Comprendere 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. Cioè, 1 decibel (anche scritto come dB) non è un decimo dell'ampiezza o forza di 10dB. In questo articolo, spiegheremo come funziona la scala decibel e presenteremo alcune informazioni di riferimento per aiutarti a capire come funziona la scala decibel.
Cos'è il Suono?
Il suono è una vibrazione di molecole d'aria che vibra i nostri timpani. Il timpano passa queste vibrazioni all'orecchio medio attraverso minuscole ossa chiamate ossicini. L'orecchio interno ha una forma simile a quella di una conchiglia di lumaca e contiene cellule ciliate microscopiche che convertono queste vibrazioni in minuscoli segnali elettrici. Questi segnali sono trasmessi al nervo uditivo e successivamente al nostro cervello. Ogni orecchio interno contiene circa 18.000 cellule ciliate, tutte le quali si dice stiano sulla testa di uno spillo. Una volta che una cellula cilia è danneggiata, non ricresce mai o si ripara da sola.
Comprendere il Decibel
L'unità decibel fu creata negli anni '20 dai Bell Telephone Laboratories per descrivere le perdite nei cavi di comunicazione usati nei primi sistemi telefonici. L'unità originale era MSC (Miglia di Cavo Standard) ed era la perdita di segnale in 1 miglio di cavo a una frequenza di 795,8 Hz che era equivalente all'attenuazione minima percettibile rilevabile dall'ascoltatore medio.
Il Decibel e la Misurazione del Livello Sonoro
Quando si discute di livelli sonori, il formato corretto è usare l'unità dB SPL, dB(SPL) o dBSPL. Il riferimento per qualsiasi affermazione è la pressione sonora rispetto a 0dB. 0dB è definito come il suono percepito di una zanzara a una distanza di 3 metri dall'ascoltatore.
Poiché dB SPL esprime un rapporto, i suoni possono essere più silenziosi di 0dB. Immagina se vuoi, sei nello spazio dove il suono creato da quella zanzara originale è stato misurato. Se togliamo la zanzara, lo spazio sarà più silenzioso. Quanto più silenzioso dipende da altre fonti di rumore. Il rumore elettrico creato dall'illuminazione e il rumore causato da sistemi di riscaldamento e raffreddamento contribuiscono tutti. Se eliminiamo quanti più rumori possibile, la stanza diventerà sempre più silenziosa.
Secondo Guinness World Records, il posto più silenzioso al mondo nel 2012 era una camera anecoica di prova presso Orfield Laboratories a Minneapolis. Il livello sonoro in questa stanza è stato misurato a -13dBA. Nell'ottobre 2015, un team di ingegneri presso la sede Microsoft a Redmond, Washington, ha infranto questo record con misurazioni prese 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 vibrazione, ma le pareti sono rivestite con grandi cunei di schiuma acustica progettati per assorbire il suono.
All'estremo opposto dello spettro sonoro abbiamo 191 dB SPL. Questo è il livello sonoro dove l'aria è pressurizzata a 1 Bar o 1 atmosfera. Il suono lineare non può esistere sopra 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 Sono Perceguiti Ugualmente
L'orecchio umano non è sensibile a tutti i suoni ugualmente. Nel 1933, i risultati dalla ricerca su come le nostre orecchie percepiscono frequenze diverse fu pubblicato. I ricercatori Fletcher e Munson rilasciarono un set di curve di sensibilità uditiva umana basate su frequenza e ampiezza. Le curve furono create suonando un tono puro 1 kHz e un tono a una frequenza diversa alternativamente. L'ampiezza del tono 1 kHz fu regolata finché i partecipanti sentirono che il livello dei due era equivalente. Il livello di regolazione fu registrato e passarono a un'altra frequenza.
Nel 1937, test simili furono fatti da Churcher e King, ma i risultati differivano molto dai grafici Fletcher Munson. I ricercatori Robinson e Dadson ripeterono i test nel 1956 con attrezzature più nuove. Le misurazioni risultanti furono accettate e definirono i contorni ISO 226 normali di uguale livello di loudness. Questi rimasero lo standard fino al 2003 quando nuovi test revisionarono ulteriormente i grafici.
Ciò che le curve ci dicono è che il nostro udito è più sensibile intorno a 2-3 kHz, a seconda dell'ampiezza. Siamo meno sensibili a informazioni ad alta frequenza intorno a 10 kHz e 150 Hz di circa 20dB. Siamo sempre meno sensibili a suoni sotto 150 Hz, ma questo fenomeno diminuisce all'aumentare del volume.
Come Percepiamo il Suono
Molte affermazioni sui livelli sonori vengono lanciate in giro per l'industria. Parliamo e chiariamo un paio delle più comuni.
3dB è due volte più forte. No. No, non lo è. Un cambiamento di 3dB rappresenta un raddoppio o dimezzamento dell'energia acustica. Ci vuole un amplificatore due volte più potente per produrre un tono a 73dB rispetto a quello che richiede a 70dB. La realtà è che la maggior parte degli ascoltatori può a malapena percepire un cambiamento di livello di 3dB a tutte le frequenze udibili.
Se 3dB non è due volte più forte, cosa lo è? Basandosi su test estesi, è concordato che un cambiamento di livello di 10dB è considerato essere due volte o metà più forte.
Un Test d'Ascolto
Solo per divertimento ed educazione, sotto c'è una serie di toni di prova per dimostrare la nostra capacità di rilevare differenze in ampiezza. Questi test sono creati per rendere le differenze il più facilmente percettibili possibile.
I toni coinvolgono un'onda sinusoidale a una frequenza di 1 kHz registrata a un livello di partenza di -10dB dalla scala piena in un formato file .wav non compresso 44,1 kHz, 16-bit. L'ampiezza (volume) della forma d'onda è diminuita ai segni di uno, due e tre secondi di quantità variabili. Per la maggior parte, discernere la diminuzione di 1dB per passo è facile. Molti saranno in grado di rilevare la diminuzione di 0,5dB per passo. La diminuzione di 0,25dB per passo è difficile da sentire.
Traccia 1
1 kHz, diminuendo in ampiezza di 1,0 dB a intervalli di un secondo
Traccia 2
1 kHz diminuendo in ampiezza di 0,5 dB a intervalli di un secondo
Traccia 3
1 kHz diminuendo in ampiezza di 0,25 dB a intervalli di un secondo
Ora, basandoti sui tuoi risultati, questo test smentisce le affermazioni sopra su differenze 3dB e 10dB? Per niente. Come menzionato, i test sono progettati per rendere la percezione dei cambiamenti di livello molto facile. Se ascoltassi una canzone, poi riproducessi la stessa canzone di nuovo cinque minuti dopo aver regolato il volume su o giù di 0,5dB o 1dB, la maggior parte delle persone non sarebbe in grado di rilevare la differenza.
Rivisiteremo il decibel in futuri articoli e spiegheremo come diverse curve di valutazione influenzano i numeri che leggiamo quando guardiamo misurazioni di rumore e specifiche di attrezzature audio. Fino ad allora, speriamo che tu abbia apprezzato questo articolo e le tracce di prova.