Capire il suono e il decibel
In qualsiasi discussione sulla comprensione del suono, l'unità di decibel diventerà senza dubbio parte della conversazione. A differenza di quasi tutte le altre unità di misura, il decibel non è una scala lineare. Vale a dire, 1 decibel (scritto anche come dB) non è un decimo dell'ampiezza o della forza di 10 dB. In questo articolo spiegheremo come funziona la scala di decibel e presenteremo alcune informazioni di riferimento per aiutarti a capire come funziona la scala di decibel.
Cos'è il suono?
Il suono è una vibrazione di molecole d'aria che fa vibrare i nostri timpani. Il timpano trasmette queste vibrazioni all'orecchio medio attraverso minuscole ossa chiamate ossicini. L'orecchio interno ha una forma simile a quella di un guscio di lumaca e contiene cellule ciliate microscopiche che convertono queste vibrazioni in minuscoli segnali elettrici. Questi segnali vengono trasmessi al nervo uditivo e successivamente al nostro cervello. Ogni orecchio interno contiene circa 18.000 cellule ciliate, che si dice che si adattino tutte alla punta di uno spillo. Una volta che una cellula ciliata è danneggiata, non ricresce più né si ripara da sola.
Capire il decibel
L'unità di decibel è stata creata negli anni '20 dai Bell Telephone Laboratories per descrivere le perdite nei cavi di comunicazione utilizzati nei primi sistemi telefonici. L'unità originale era MSC (Miles of Standard Cable) ed era la perdita di segnale in 1 miglio di cavo a una frequenza di 795,8 Hz che era equivalente alla più piccola attenuazione percepibile rilevabile dall'ascoltatore medio.
Il decibel e la misurazione del livello sonoro
Quando si parla di livelli sonori, il formato corretto è utilizzare l'unità dB SPL, dB(SPL) o dBSPL. Il riferimento per ogni affermazione è la pressione sonora rispetto a 0dB. 0dB è definito come il suono percepito di una zanzara a una distanza di 10 piedi dall'ascoltatore.
Poiché dB SPL esprime un rapporto, i suoni possono essere più bassi di 0dB. Immagina, se vuoi, di essere nello spazio in cui è stato misurato il suono creato da quella zanzara originale. Se togliamo la zanzara, lo spazio sarà più tranquillo. Quanto più silenzioso dipende da altre fonti di rumore. Il rumore elettrico creato dall'illuminazione e il rumore causato dai sistemi di riscaldamento e raffreddamento contribuiscono tutti. Se eliminiamo il maggior numero possibile di rumori, la stanza diventerà sempre più silenziosa.
Secondo il Guinness World Records, il posto più tranquillo del mondo nel 2012 era una camera di prova anecoica presso gli Orfield Laboratories di Minneapolis. Il livello sonoro in questa stanza è stato misurato a -13dBA. Nell'ottobre 2015, un team di ingegneri presso la sede centrale di Microsoft a Redmond, Washington, ha infranto questo record con misurazioni effettuate nella camera anecoica nell'edificio 87. Un team di specialisti indipendenti ha misurato un livello di rumore di -20,35 dBA. La stanza non è solo completamente isolata da tutte le fonti di rumore e vibrazioni, ma le pareti sono rivestite con grandi cunei di schiuma acustica progettati per assorbire il suono.
All'estremità opposta dello spettro sonoro abbiamo 191 dB SPL. Questo è il livello sonoro in cui l'aria viene pressurizzata a 1 bar o 1 atmosfera. Il suono lineare non può esistere al di sopra di questo livello perché il lato a bassa pressione dell'onda raggiunge un vuoto assoluto. Ci sono rumori più forti (come esplosioni nucleari), ma vengono esaminati come onde di pressione piuttosto che come suoni.
