Nell’acustica tecnica il rumore bianco e il rumore rosa hanno un ruolo molto importante. Si usano nelle prove come segnali di eccitazione controllati. L’elemento chiave è il loro spettro, che garantisce un’energia distribuita in modo uniforme in una determinata banda di frequenza.
Il rumore è utile nelle misure su ambienti, altoparlanti e partizioni edilizie, in particolare quando il suono registrato è il risultato dell’interazione tra la sorgente sonora e il sistema in esame. Conoscendo le caratteristiche della sorgente, possiamo determinare con precisione come il sistema in esame modifica la distribuzione dell’energia acustica.
Nelle prove acustiche, quando il segnale di prova è noto, possiamo valutare in che misura le singole frequenze vengono attenuate o amplificate da un determinato ambiente. E poiché il rumore copre l’intera gamma di frequenza, tutte le frequenze si possono esaminare con una sola emissione del segnale di prova.
Tra i segnali di prova più diffusi ci sono il rumore bianco, il rumore rosa, il segnale sinusoidale, lo sweep e l’MLS. Nell’acustica tecnica si usano segnali di prova diversi a seconda dello scopo della misura. La scelta dell’eccitazione dipende da che cosa esaminiamo: la risposta in frequenza, la risposta all’impulso, l’isolamento acustico o altri parametri.
Il segnale sinusoidale è un segnale a una sola frequenza. Si presta bene a determinare la distorsione armonica e gli sfasamenti tra due sistemi.
Lo sweep è un segnale sinusoidale a frequenza variabile, usato nelle misure della risposta all’impulso degli ambienti e della risposta di altoparlanti e catene audio.
L’MLS (maximum length sequence) è una sequenza pseudocasuale simile al rumore bianco. A differenza del rumore bianco, l’MLS si ripete in modo esatto, e questo è un grande vantaggio quando servono la sincronizzazione e un calcolo semplice della media dei risultati.
Il rumore bianco è un tipo particolare di segnale in cui ogni intervallo di frequenza di uguale larghezza ha la stessa potenza di segnale. È un rumore casuale con densità spettrale di potenza costante.
Un rumore bianco ideale ha la stessa potenza media tra 100 e 200 Hz e, per esempio, tra 1000 e 1100 Hz. Ciascuno di questi intervalli è largo 100 Hz, quindi anche la loro potenza media è identica. L’andamento nel tempo del rumore bianco è irregolare, ma i suoi valori medi attesi sono definiti con precisione.
Il rumore rosa è un segnale casuale la cui densità spettrale di potenza diminuisce in modo inversamente proporzionale alla frequenza. Al crescere della frequenza, a ogni intervallo di larghezza costante corrisponde una potenza sempre minore.
L’aspetto più importante di questo rumore è che ogni banda d’ottava contiene la stessa potenza. Ciò significa che le ottave 125–250 Hz e 1000–2000 Hz hanno la stessa potenza media.
Il rumore rosa è molto adatto all’analisi in bande d’ottava e di terzi d’ottava, perché in queste bande il suo spettro è piatto. Per intervalli di frequenza di uguale larghezza, il rumore rosa mostra un contributo maggiore delle basse frequenze rispetto alle alte, mentre nel rumore bianco questo contributo è uguale.
Il rumore rosa è particolarmente utile nelle misure acustiche basate sull’analisi in bande d’ottava e di terzi d’ottava. Se la sorgente sonora genera rumore rosa e il sistema in esame ha una risposta in frequenza piatta, in uscita dovremmo ottenere livelli simili nelle bande d’ottava successive.
Se lo spettro in uscita non è piatto, ciò rispecchia la risposta in frequenza del sistema in esame (dopo aver tenuto conto della risposta della sorgente e della catena di misura). Quando conosciamo il segnale in ingresso e misuriamo quello in uscita, possiamo determinare la risposta in frequenza del sistema.
Va ricordato che i livelli sono uguali solo con una ponderazione in frequenza piatta. Con la ponderazione A, usata comunemente, le bande non hanno livelli uguali. Inoltre il rumore generato non è ideale: l’altoparlante e gli altri elementi della catena influiscono sul segnale.
