Unità logaritmica che misura il livello di pressione sonora

Il dB SPL (Livello di Pressione Sonora) misura la pressione sonora rispetto a 20 µPa, la soglia dell'udito umano. La scala logaritmica significa che +10 dB = un aumento di pressione di 10 volte, +20 dB = un aumento di pressione di 100 volte, ma solo il doppio dell'intensità sonora percepita a causa della non linearità dell'udito umano.

Esempio: Una conversazione a 60 dB ha una pressione 1000 volte maggiore rispetto alla soglia dell'udito a 0 dB, ma suona solo 16 volte più forte soggettivamente.

Forza fisica per unità di area esercitata dalle onde sonore

La pressione sonora è la variazione istantanea di pressione causata da un'onda sonora, misurata in pascal (Pa). Varia da 20 µPa (appena udibile) a 200 Pa (dolorosamente forte). La pressione RMS (radice quadrata media) è tipicamente riportata per i suoni continui.

Esempio: Il parlato normale crea 0,02 Pa (63 dB). Un concerto rock raggiunge i 2 Pa (100 dB), una pressione 100 volte superiore ma solo 6 volte più forte a livello percettivo.

Potenza acustica per unità di area

L'intensità sonora misura il flusso di energia acustica attraverso una superficie, in watt per metro quadrato. È correlata alla pressione² ed è fondamentale nel calcolo della potenza sonora. La soglia dell'udito è di 10⁻¹² W/m², mentre un motore a reazione produce 1 W/m² a distanza ravvicinata.

Esempio: Un sussurro ha un'intensità di 10⁻¹⁰ W/m² (20 dB). La soglia del dolore è di 1 W/m² (120 dB), un trilione di volte più intensa.

Invenzione del Fonografo

Thomas Edison inventa il fonografo, consentendo le prime registrazioni e riproduzioni del suono, suscitando interesse nella quantificazione dei livelli audio.

Introduzione del Decibel

I laboratori Bell Telephone introducono il decibel per misurare la perdita di trasmissione nei cavi telefonici. Chiamato così in onore di Alexander Graham Bell, diventa rapidamente lo standard per la misurazione audio.

Curve di Fletcher-Munson

Harvey Fletcher e Wilden A. Munson pubblicano le curve di uguale intensità sonora che mostrano la sensibilità uditiva dipendente dalla frequenza, ponendo le basi per la ponderazione A e la scala dei phon.

Fonometro

Viene sviluppato il primo fonometro commerciale, standardizzando la misurazione del rumore per applicazioni industriali e ambientali.

Standardizzazione della Scala dei Son

Stanley Smith Stevens formalizza la scala dei son (ISO 532), fornendo una misura lineare dell'intensità sonora percepita dove il raddoppio dei son = raddoppio dell'intensità sonora percepita.

Standard OSHA

L'Amministrazione per la Sicurezza e la Salute sul Lavoro degli Stati Uniti (OSHA) stabilisce limiti di esposizione al rumore (85-90 dB TWA), rendendo la misurazione del suono fondamentale per la sicurezza sul posto di lavoro.

Revisione della norma ISO 226

Aggiornamento delle curve di uguale intensità sonora basate sulla ricerca moderna, affinando le misurazioni in phon e la precisione della ponderazione A su diverse frequenze.

Standard Audio Digitali

Le LUFS (Loudness Units relative to Full Scale) vengono standardizzate per la trasmissione e lo streaming, sostituendo le misurazioni basate solo sui picchi con una misurazione dell'intensità sonora basata sulla percezione.

• **+3 dB = raddoppio della potenza** (appena percettibile per la maggior parte delle persone)
• **+6 dB = raddoppio della pressione** (legge dell'inverso del quadrato, dimezzamento della distanza)
• **+10 dB ≈ 2× più forte** (l'intensità sonora percepita raddoppia)
• **+20 dB = 10× la pressione** (due decadi su scala logaritmica)
• **60 dB SPL ≈ conversazione normale** (a 1 metro di distanza)
• **85 dB = limite di 8 ore dell'OSHA** (soglia di protezione dell'udito)
• **120 dB = soglia del dolore** (disagio immediato)

• **Fonti uguali:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (non 160!)
• **Distanza di 10 dB:** 90 dB + 80 dB ≈ 90,4 dB (la fonte più silenziosa conta a malapena)
• **Distanza di 20 dB:** 90 dB + 70 dB ≈ 90,04 dB (contributo trascurabile)
• **Raddoppio delle fonti:** N fonti uguali = originale + 10×log₁₀(N) dB
• **10 fonti uguali da 80 dB = 90 dB totali** (non 800 dB!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = soglia dell'udito
• **20 dB** = sussurro, biblioteca silenziosa
• **60 dB** = conversazione normale, ufficio
• **85 dB** = traffico intenso, rischio per l'udito
• **100 dB** = discoteca, motosega
• **120 dB** = concerto rock, tuono
• **140 dB** = sparo di pistola, motore a reazione vicino
• **194 dB** = massimo teorico nell'atmosfera

• **Non sommare mai i dB aritmeticamente** — usa le formule di somma logaritmica
• **dBA ≠ dB SPL** — La ponderazione A riduce i bassi, non è possibile una conversione diretta
• **Raddoppiare la distanza** ≠ metà del livello (è -6 dB, non -50%)
• **3 dB appena percettibile,** non 3× più forte — la percezione è logaritmica
• **0 dB ≠ silenzio** — è il punto di riferimento (20 µPa), può essere negativo
• **phon ≠ dB** tranne a 1 kHz — intensità sonora uguale dipendente dalla frequenza

