Svantek Accademia

Direttività del rumore
Metodi migliorati per l'identificazione delle sorgenti di rumore

Affrontando il ruolo della direttività del rumore nel monitoraggio del rumore ambientale, questo studio presenta un’analisi comparativa degli effetti di selezione del sito di misurazione, illuminata da una scoperta insolita: l’abbaio di un cane percepito come proveniente dall’alto di un sistema di monitoraggio del rumore. Questo incidente non solo pone una domanda divertente riguardo alle capacità di volo dei cani, ma funge anche da esempio fondamentale delle sfide nell’identificazione della fonte di rumore, sottolineando l’importanza della selezione strategica del sito come guidato dalla norma ISO 1996-2:2017.

Utilizzando la stazione di monitoraggio del rumore SV 200A, progettata per valutare la direttività del rumore sui piani orizzontali e verticali, lo studio esamina due posizioni distinte vicino alle traiettorie di volo di un aeroporto. Questo approccio comparativo evidenzia l’influenza delle caratteristiche ambientali e fisiche del sito sull’accuratezza della raccolta dei dati sul rumore e il potenziale per automatizzare i processi di identificazione degli eventi.

What is a noise directivity?

La direttività del rumore si riferisce allo schema o alla direzione in cui le onde sonore provengono da una sorgente di rumore. A differenza dei suoni omnidirezionali, che si diffondono uniformemente in tutte le direzioni, i rumori direzionali hanno un orientamento specifico, cioè si propagano con maggiore forza o sono più intensi in una direzione che in altre. Questa caratteristica è cruciale in varie applicazioni, tra cui l’ingegneria acustica, il monitoraggio del rumore ambientale e la tecnologia audio, poiché influenza il modo in cui il suono viene percepito e misurato in diversi ambienti.

Comprendere la direttività del rumore è essenziale per identificare, misurare e mitigare con precisione i suoni indesiderati, soprattutto in ambienti complessi come le aree urbane o vicino agli aeroporti. Ad esempio, analizzando i modelli di direttività del rumore degli aerei, gli ingegneri possono progettare barriere antirumore più efficaci o implementare misure di controllo del rumore che riducano al minimo l’impatto sulle aree residenziali. Allo stesso modo, nella tecnologia audio, conoscere la direttività degli altoparlanti aiuta a ottimizzare l’acustica della stanza e le configurazioni del sistema audio per migliori esperienze di ascolto.

noise directivity

Figura 1. Svantek SV 200A

Sommario

Come viene misurata la direttività del rumore?

La stazione di monitoraggio del rumore SV 200A misura la direttività del rumore utilizzando una configurazione sofisticata che va oltre le capacità dei tradizionali sistemi a microfono singolo. Incorpora un microfono a condensatore primario al centro per misurazioni generali del livello sonoro ed è potenziato con altri quattro microfoni MEMS posizionati equidistante attorno ai lati del dispositivo. Questa configurazione consente all’SV 200A di valutare il suono da diverse direzioni.

Il dispositivo utilizza una tecnica che coinvolge coppie di differenze di segnale e fase per determinare la direzione di una sorgente di rumore dominante, sia sull’asse verticale che su quello orizzontale. Confrontando i livelli di pressione sonora e le informazioni sulla fase raccolte dai microfoni laterali con quelle del microfono centrale, l’SV 200A è in grado di discernere la direzione da cui proviene prevalentemente il suono.

Questo approccio consente di creare una distribuzione del livello sonoro in settori angolari, che viene registrata nel tempo. Dati così dettagliati sulla direttività del rumore hanno un valore inestimabile, poiché non solo migliorano la precisione delle misurazioni del rumore ambientale, ma aiutano anche nel filtraggio e nell’analisi dei dati. Questo metodo è particolarmente utile in ambienti in cui è fondamentale identificare la direzione del rumore in entrata, come nei paesaggi sonori urbani o in prossimità di infrastrutture di trasporto come aeroporti e autostrade.