A differenza del rumore rosa, nelle misure il rumore bianco mostra livelli crescenti a ogni ottava successiva, perché la larghezza di banda aumenta.
Il rumore è una scelta naturale per le misure del tempo di riverberazione nell’acustica degli ambienti. Nella misura del tempo di riverberazione con il metodo del rumore interrotto si immette nell’ambiente un’energia acustica sufficiente e, dopo lo spegnimento della sorgente, si registra il tempo di decadimento del livello di pressione sonora. La velocità di questo decadimento determina il tempo di riverberazione nelle singole bande di frequenza.
Qui il rumore rosa è utile perché la sua energia è distribuita uniformemente sulle ottave successive, e così si possono ottenere livelli adeguati in molte bande contemporaneamente. Poiché l’eccitazione è casuale, la procedura si ripete molte volte e i risultati si analizzano statisticamente.
Il metodo del rumore interrotto è uno dei due metodi definiti nella norma ISO 3382-2 «Acustica – Misurazione dei parametri acustici degli ambienti – Parte 2: Tempo di riverberazione negli ambienti ordinari».
Il rumore si usa anche nelle misure di isolamento acustico. L’isolamento acustico delle partizioni dipende fortemente dalla frequenza. Una parete o una porta possono attenuare il suono in modo più efficace in una banda di frequenza e meno in un’altra.
Per valutare l’efficacia sull’intera banda si eccita l’ambiente emittente con un segnale di rumore adeguato e poi si misurano i livelli di pressione sonora in entrambi gli ambienti. Si usa rumore bianco o rosa e, quando nell’ambiente ricevente il rapporto segnale/rumore è troppo basso alle alte frequenze, lo spettro del segnale può essere sagomato di conseguenza. La differenza di livello tra il segnale nell’ambiente emittente e il segnale nell’ambiente ricevente caratterizza l’efficacia con cui la partizione tra i due ambienti attenua il suono.
La metodologia è descritta in dettaglio nella serie ISO 16283 «Acustica – Misure in opera dell’isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio» per le misure in opera e nella serie ISO 10140 «Acustica – Misurazione in laboratorio dell’isolamento acustico di edifici e di elementi di edificio» per le misure di laboratorio. Per le misure di laboratorio la parte 5 della serie ISO 10140 (ISO 10140-5) raccomanda l’uso del rumore bianco. Gli indici di valutazione a numero unico dell’isolamento acustico seguono procedure diverse nelle diverse norme. La norma ISO 717-1 fornisce Rw (laboratorio) e R’w o DnT,w (in opera), mentre negli Stati Uniti la norma ASTM E413 fornisce STC (laboratorio) e NIC o ASTC (in opera); ogni risultato si riporta con l’indice della norma usata per la prova e non si converte.
I segnali di rumore si usano anche nelle prove di altoparlanti e sistemi elettroacustici. Il rumore è un modo efficace per misurare la risposta in frequenza. Per interpretare correttamente la risposta del solo altoparlante bisogna limitare gli altri fattori che influiscono sui risultati della misura o tenerne conto. Il rumore si usa anche nelle prove di durata degli altoparlanti.
Il rumore bianco si usa anche come rumore di fondo controllato. Introducendo rumore nel sistema possiamo valutare come un dispositivo o un algoritmo reagisce a un disturbo acustico. È uno dei metodi per verificare i sistemi di riconoscimento vocale, di riduzione del rumore e di comunicazione.
Nelle prove di intelligibilità del parlato si usa un segnale specifico basato su componenti di rumore. Il rumore non modulato non basta per queste prove, perché il parlato naturale contiene modulazioni di ampiezza nel tempo.
Le misure dello STI (Speech Transmission Index) usano segnali portanti di rumore con spettro opportunamente sagomato e modulazioni di ampiezza note. Il segnale di base si può ottenere dal rumore rosa, che poi viene suddiviso in bande d’ottava e sagomato sullo spettro del parlato. In queste bande si introducono modulazioni di ampiezza, e il misuratore analizza in che misura tali modulazioni si conservano dopo il passaggio attraverso il canale di trasmissione del parlato in esame.
