Le variazioni di pressione sonora che vengono percepite dal timpano dell’orecchio umano come suono, sono le stesse variazioni che agiscono sul diaframma del microfono del fonometro, lo strumento impiegato per la misurazione dei livelli sonori. L'orecchio umano è un organo molto sensibile che avverte alte variazioni di pressione sonora e una gamma di frequenze comprese fra 20 Hz e 20.000 Hz.

Più precisamente, la sensazione uditiva è legata al contenuto energetico dell'onda sonora, proporzionale al quadrato della pressione, e, inoltre, il legame con l'energia  non è lineare. L'orecchio è più sensibile a segnali deboli che a quelli intensi: esso risponde alle variazioni dell'energia sonora secondo una legge approssimabile ad una variazione logaritmica. Per tale motivo un livello di rumore, che produce una sensazione quanto poche altre familiare, si esprime quantitativamente in un modo noto per lo più solo per sentito dire, e che comunque è piuttosto complesso: la scala dei decibel. Per arrivare a esprimere un livello di rumore in decibel bisogna compiere i seguenti passi:

  1. tenere presente che il rumore è prodotto da un'onda di pressione che si propaga nell'aria.
  2. prendere come unità di riferimento il minimo livello di pressione dell'onda sonora che può essere percepito dall'orecchio umano medio: 20 milionesimi di Pascal (che è una pressione piccolissima: pari a 2 deci - miliardesimi della pressione atmosferica statica al livello del mare!).
  3. considerare il logaritmo in base 10 del rapporto tra il quadrato della pressione dell'onda sonora e il quadrato del livello di riferimento di 20 milionesimi di Pascal, e moltiplicarlo per 10  (il quadrato è richiesto per la sensibilità al contenuto energetico, il fattore 10 per utilizzare una unità di misura più piccola del Bel, il decimo di Bel )

Con questa serie di operazioni, di cui le ultime sono tutt'altro che intuitive, si costruisce la scala dei decibel. Quindi la formula che esprime un livello di pressione sonora è la seguente:

L p = 10 * log 10 ( pp 0 ) 2 = 20 * log 10 ( p p 0 ) dB

dove p0 è la pressione sonora di riferimento pari a 20 µPa (comunemente utilizzata in aria) e p è il valore efficace della pressione sonora che si vuole misurare

Inoltre, per esprimere i livelli di rumore, a livello internazionale, sono comunemente utilizzate le curve di ponderazione (filtri che operano un´opportuna correzione dei livelli sonori alle diverse frequenze) per tenere conto della diversa sensibilità dell'orecchio umano ai toni acuti, intermedi o gravi. Il livello sonoro in dB(A), che si ottiene utilizzando la curva di ponderazione "A", è di norma utilizzato per valutare gli effetti del rumore sull´uomo.

Per fissare le idee in tema di rumore ambientale e della sua percezione da parte dell'uomo si possono tenere presente i seguenti riferimenti:

 

Sorgente di rumore Livello sonoro (dB) Percezione umana
Fruscio di foglie, bisbiglio, ambiente abitativo silenzioso di notte  20-25 Calma, silenzio 
Ambiente abitativo silenzioso di notte, biblioteca, ambiente rurale notte  25-35
Ambiente domestico di giorno, strada tranquilla, conversazione tranquilla  40-50 Possibile deconcentrazione, inizio disturbi del sonno
Conversazione normale, ufficio rumoroso, strada trafficata,ristorante,Tv e radio ad alto volume  60-70 Interferenza nelle conversazioni, fastidio, telefono difficile da usare
 Sveglia, asciugacapelli, autostrada  80  Fastidio
Camion nelle vicinanza, macchinari industria e artigianato, passaggio treno,motosega  90 Molto fastidio
 
Discoteca, carotatrice, concerto rock,autobettoniera,martello pneumatico  100-110
Sirena, clacson a 1 metro,  120 Dolore
 
Decollo aereo  130

Effetti dell'uso dei decibel nel caso di sorgenti multiple

L'uso di una unità di misura su base logaritmica e non lineare comporta alcune considerazioni inerenti al rumore che viene percepito quando sono presenti più sorgenti: si deve tenere presente che i livelli in dB non si possono sommare direttamente. Pertanto date due sorgenti scorrelate di pressione p1 e p2, che corrispondono ai livelli sonori Lp1 e Lp2  è errato dire Lpt = Lp1+ Lp2.

Infatti:

Lpt= 10 * log10 ( (p12+p22)/p02)

Questa relazione porta ad alcuni casi particolari:

 

1) Quando ad una sorgente sonora di pressione pse ne affianca una uguale si ha che il livello sonoro complessivo è di soli 3 dB superiore ad uno dei livelli sonori componenti: infatti se p1=p2=p allora  Lpt= 10 * log10 ( 2p2/p02)= 10 * log10 2 + 20*log10(p/p0) = 3 + Lp

ad es.: 70 dB + 70 dB = 73 dB. 

quindi

Casse acustiche

 

 70 più 70 dB errato

70 più 70 dB corretto


2) Applicando la relazione per la somma di livelli sonori è possibile tracciare una curva empirica utilizzabile quando si devono sommare due o più livelli acustici differenti e capire fino a che punto il contributo di una sorgente sonora è influente rispetto ai livelli di rumore presenti in una determinata area o rispetto al contributo di rumore di un’altra sorgente sonora specifica. Per questa valutazione si può utilizzare la seguente procedura che si riferisce a al grafico seguente (fonte Brüel &Kjær Sound&Vibration Measurement A/S, Nærum, Danimarca).

