Livello di pressione sonora (SPL)
Il livello di pressione sonora (SPL), espresso in decibel (dB), è comunemente usato in acustica. Può essere misurato nell’aria utilizzando un microfono e nell’acqua utilizzando un idrofono.
Il livello di pressione sonora (SPL), espresso in decibel (dB), è comunemente usato in acustica. Può essere misurato nell’aria utilizzando un microfono e nell’acqua utilizzando un idrofono.
Bisogna sapere
Il livello di pressione sonora è una misura logaritmica della pressione effettiva di un suono rispetto ad un valore di riferimento, definito in dB (decibel). La pressione sonora di riferimento comunemente utilizzata nell’aria è 20 μPa, che è spesso considerata la soglia dell’udito umano. Il limite inferiore di udibilità è definito come un livello di pressione sonora SPL di 0 dB. La variazione di pressione maggiore che un’onda sonora non distorta può avere nell’atmosfera terrestre è di 1 atm (194 dB di picco o 191 dB SPL).
La pressione sonora è la deviazione locale dalla pressione dell’aria ambiente causata da un’onda sonora. Può essere misurato nell’aria utilizzando un microfono e nell’acqua utilizzando un idrofono. La pressione sonora si misura in pascal (Pa). La definizione matematica di pressione sonora è la pressione totale, che è uguale alla pressione statica più la pressione dinamica. La variabile complementare alla pressione sonora in un’onda sonora è la velocità delle particelle, che insieme determinano l’intensità del suono dell’onda.
Le misurazioni del livello di pressione sonora SPL possono indicare il rischio di danni all’udito. L’esposizione a livelli di pressione sonora superiori a 85 dB per periodi di tempo prolungati può causare danni all’udito, mentre l’esposizione a livelli superiori a 120 dB può causare danni all’udito immediati e permanenti. Pertanto, è essenziale misurare i livelli SPL e adottare misure adeguate per proteggersi dall’esposizione a rumori forti, come indossare tappi per le orecchie o cuffie antirumore.
La frequenza del suono influisce sulle misurazioni del livello di pressione sonora (SPL), poiché l’orecchio umano ha sensibilità diverse alle diverse frequenze. Pertanto, i fonometri utilizzano filtri di ponderazione della frequenza, come i filtri di ponderazione A, B e C, per regolare le misurazioni SPL del livello di pressione sonora in modo che corrispondano alla sensibilità dell’orecchio umano a frequenze diverse. I filtri ponderati A sono comunemente usati per misurare il rumore ambientale, poiché corrispondono meglio alla sensibilità dell’orecchio umano ai suoni a media frequenza. I filtri ponderati B enfatizzano le frequenze più alte, mentre i filtri ponderati C enfatizzano le frequenze più basse.
Calcolo del livello di pressione sonora (SPL).
Per calcolare l’SPL, prendi il rapporto tra la pressione sonora e il livello di riferimento della pressione sonora, quindi prendi il logaritmo (base 10) di quel rapporto e poi moltiplica per 20. Questo dà l’SPL in decibel (dB).
Ad esempio, se la pressione sonora è 20 µPa, il rapporto tra la pressione sonora RMS e il livello di pressione sonora di riferimento è 20/20 = 1. Prendendo il logaritmo (in base 10) di questo rapporto si ottiene 0 e moltiplicando per 20 ti dà un SPL di 0 dB. Questo è il SPL più basso possibile, che corrisponde alla soglia dell’udito.
D’altra parte, se la pressione sonora è 200 µPa, allora il rapporto tra la pressione sonora RMS e il livello di pressione sonora di riferimento è 200/20 = 10. Prendendo il logaritmo (base 10) di questo rapporto si ottiene 1, e moltiplicando per 20 si ottiene un SPL di 20 dB. Questo è molto più forte della soglia dell’udito, ma comunque relativamente silenzioso.
All’aumentare della pressione sonora, aumenta anche l’SPL. Ad un SPL di 120 dB, il suono è considerato alla soglia del dolore e qualsiasi suono più forte di questo può causare la perdita permanente dell’udito.
Quando si misura la pressione sonora in Pa, aggiungere 20 dB al livello dB equivale a moltiplicare la pressione sonora per 10. Ad esempio, 200 µPa corrisponde a 20 dB (re 20 µPa), mentre 2000 µPa corrisponde a 40 dB.
Qual è il valore di riferimento per il livello di pressione sonora (SPL)?