Il segnale di prova riproduce sia lo spettro sia le variazioni dell’inviluppo del parlato naturale, perché il suo spettro è sagomato e modulato. Per questo è molto adatto alle misure di intelligibilità del parlato. I sistemi di allarme vocale e di comunicazione di emergenza sono un’applicazione tipica della misura dello STI secondo IEC 60268-16.
Le norme per le prove acustiche con segnali di rumore hanno designazioni internazionali, europee e nazionali. ISO e IEC pubblicano i metodi internazionali, e le norme europee (EN ISO, EN IEC) li recepiscono in modo identico. BSI e DIN pubblicano queste norme europee nel Regno Unito e in Germania con i prefissi BS EN e DIN EN. Gli Stati Uniti usano metodi ASTM propri per l’isolamento acustico e adottano le specifiche IEC per fonometri e filtri come norme ANSI/ASA. La tabella riporta, per ogni misura, la norma internazionale e la sua pubblicazione nazionale o il suo equivalente in ciascuna area.
| Misura | Internazionale ed Europa | Stati Uniti | Regno Unito | Germania |
|---|---|---|---|---|
| Tempo di riverberazione negli ambienti ordinari | ISO 3382-2 (metodo del rumore interrotto o metodo della risposta all’impulso integrata) | Nessun equivalente statunitense; ANSI/ASA S12.60 (scuole) rimanda alla ISO 3382-2 come guida per le verifiche in opera | BS EN ISO 3382-2 | DIN EN ISO 3382-2 |
| Isolamento acustico per via aerea, in opera | ISO 16283-1 (raccomandato rumore bianco o rosa); valutazione: ISO 717-1 (R’w, DnT,w) | ASTM E336 (metodo in opera); valutazione: ASTM E413 (NIC, ASTC) | BS EN ISO 16283-1; valutazione: BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 16283-1; valutazione: DIN EN ISO 717-1 |
| Isolamento acustico per via aerea, laboratorio | ISO 10140-2 (metodo) e ISO 10140-5 (strutture di prova e segnale di prova; raccomandato rumore bianco); valutazione: ISO 717-1 (Rw) | ASTM E90 (metodo di laboratorio); valutazione: ASTM E413 (STC) | BS EN ISO 10140-2 e BS EN ISO 10140-5; valutazione: BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 10140-2 e DIN EN ISO 10140-5; valutazione: DIN EN ISO 717-1 |
| Intelligibilità del parlato (STI, STIPA) | IEC 60268-16 | IEC 60268-16 | BS EN IEC 60268-16 | DIN EN IEC 60268-16 |
| Fonometro di classe 1 e filtri d’ottava | IEC 61672-1 e IEC 61260-1 | ANSI/ASA S1.4/Part 1 e ANSI/ASA S1.11/Part 1 (adozioni identiche di IEC 61672-1 e IEC 61260-1) | BS EN 61672-1 e BS EN 61260-1 | DIN EN 61672-1 e DIN EN 61260-1 |
Abbreviazioni: Rw — indice di valutazione del potere fonoisolante; R’w — indice di valutazione del potere fonoisolante apparente; DnT,w — indice di valutazione dell’isolamento acustico standardizzato; STC — Sound Transmission Class; NIC — Noise Isolation Class; ASTC — Apparent Sound Transmission Class.
SVAN 979 è un fonometro di classe 1 e analizzatore di vibrazioni con generatore di segnale integrato. Il generatore produce rumore rosa, rumore bianco e un segnale sinusoidale.
Il generatore lavora insieme alla funzione di misura del tempo di riverberazione RT60: nel metodo del rumore interrotto lo strumento invia all’uscita il rumore rosa che pilota la sorgente sonora e, dopo l’interruzione del segnale, registra il decadimento del livello in bande di terzi d’ottava. SVAN 979 misura il tempo di riverberazione anche con il metodo impulsivo. L’app BA Assistant guida l’utente passo dopo passo nelle misure di isolamento acustico.
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