  • misurare separatamente il livello di pressione sonora (SPL − Sound Pressure Level) di ciascuna sorgente di rumore (Lp1, Lp2);
  • trovare la differenza (ΔL) tra questi livelli (Lp2 − Lp1);
  • trovare la differenza sull’asse orizzontale del grafico. Trovare l’intersezione sulla curva e quindi leggere il valore sull’asse verticale a sinistra del grafico;
  • aggiungere il valore indicato (L+) sull’asse verticale al livello della sorgente sonora più rumorosa (Lp2) ottenendo così la somma dei livelli di pressione sonora  delle due sorgenti di rumore.

 

Grafico calcolo dB

 

 

Grandezze statistiche nella valutazione del rumore

I soprastanti passi vanno ripetuti nel caso in cui si debbano ottenere somme di ulteriori sorgenti di rumore. Da quanto si vede dal grafico per differenze di livello di pressione sonora superiori a 10 dB il contributo della sorgente meno rumorosa può essere scartato. Quindi una sorgente di rumore non impatta se il suo livello è minore rispetto a quello di un’altra sorgente sonora o rispetto ad un determinato livello di zona di un valore ≥10 dB.

Per interpretare in modo corretto i livelli di rumore non basta eseguire una misura con il fonometro, strumento che attraverso un trasduttore (microfono) converte la pressione sonora in una corrispondente tensione elettrica  fornendo un valore in decibel. Per la quantificazione dei livelli di rumore vengono forniti dal fonometro diversi parametri descritti brevemente nel seguito. In ambiente di vita non si misurano in genere livelli di rumore superiori a 75 dBA, che sono invece i livelli più bassi che vengono considerati in ambiente di lavoro ai fine della prevenzione del rischio da danni uditivi.

Quest'ulteriore affermazione richiede qualche precisazione. "Quando passa un automezzo di soccorso a sirene spiegate, quando si sente un colpo di clacson vicinissimo, che livelli ci sono?". In questi casi, la rumorosità istantanea può salire anche ben oltre i 70 dBA, e toccare punte verso i 90 dBA. Quando si parla di rumorosità ambientale si fa però riferimento, a meno di indicazione contraria, al livello medio di rumore, su un periodo rappresentativo delle condizioni locali, o meglio ancora, ad un livello sonoro costante che ha un contenuto energetico pari al contenuto energetico medio del rumore in esame.

Proprio questo esprime il Livello Equivalente (LEq), che è la grandezza più frequentemente utilizzata per parlare di rumore ambientale. 

L eq,T = 10 * log 1 T 0 T p2 (t) p0 2 dt

Il ricorso a valori medi ha pregi e difetti. Il pregio è la sua rappresentatività complessiva, il difetto è che i dettagli del clima sonoro spariscono. A titolo esemplificativo si riportano due tracciati temporali (time history - linea blu) che in termini assoluti hanno uno stesso Livello Equivalente (livello medio energetico calcolato sul tempo di misura di due minuti - linea rossa) di 76.5 dBA, ma che si riferiscono a due sorgenti di rumore completamente differenti tra loro.

Nel primo grafico la time history si riferisce al rumore prodotto dal traffico veicolare mentre nel secondo grafico al rumore prodotto da un server. Diventa quindi fondamentale durante una misura l'acquisizione della time history  al fine di poter meglio comprendere con quale tipologia di rumore si ha a che fare.

TH Rumore StradasuonoAscolta

TH Rumore ServersuonoAscolta

 

Per recuperare almeno parte del "colore" acustico si utilizzano altri indicatori più sofisticati. Molto espressivo è il cosiddetto L95 (95° percentile della distribuzione dei livelli). Esso rappresenta il rumore superato per il 95% del tempo di rilievo, ovvero, potremmo dire, il livello di fondo di una data località. Ad esempio, se una località è caratterizzata dal rumore naturale di un torrente (linea di fondo leggermente frastagliata), a cui si sovrappongono sporadici rumori da transito di veicoli (picchi del grafico), il LEq sarà molto influenzato dal rumore di questi ultimi, mentre il l'L95 indicherà proprio il rumore di fondo del torrente.

 

Esempio Leq L95

All'altro lato della scala acustica dei livelli sonori sta L5 (5° percentile della distribuzione dei livelli sonori), ovvero livello di rumore superato per il 5% del tempo di rilievo. Esso è rappresentativo del livello sonoro "alto" di un sito di misura, quello, per l'appunto, superato in media per 3” al minuto (o per 3' all'ora).

Per tornare all'esempio iniziale, il colpo di clacson ravvicinato sfuggirebbe anche all'L5. Per rumori molto brevi e intensi come quello, è necessario ricorrere al livello massimo: il cosiddetto Lmax, e in questo caso è necessario più che mai dire se il fonometro era regolato per una risposta veloce (fast) o lenta (slow).

Un accenno finale all'analisi in frequenza: è il sistema con cui si può evidenziare se il rumore è costituito prevalentemente da toni acuti, intermedi o gravi, o da una miscela omogenea di tutti i toni ("rumore bianco"), oppure, ed è la situazione più fastidiosa, da un singolo tono che predomina nettamente sugli altri (casi tipici rumori costanti e continui dovuti a sorgenti singole, come ventole di aerazione, sirene, fischi, ecc...).

In tutti i casi, dare un valore in decibel non basta. Bisogna esprimere chiaramente a quale parametro, e quale grandezza descrittiva del rumore ambientale questi decibel si riferiscono, per poterlo interpretare nella giusta luce e confrontarlo con altri livelli o con valori prescritti dalla normativa. Questo è il messaggio più importante di questo inserto tecnico.