Il valore di riferimento per SPL (Sound Pressure Level) è il livello minimo di pressione sonora percepibile dall’orecchio umano, che è pari a 0 dB SPL. Ciò corrisponde a una pressione sonora di 20 µPa (micro Pascal), conosciuta anche come soglia dell’udito. Il riferimento viene utilizzato per calcolare la differenza nei livelli di pressione sonora tra la pressione sonora misurata e la pressione sonora minima udibile. I livelli di pressione sonora sono espressi in dB SPL, che è una misura logaritmica del livello di pressione sonora rispetto alla pressione di riferimento.
La norma ISO 1999 definisce il livello di pressione sonora (Lp) con la seguente formula:
Lp=10lg (p/p0)2
dove p è la pressione sonora in pascal e la pressione sonora di riferimento p0 è 20 μPa, in conformità con ISO 1683.
Il livello di pressione sonora ponderato A LpA
LpA=10lg (pA/p0)2
dove pA è la pressione sonora ponderata A in pascal.
Gli esseri umani percepiscono i livelli di pressione sonora su una scala logaritmica di decibel, che è correlata alla pressione sonora più bassa udibile dall’uomo di circa 20 μPa (20 micro pascal), nota anche come 0 dB. Il livello di pressione sonora più basso che gli esseri umani possono sentire si verifica tipicamente tra 3000 e 4000 Hz. Una pressione sonora di circa 60 Pa può causare dolore in un orecchio umano normale.
A causa delle grandi variazioni di ampiezza della pressione sonora, viene utilizzato il livello di pressione sonora in decibel (Lp) anziché in unità Pascal. Utilizzando la formula Lp=10lg (p/p0)2, dove p è la pressione sonora in pascal e p0 è la pressione sonora di riferimento di 20 μPa. Questa formula esprime il livello di pressione sonora come funzione logaritmica del rapporto tra la pressione sonora e la pressione di riferimento. Raddoppiando la pressione sonora in pascal, il livello di pressione sonora in decibel aumenta di 6 dB.
Nella scala dei decibel, i suoni udibili vanno da 0 dB, la soglia dell’udito, a oltre 130 dB, la soglia del dolore. Sebbene il raddoppio della pressione sonora corrisponda ad un aumento di 6 dB, sono necessari circa 10 dB di aumento affinché il suono appaia soggettivamente due volte più forte. Il cambiamento più piccolo che gli esseri umani possono sentire è di circa 3 dB.
Il livello di pressione sonora (SPL) può essere descritto soggettivamente in base alla scala dei decibel (dB). Un intervallo compreso tra 0 e 40 dB è considerato da basso a molto basso, mentre tra 60 e 80 dB è generalmente descritto come rumoroso. Un livello di pressione sonora di 100 dB viene percepito come molto rumoroso, mentre qualsiasi valore superiore a 120 dB è intollerabile.
La sensibilità dell’orecchio umano alle diverse frequenze non è uguale, con la gamma più sensibile compresa tra 2 kHz e 5 kHz. Ciò significa che l’intensità soggettiva di un suono non è determinata esclusivamente dal livello di pressione sonora ma anche da altri fattori complessi. Inoltre, questa differenza nella sensibilità alla frequenza è più pronunciata a bassi livelli di pressione sonora che a quelli alti. I contorni di uguaglianza del volume nella figura mostrano il livello di pressione sonora richiesto a qualsiasi frequenza per fornire la stessa potenza apparente di un tono da 1 kHz. Ad esempio, un tono da 50 Hz deve essere 15 dB più alto di un tono da 1 kHz a un livello di 70 dB per avere la stessa intensità soggettiva.
I suoni impulsivi, d’altro canto, rappresentano una sfida nella valutazione del volume. Un suono impulsivo è un suono che dura meno di un secondo. L’orecchio è meno sensibile nel percepire il volume di tali suoni a causa della loro breve durata. Ad esempio, i rumori della macchina da scrivere e del martellamento sono esempi di suoni impulsivi. I ricercatori generalmente concordano sul fatto che i suoni di durata inferiore a 70 millisecondi hanno un volume percepito inferiore rispetto ai suoni di durata più lunga con lo stesso livello di pressione sonora.