Location of side microphones in relation to the main microphone in SV 200A

Figura 2. Posizione dei microfoni laterali rispetto al microfono principale nell’SV 200A

Ruolo del luogo di misura nell'analisi della direttività del rumore

La scelta della posizione ottimale per la misurazione del rumore è essenziale per determinare con precisione la direttività delle sorgenti di rumore. Questa decisione influenza in modo significativo la precisione con cui è possibile mappare la direzione e l’intensità delle onde sonore, il che è fondamentale per comprendere come il rumore si propaga nei diversi ambienti.

Un punto di misurazione strategico consente l’acquisizione senza ostacoli dei dati sonori, essenziali per analizzare i modelli di direttività del rumore. Ciò è particolarmente importante negli ambienti in cui il rumore deve essere meticolosamente gestito e mitigato, come nella pianificazione urbana o negli studi sull’inquinamento acustico. La corretta selezione del sito garantisce che le misurazioni riflettano la vera direttività del rumore, esente da distorsioni causate da fattori ambientali come riflessioni su edifici o terreno, consentendo soluzioni efficaci di controllo del rumore adattate alle caratteristiche specifiche della sorgente di rumore e dell’area circostante.

Studio: analisi dei dati sul rumore degli aerei

L’esperimento mirava a valutare in che modo la scelta del sito di misurazione influisce sull’accuratezza e sull’utilità dei dati sul rumore degli aerei. Conducendo due misurazioni del rumore vicino alle traiettorie di volo degli aerei, questo studio ha cercato di comprendere l’impatto della posizione sull’acquisizione di informazioni precise sul rumore.

Utilizzando la stazione di monitoraggio del rumore SV 200A di Svantek, progettata per soddisfare la specifica IEC 61672-1:2013 Classe 1 per i fonometri, l’esperimento ha confrontato i dati sul rumore provenienti da due diversi siti vicino allo stesso aeroporto. La scelta dei siti, entrambi in prossimità delle rotte aeree, è stata fondamentale per valutare l’influenza della posizione sulla precisione della misurazione del rumore. L’SV 200A, attrezzato per il monitoraggio automatizzato continuo del rumore e in grado di trasmettere dati in remoto tramite il server cloud SvanNET, è stato montato su un palo di 4 metri, garantendo una raccolta dati coerente e affidabile in entrambe le posizioni di misurazione.

Rilevamento della direttività Leq

La stazione di monitoraggio del rumore SV 200A è in grado di tracciare la direttività del rumore lungo sia il piano orizzontale che quello verticale. È dotato di un microfono a condensatore centrale per misurazioni generali del livello sonoro, arricchito da quattro microfoni aggiuntivi posizionati simmetricamente attorno al perimetro del dispositivo. Questa configurazione sfrutta le tecniche di segnale e differenza di fase per determinare con precisione la direzionalità delle sorgenti di rumore dominanti su entrambi gli assi. Questo metodo innovativo consente la registrazione di livelli sonori continui equivalenti (Leq) in vari settori angolari nel tempo, facilitando l’analisi sfumata dei dati e migliorando le capacità di reporting attraverso un’efficace identificazione della fonte di rumore e il filtraggio dei dati.

Impostazioni di misurazione

Le impostazioni di misurazione sono state impostate per registrare dati contenenti una cronologia temporale di 1 s di analisi LAeq, LAmax e 1/3 di ottava, direttività del rumore nelle direzioni XY e Z e registrazione audio per l’ascolto (24 kHz). Il GPS integrato è stato utilizzato per la sincronizzazione dell’ora e per scopi di localizzazione.

I punti di misurazione erano situati in prossimità di un aeroporto in due posizioni:

  • Punto di misurazione A: in prossimità di un’abitazione e di una strada, situato in prossimità della traiettoria
  • Punto di misura B: in un campo aperto situato vicino alla traiettoria

Le misurazioni sono state effettuate in giorni diversi durante il periodo operativo dell’aeroporto.

In entrambi i casi il microfono è stato posizionato ad un’altezza di 4 metri. Nella prima posizione, tuttavia, le riflessioni più vicine provenivano dal muro dell’edificio a circa 3 m dal microfono e da un albero a circa 4 m dal microfono.

the monitoring point A near a household

Figura 3. Ubicazione del punto di monitoraggio A vicino a un’abitazione.

the monitoring point B in the open field

Figura 4. Ubicazione del punto di monitoraggio B in campo aperto.

