Come misurare
il rumore
A cura di
Strumenti impiegati per la misura del suono
In collaborazione con
Svantek Italia - Strumenti per rumore e
vibrazioni ad alto contenuto tecnologico.
(In figura
SVAN 971 - Fonometro Classe 1 miniaturizzato)
Per esprimere attraverso un numero ciò che noi
percepiamo come sensazione sonora è necessario
disporre di un misuratore di livello sonoro, più comunemente chiamato
fonometro. Tale strumento di
misura è dedicato alla rilevazione della pressione sonora e all'elaborazione del
segnale al fine di ottenere gli indici descrittori tipici delle misure del
rumore: livello di pressione sonora (Lp),
livello equivalente di pressione sonora ponderato "A" (LAeq),
livelli percentili (LN), etc..
Tuttavia, pare evidente che la sensazione sonora che comporta fenomeni fisiologici
complessi non può essere tradotta in fattori numerici semplici. Per questo, il
fonometro considera l'andamento della sensibilità dell'orecchio umano in
funzione delle diverse frequenze, introducendo nei circuiti elettrici delle
curve di ponderazione che approssimano le curve di uguale sensazione dell'audiogramma
(ISO 226).
Il
fonometro è quindi uno strumento per valutare l'ampiezza dei suoni e fornire
dati obiettivi e riproducibili.
In
commercio esistono diversi sistemi per la misura del suono, anche se, ciascun
sistema, può essere, schematicamente, ricondotto a:
- microfono;
- unità di
trattamento dati;
- unità di
lettura dati.
Il
microfono, converte una grandezza
acustica, corrispondente alla pressione sonora che agisce sulla membrana
microfonica, in un segnale elettrico equivalente. Tale segnale, prima di essere
analizzato, subisce un'amplificazione, mediante un preamplificatore.
Il segnale così
amplificato può passare attraverso un circuito di pesatura, il quale simula le
curve di uguale sensazione di un orecchio umano (curve di ponderazione), oppure
passare attraverso dei filtri elettronici che dividono un suono complesso, nella
gamma di frequenza da 20 Hz a 20 kHz, in bande di ottava o 1/3 di ottava.
Una banda di frequenza
di un'ottava è compresa fra due frequenze delle quali la frequenza più alta è
due volte la frequenza più bassa. Per esempio: un filtro di un'ottava, con
frequenza centrale di 1.000 Hz, permette la misura di suoni compresi fra
707 e 1414 Hz.
Analogamente la
larghezza di banda di un 1/3 di ottava copre una gamma dove la frequenza più
alta e 1,26 volte maggiore della frequenza più bassa.
Questo processo, nel
quale il segnale viene analizzato in molte bande di frequenza, prende il nome di
analisi in frequenza, normalmente rappresentato su un grafico chiamato
spettrogramma (vedi grafico sopra riportato).
Dopo che il segnale è
stato ponderato e/o diviso nelle bande di frequenza viene determinato il valore
efficace (RMS) attraverso un rettificatore. Tale valore riveste un'estrema
importanza nelle misure di rumore, poiché esprime la quantità di energia
contenuta nel segnale sonoro. Infatti, la maggior parte dei suoni richiede la
misura di un livello fluttuante. Se tale livello varia troppo velocemente, il
display fornirebbe un'indicazione talmente rapida del dato da non consentire una
lettura corretta. Per questa ragione, la normativa internazionale (IEC) ha indicato
due risposte caratteristiche del rilevatore, conosciute come costanti di tempo
"Fast" (veloce) e "Slow" (lenta).
"Fast" è una
costante di tempo di 0,125 s. e permette di ottenere una risposta rapida
del segnale per seguire e misurare i livelli sonori che non oscillano troppo
rapidamente, mentre "Slow" è una costante di tempo pari a 1 s. e da,
quindi, una risposta lenta per smorzare le fluttuazioni rapide e rendere così
possibile una lettura precisa dei livelli di rumorosità. Per valutare il
disturbo provocato da colpi, per misure in ambienti
di vita e anche per quelle in ambienti di lavoro, viene inoltre richiesta la misura in "Impuls",
contraddistinta da tempi di risposta al segnale ancora più rapidi, pari a 0,035 s..
Il livello sonoro così
elaborato passa all'unità di lettura dei deciBel (dB) tramite un display, da cui
l'operatore prende visione del valore misurato.
Per la misura del
rumore ai fini della valutazione degli effetti, sia in campo ambientale (per
valutare il disturbo) sia negli ambienti di lavoro (per valutare l'eventuale
danno uditivo), è necessario considerare oltre al livello anche la durata, in
modo da poter determinare l'energia ricevuta.
L'indice che descrive
questa energia è il livello sonoro continuo equivalente (LAeq)
misurato in un dato intervallo di tempo.
Il livello sonoro
equivalente, è, infatti, definito come il valore del livello di pressione sonora
ponderata "A" di un suono costante che, misurato nel periodo di tempo T, ha il
medesimo contenuto energetico, quindi lo stesso potenziale nocivo, del
corrispondente suono variabile analizzato nello stesso periodo di tempo. Esso è
calcolato secondo la seguente relazione:
dove LAeq è il livello continuo equivalente di
pressione sonora ponderata "A" considerato in un intervallo di tempo che inizia
all’istante t1 e termina all’istante t2; pA(t) è il valore istantaneo della
pressione sonora ponderata "A" del segnale acustico in Pascal (Pa); p0 = 20 µPa
è la pressione sonora di riferimento.
Il
calcolo del LAeq avviane direttamente dallo strumento di misura attraverso un
circuito mediatore. Lo strumento dotato di tale opzione prende il nome di
fonometro integratore.
I
fonometri possono essere di classe 0, 1, 2 e, oramai
sempre più rari, 3 in funzione della loro precisione
(classe 0, più precisi, classe 3, meno precisi). Le loro caratteristiche devono
soddisfare le prescrizioni delle norme internazionali IEC (Internetional
Eletrotechnical Commission) 60651 e 60804. Tuttavia, la quasi totalità degli
strumenti appartiene a due sole classi:
classe 1: strumento per laboratorio e misure di precisione sul campo, con
tolleranza sulla linearità in frequenza di ±1 dB per frequenze attorno a 1 kHz e
dinamica di 60 dB, con linearità di ampiezza di ±0,7 dB;
classe 2: misure sul campo di uso generale, con tolleranza dell'ordine di
±1,5 dB sulla risposta in frequenza nella gamma centrale e dinamica di 60 dB,
con linearità di ampiezza di ±1 dB.
La
normativa nazionale prevede che per la misura del rumore, ai fini
delle verifiche dei limiti di Legge, sia impiegato un sistema di misura conforme
alla classe 1.
L'evoluzione tecnologica applicata agli strumenti di misura del suono ha
consentito di realizzare apparecchi sempre più sofisticati, in grado di
visualizzare contemporaneamente diversi parametri fra cui la distribuzione, in
tempo reale, delle bande di frequenza del rumore, cioè di vedere come si distribuisce lo
spettro di un suono nella gamma delle frequenze udibili, passando così dai
vecchi fonometri integratori, agli attuali analizzatori di spettro real-time.
Esempio di interfaccia grafica di un analizzatore
di spetto real-time di ultima generazione