Il livello di pressione sonora per alcune sorgenti può variare a seconda della distanza tra la sorgente e l’ascoltatore. I valori in questa tabella sono forniti come guida generale:
| Source | Livello di pressione sonora (dB) |
|---|---|
| Soglia dell’udito | 0 |
| Foglie fruscianti | 20 |
| Sussurro silenzioso (1 m) | 30 |
| Ufficio tranquillo | 40 |
| Conversazione normale a 1 m | 60 |
| All’interno di un’auto | 65-80 |
| Cantare ad alta voce | 70 |
| Aspirapolvere (3 metri) | 75 |
| Autobus, camion diesel, motocicli (15 m) | 80 |
| Martello pneumatico (15 m) | 90 |
| Metropolitana (interno) | 94 |
| Tosaerba (1 m) | 107 |
| Assordante, limite del dolore umano | 120 |
| Aereo a reazione (30 m) | 130 |
| Soglia del dolore | 140 |
| Decollo aereo militare (30 m) | 150 |
| Grandi armi militari | 180 |
Scarica la tabella dei livelli di decibel
Il livello di pressione sonora SPL viene generalmente misurato utilizzando un misuratore di livello di pressione sonora. Il misuratore del livello di pressione sonora comprende un microfono, una sezione di elaborazione e un display. Le onde di pressione sonora mettono in movimento la membrana del microfono, che vengono convertiti in segnali elettrici dal misuratore di livello di pressione sonora. Successivamente, l’SLM converte i segnali elettrici in segnali digitali in modo che possano essere visualizzati sotto forma di decibel.
Per calcolare il livello di pressione sonora ponderato A (LpA), l’SLM utilizza filtri di ponderazione della frequenza che regolano la lettura della pressione sonora in modo che corrisponda alla sensibilità dell’orecchio umano alle diverse frequenze. Il filtro di ponderazione A attribuisce maggiore peso alle frequenze che gli esseri umani possono sentire meglio. L’SLM può anche integrare la pressione sonora nel tempo sotto forma di livello sonoro continuo equivalente (Leq), che è l’energia media del suono in un certo periodo di tempo.
Quando si misura il suono, è importante catturare con precisione le variazioni del livello di pressione sonora, che può fluttuare rapidamente. Storicamente, i fonometri analogici non riuscivano a tenere il passo con queste fluttuazioni, risultando in letture irregolari. Per risolvere questo problema, sono state standardizzate due caratteristiche di risposta del rilevatore: Veloce (F) e Lento (S). La risposta rapida del rilevatore ha una costante di tempo di 125 millisecondi, che consente una risposta del display a reazione rapida in grado di misurare con precisione livelli sonori fluttuanti non troppo rapidamente. D’altra parte, la risposta lenta del rilevatore ha una costante di tempo di 1 secondo, che fornisce una risposta più lenta che aiuta a mediare le fluttuazioni del display su un misuratore analogico. I moderni fonometri con display digitali superano il problema delle visualizzazioni fluttuanti. Tuttavia, utilizzano ancora rilevatori Fast e Slow poiché spesso sono dettati dallo standard su cui devono basarsi le misurazioni.
La ponderazione temporale lenta viene comunemente utilizzata per misurare i livelli sonori nei luoghi di lavoro, la ponderazione temporale rapida viene utilizzata nel monitoraggio del rumore ambientale. La ponderazione temporale dell’impulso viene utilizzata per misurare il rumore impulsivo, ad esempio quello provocato da macchinari, spari o esplosioni, poiché cattura il livello di picco del suono.
Le ponderazioni A, C e Z sono ponderazioni di frequenza utilizzate nei misuratori di livello di rumore per regolare il livello di pressione sonora (SPL) misurato in modo che corrisponda meglio alla percezione umana del suono.
La curva di ponderazione A mostra come l’orecchio umano reagisce a diversi livelli di pressione sonora e viene spesso utilizzata per misurare il rumore nell’ambiente e nell’industria. La curva di ponderazione A attenua i livelli di pressione sonora a bassa e alta frequenza, dando più peso alle frequenze comprese tra 500 Hz e 10 kHz, dove l’udito umano è più sensibile.
La curva di ponderazione C misura il livello di pressione sonora complessivo su tutte le frequenze senza attenuazione. Viene utilizzato per misurare il suono in ambienti con rumore elevato, come concerti rock o piste aeroportuali.
La curva di ponderazione Z è nota anche come ponderazione “lineare” o “piatta” e non applica alcuna ponderazione in frequenza alla misurazione SPL. Misura il livello di pressione sonora su tutte le frequenze e viene utilizzato per misurazioni scientifiche o strumenti di calibrazione.
LAF e LAS sono livelli di pressione sonora ponderati comunemente utilizzati nei moderni standard acustici, come IEC 61672. LAF sta per “livello sonoro ponderato A, ponderazione temporale rapida”, che è una misura del livello di pressione sonora regolata per tenere conto la sensibilità dell’orecchio umano alle diverse frequenze. LAS sta per “livello sonoro ponderato A, lento” che è simile a LAF ma utilizza una ponderazione temporale lenta. Sia LAF che LAS sono comunemente utilizzati nelle misurazioni dell’esposizione al rumore professionale e nelle valutazioni del rumore ambientale. Nel complesso, la relazione tra SPL, LAF e LAS è che LAF e LAS sono due modi diversi per misurare SPL, utilizzando specifiche ponderazioni di frequenza ponderate A.