Estrazione di eventi di rumore dalla cronologia temporale

Secondo la norma ISO 1996-2:2017, le misurazioni del rumore ambientale richiedono la post-elaborazione dei dati misurati. Il metodo descritto nella norma ISO 20906 distingue tre fasi di postelaborazione dei dati: estrazione degli eventi, classificazione degli eventi e identificazione degli eventi.

  • L’estrazione degli eventi di rumore si basa su criteri acustici come i livelli di pressione sonora ponderati A. Di solito, il software di post-elaborazione offre strumenti per la ricerca dei dati per una determinata query, ad es. LAeq superiore a 55 dBA.
  • La classificazione degli eventi acustici si basa su informazioni acustiche aggiuntive, ad esempio la durata dell’evento, ad es. LAeq superiore a 55 dBA con una durata minima di 10 s. I moderni sistemi di monitoraggio utilizzano le informazioni sulla direzione del rumore per automatizzare il processo di classificazione degli eventi; oltre alla soglia e alla durata minima, gli eventi vengono classificati in base alla direzione del rumore. Ad esempio, si prevede che il rumore di un aereo provenga da sopra il microfono della stazione.
  • L’identificazione degli eventi acustici utilizza dati non acustici come informazioni provenienti da un radar o un piano di volo operativo da un aeroporto.

Durante la valutazione dei risultati della misurazione è necessario rimuovere gli eventi indesiderati. A seconda delle circostanze reali, possono essere utilizzati diversi metodi per eliminare i suoni indesiderati. La registrazione audio è uno strumento importante nella fase di identificazione dell’evento. Nel caso analizzato, l’ascolto del rumore reale ha aiutato a identificare il cane che abbaiava come fonte di rumore indesiderato che è stato escluso da ulteriori analisi.

noise event extraction

Figura 5. Selezione dei passaggi aerei al punto A

selection of aircraft passages

Figura 6. Selezione dei passaggi aerei al punto B

Classificazione e identificazione degli eventi acustici

Con l’uso del software SvanPC++, i passaggi acustici degli aerei sono stati estratti dalla storia temporale. Durante l’analisi dei dati nella località A sono stati rilevati eventi sospetti. L’analisi della direttività ha mostrato chiaramente che una sorgente dominante era sopra il microfono. Sebbene la forma dei pendii differisca da quella degli aerei, la distanza dallo sfondo è simile agli eventi degli aerei. L’ascolto delle registrazioni audio ha permesso di identificare che la fonte del rumore era un cane che abbaiava.

La verifica della direzione del rumore è stata possibile grazie al GPS integrato dell’SV 200A e alla funzione Google Maps incorporata in SvanPC++. La Figura 7 mostra le direzioni sia verticale che orizzontale da cui proveniva il rumore, ma rimaneva comunque la domanda: come potrebbe un cane trovarsi sopra la stazione situata a 4 m? I cani possono volare?

Per approfondire è stata utilizzata la funzione Street View di Google Maps. L’analisi direzionale del rumore XY in modo chiaro e l’ulteriore zoom nella modalità Street View hanno permesso di supporre che il cane corresse vicino al cancello abbaiando e che il rumore fosse riflesso dal tetto della casa (Figura 7).

noise directivity identification with Google Maps

Figura 7. Identificazione della direttività del rumore con il software SvanPC++ in modalità satellitare di Google Maps

Conclusioni

Lo studio condotto ha dimostrato che la selezione del luogo di misurazione ha un grande effetto sull’automatizzazione dell’identificazione degli eventi nella post-elaborazione dei dati di misurazione. La localizzazione del punto di misura B in un campo aperto con superficie non riflettente ha consentito l’estrazione automatica e precisa dei passaggi aerei. La localizzazione del punto di misurazione A, tuttavia, secondo gli standard della pratica di misurazione, ha causato difficoltà a causa delle riflessioni del rumore provenienti dalla parete dell’edificio situata a circa 3 metri dal microfono.

Gli strumenti utilizzati nella post-elaborazione dei dati, come la registrazione audio, la localizzazione GPS e la direttività del rumore, hanno consentito una verifica precisa degli eventi e hanno confermato, in questa fase, che i cani non possono volare; è il rumore che può.

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