Tutti i suoni non vengono percepiti allo stesso modo
L'orecchio umano non è sensibile a tutti i suoni allo stesso modo. Nel 1933 furono pubblicati i risultati della ricerca su come le nostre orecchie percepiscono le diverse frequenze. I ricercatori Fletcher e Munson hanno rilasciato una serie di curve di sensibilità dell'udito umano basate su frequenza e ampiezza. Le curve sono state create riproducendo alternativamente un tono puro a 1 kHz e un tono a una frequenza diversa. L'ampiezza del tono di 1 kHz è stata regolata fino a quando i partecipanti hanno ritenuto che il livello dei due fosse equivalente. Il livello di regolazione è stato registrato e sono passati a un'altra frequenza.
Nel 1937, test simili furono eseguiti da Churcher e King, ma i risultati differivano notevolmente dalle classifiche di Fletcher Munson. I ricercatori Robinson e Dadson hanno ripetuto i test nel 1956 con apparecchiature più recenti. Le misurazioni risultanti sono state accettate e hanno definito i normali contorni del livello di volume uguale della ISO 226. Questi sono rimasti lo standard fino al 2003, quando nuovi test hanno ulteriormente rivisto i grafici.
Quello che le curve ci dicono è che il nostro udito è più sensibile tra 2 e 3 kHz, a seconda dell'ampiezza. Siamo meno sensibili alle informazioni ad alta frequenza intorno a 10 kHz e 150 Hz di circa 20 dB. Siamo sempre meno sensibili ai suoni al di sotto dei 150 Hz, ma questo fenomeno diminuisce all'aumentare del volume.
Come percepiamo il suono
Molte affermazioni sui livelli sonori vengono diffuse nel settore. Parliamo e chiariamo un paio dei più comuni.
3dB è due volte più forte. No. No, non lo è. Una variazione di 3dB rappresenta un raddoppio o dimezzamento dell'energia acustica. Ci vuole il doppio della potenza di un amplificatore per produrre un tono a 73dB di quanto ne richiede a 70dB. La realtà è che la maggior parte degli ascoltatori riesce a malapena a percepire un cambiamento nel livello di 3dB a tutte le frequenze udibili.
Se 3dB non è due volte più forte, che cos'è? Sulla base di test approfonditi, si è convenuto che una variazione del livello di 10 dB è considerata due o metà più forte.
Un test di ascolto
Solo per divertimento e istruzione, di seguito è riportata una serie di toni di prova per dimostrare la nostra capacità di rilevare differenze di ampiezza. Questi test sono creati per rendere le differenze il più facilmente percepibili possibile.
I toni coinvolgono un'onda sinusoidale a una frequenza di 1 kHz registrata a un livello iniziale di -10dB dal fondo scala in un formato di file .wav non compresso a 44,1 kHz, 16 bit. L'ampiezza (volume) della forma d'onda viene ridotta di uno, due e tre secondi di quantità variabili. Per la maggior parte, è facile discernere la diminuzione di 1dB per step. Molti saranno in grado di rilevare la diminuzione di 0,5 dB per passo. La diminuzione di 0,25dB per passo è difficile da sentire.
Traccia 1
1 kHz, in ampiezza decrescente di 1,0 dB a intervalli di un secondo
Traccia 2
1 kHz in ampiezza decrescente di 0,5 dB a intervalli di un secondo
Traccia 3
1 kHz in ampiezza decrescente di 0,25 dB a intervalli di un secondo
Ora, in base ai tuoi risultati, questo test smentisce le affermazioni di cui sopra sulle differenze di 3dB e 10dB? Affatto. Come accennato, i test sono progettati per rendere molto facile la percezione dei cambi di livello. Se dovessi ascoltare un brano, quindi riprodurlo di nuovo cinque minuti dopo dopo aver alzato o abbassato il volume di 0,5 dB o 1 dB, la maggior parte delle persone non sarebbe in grado di rilevare la differenza.
Rivisiteremo il decibel in articoli futuri e spiegheremo in che modo le diverse curve di valutazione influiscono sui numeri che leggiamo quando osserviamo le misurazioni e le specifiche del rumore delle apparecchiature audio. Fino ad allora, speriamo che questo articolo e le tracce di prova ti siano piaciute.