Il suono è una forma di energia e l’entità della perdita dell’udito causata dall’esposizione a un ambiente sonoro dipende sia dal livello che dalla durata dell’esposizione. Per determinare se un suono influisce sull’udito umano, è necessaria la misurazione del livello di pressione sonora e della sua durata. Il livello sonoro continuo equivalente (LEQ) fornisce informazioni sulla quantità di energia a cui è stata esposta una persona. Le misurazioni LEQ vengono utilizzate per molti tipi di misurazioni acustiche, tra cui l’acustica degli edifici, il rumore ambientale e il rumore professionale. Il LEQ è una media lineare del quadrato della pressione sonora in un dato periodo di tempo e non utilizza la ponderazione temporale. Il Leq è utile per rappresentare un livello di energia sonora equivalente nel tempo ed è comunemente utilizzato per rappresentare i livelli di esposizione al rumore nei luoghi di lavoro e in altri ambienti.
Le misurazioni LEQ possono essere eseguite in qualsiasi momento adatto, chiamato tempo di integrazione, mentre SPL misura il livello di pressione sonora istantaneo in un momento specifico nel tempo. I misuratori di livello di pressione sonora Svantek registrano sia i livelli di pressione sonora che il LEQ sotto forma di tempi di integrazione consecutivi in un file di registro cronologico.
In acustica, il volume e l’intensità sono misurazioni diverse rispetto all’SPL (livello di pressione sonora). L’SPL è una misura del livello di pressione di un’onda sonora rispetto a un livello di riferimento, solitamente espresso in decibel (dB). È una misura della forza fisica di un’onda sonora.
L’intensità, invece, è una misura della quantità di energia sonora che attraversa una data area in un dato tempo. Di solito viene misurato in watt per metro quadrato (W/m2). L’intensità è una misura dell’energia trasportata da un’onda sonora.
Il volume è una percezione soggettiva di quanto sia intenso un suono. È influenzato da molti fattori, tra cui SPL e frequenza, nonché dalla sensibilità dell’orecchio umano. Il volume viene solitamente misurato in unità chiamate phon.
Il livello di pressione sonora (SPL) di un’onda sonora diminuisce all’aumentare della distanza dalla sorgente. Questo perché le onde sonore si diffondono in tutte le direzioni mentre si allontanano dalla sorgente e l’energia nell’onda viene distribuita su un’area sempre più ampia. La diminuzione dell’SPL con la distanza è nota come attenuazione del suono.
Il tasso di attenuazione del suono dipende da molti fattori, come la frequenza dell’onda sonora, la dimensione e la forma della sorgente e l’ambiente in cui viaggia il suono. Tuttavia, come regola generale, l’SPL diminuisce di 6 decibel (dB) per ogni raddoppio della distanza dalla sorgente.
Ad esempio, se l’SPL di un’onda sonora a una distanza di 1 metro è 80 dB, sarà 74 dB a una distanza di 2 metri, 68 dB a una distanza di 4 metri e così via. Ciò significa che l’intensità del suono sembra dipendere molto da quanto sei vicino alla sorgente. Quando si misurano e controllano i livelli di rumore in luoghi diversi, è importante tenerlo presente.
Il livello di pressione sonora (SPL) ha varie applicazioni, alcune delle quali includono:
Nel contesto dell’audio, SPL viene utilizzato per descrivere il volume dei segnali audio. L’SPL viene utilizzato nella progettazione e nel test di apparecchiature audio, come altoparlanti e cuffie, per garantire che producano suono a livelli sicuri e appropriati. Viene utilizzato anche negli studi di registrazione e negli ambienti sonori dal vivo per monitorare il volume dei segnali audio e prevenire danni all’udito ad artisti e ascoltatori.
La calibrazione è necessaria per garantire che i misuratori di livello di pressione sonora forniscano misurazioni accurate e precise. Per calibrare un fonometro, sopra il microfono viene posizionato un calibratore acustico portatile. I calibratori forniscono un livello di pressione sonora definito al quale è possibile regolare il misuratore di livello di pressione sonora. I livelli di pressione sonora tipici utilizzati per la calibrazione sono 94 dB o 114 dB (la scelta dipende dal sottofondo acustico).
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