate, allora il segnale di calibrazione dovrà anche essere registrato al fine di fornire un livello di riferimento alla lettura.
La risposta del Rilevatore
La maggior parte dei suoni richiede la misura di un livello fluttuante. Al fine di misurare il suono correttamente, le variazioni devono essere misurate nella maniera più precisa possibile.
Tuttavia, se il livello del suono varia troppo rapidamente, il display analogico (galvanometro a bobina mobile) varierà in maniera troppo irregolare per poter fare una lettura corretta.
Per questa ragione, sono state standardizzate due risposte caratteristiche del rilevatore. Queste sono riconosciute come “F” (fast: veloce) e “S” (slow: lenta).
“F” ha una costante di tempo di 125 millisecondi e permette di ottenere una risposta rapida per seguire e misurare i livelli sonori che non oscillano troppo rapidamente. “S” ha una costante di tempo di 1 secondo e da una risposta più lenta per smorzare le fluttuazioni dello strumento che altrimenti risulterebbero di difficile lettura usando la costante di tempo “F”.
Molti fonometri moderni hanno i display digitali che permettono di sormontare i problemi di fluttuazione degli stessi, indicando il valore efficace massimo misurato sul precedente secondo.
La scelta della caratteristica appropriata del rilevatore è spesso dettata dalle norme utilizzate per le misure.
Il fonometro per gli impulsi
Se il suono che deve essere misurato consiste di impulsi isolati o contiene una alta proporzione di rumori di tipo impattivo, allora i modi “F” e “S” di un semplice fonometro non sono corretti per dare una misura che rappresenti l’effetto sull’orecchio umano.
Per tali misure, i fonometri necessitano di una costante di tempo ancora più rapida che è quella normalizzata come “I” (impulso).
La caratteristica “I” ha una costante di tempo di 35 millisecondi, ed è adeguata per la misura dei rumori transitori, in maniera da tener conto del fattore di percezione umana degli impulsi sonori.
Benché la sensazione sonora percepita di un suono di breve durata sia più bassa di quella di un rumore continuo e stabile, il rischio di danneggiamento dell’udito non è necessariamente ridotto.
Per questa ragione alcuni fonometri includono un circuito per le misure del valore di picco del suono, indipendentemente dalla durata.
È anche incorporato un circuito di memorizzazione dei valori di picco ed efficaci (RMS). Alcune norme richiedono che debbano essere misurati i valori di picco, mentre altre richiedono le misure nel modo “I”. in tutti i casi il circuito di memoria facilita la lettura della misura.