Tre ragioni rendono essenziale la misurazione logaritmica:

• Percezione umana: Le orecchie rispondono in modo logaritmico – raddoppiare la pressione suona come +6 dB, non 2×
• Compressione della gamma: 0-140 dB contro 20 µPa - 200 Pa (impraticabile per l'uso quotidiano)
• La moltiplicazione diventa addizione: La combinazione di sorgenti sonore utilizza una semplice addizione
• Scala naturale: I fattori di 10 diventano passi uguali (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

La scala logaritmica è controintuitiva. Evita questi errori:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (non 120 dB!) – addizione logaritmica
• 90 dB - 80 dB ≠ 10 dB di differenza – sottrai i valori, poi antilogaritmo
• Raddoppiare la distanza riduce il livello di 6 dB (non del 50%)
• Dimezzare la potenza = -3 dB (non -50%)
• Un aumento di 3 dB = 2× la potenza (appena percettibile), 10 dB = 2× l'intensità sonora (chiaramente udibile)

Equazioni fondamentali per i calcoli del livello sonoro:

• Pressione: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• Intensità: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• Potenza: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• Combinazione di sorgenti uguali: L_total = L + 10×log₁₀(n), dove n = numero di sorgenti
• Legge della distanza: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) per sorgenti puntiformi

Non è possibile sommare i decibel aritmeticamente. Usa la somma logaritmica:

• Due sorgenti uguali: L_total = L_single + 3 dB (ad es., 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• Dieci sorgenti uguali: L_total = L_single + 10 dB
• Livelli diversi: Converti in lineare, somma, poi riconverti (complesso)
• Regola pratica: L'aggiunta di sorgenti distanti 10+ dB aumenta a malapena il totale (<0,5 dB)
• Esempio: macchina da 90 dB + rumore di fondo da 70 dB = 90,04 dB (appena percettibile)

Unità di livello di intensità sonora riferita a 1 kHz

I valori in phon seguono le curve di uguale intensità sonora (ISO 226:2003). Un suono a N phon ha la stessa intensità sonora percepita di N dB SPL a 1 kHz. A 1 kHz, phon = dB SPL esattamente. Ad altre frequenze, differiscono drasticamente a causa della sensibilità dell'orecchio.

• Riferimento a 1 kHz: 60 phon = 60 dB SPL a 1 kHz (per definizione)
• 100 Hz: 60 phon ≈ 70 dB SPL (+10 dB necessari per un'intensità sonora uguale)
• 50 Hz: 60 phon ≈ 80 dB SPL (+20 dB necessari – i bassi suonano più deboli)
• 4 kHz: 60 phon ≈ 55 dB SPL (-5 dB – picco di sensibilità dell'orecchio)
• Applicazione: Equalizzazione audio, calibrazione di apparecchi acustici, valutazione della qualità del suono
• Limitazione: Dipendente dalla frequenza; richiede toni puri o analisi spettrale

Unità lineare di intensità sonora soggettiva

I son quantificano l'intensità sonora percepita in modo lineare: 2 son suonano due volte più forte di 1 son. Definito dalla legge di potenza di Stevens, 1 son = 40 phon. Raddoppiare i son = +10 phon = +10 dB a 1 kHz.

• 1 son = 40 phon = 40 dB SPL a 1 kHz (definizione)
• Raddoppio: 2 son = 50 phon, 4 son = 60 phon, 8 son = 70 phon
• Legge di Stevens: Intensità sonora percepita ∝ (intensità)^0,3 per suoni di livello medio
• Mondo reale: Conversazione (1 son), aspirapolvere (4 son), motosega (64 son)
• Applicazione: Valutazioni del rumore dei prodotti, confronti di elettrodomestici, valutazione soggettiva
• Vantaggio: Intuitivo – 4 son suonano letteralmente 4 volte più forte di 1 son

L'audio professionale utilizza ampiamente i dB per i livelli di segnale, il missaggio e il mastering:

• 0 dBFS (Scala Completa): Livello digitale massimo prima del clipping
• Missaggio: Obiettivo da -6 a -3 dBFS di picco, da -12 a -9 dBFS RMS per l'headroom
• Mastering: -14 LUFS (unità di intensità sonora) per lo streaming, -9 LUFS per la radio
• Rapporto segnale/rumore: >90 dB per apparecchiature professionali, >100 dB per audiofili
• Gamma dinamica: Musica classica 60+ dB, musica pop 6-12 dB (guerra dell'intensità sonora)
• Acustica degli ambienti: Tempo di riverberazione RT60, punti di roll-off di -3 dB vs -6 dB

I limiti di esposizione al rumore sul posto di lavoro prevengono la perdita dell'udito:

• OSHA: 85 dB = livello di azione di 8 ore TWA (media ponderata nel tempo)
• 90 dB: 8 ore di esposizione massima senza protezione
• 95 dB: 4 ore max, 100 dB: 2 ore, 105 dB: 1 ora (regola del dimezzamento)
• 115 dB: 15 minuti max senza protezione
• 140 dB: Pericolo immediato – protezione dell'udito obbligatoria
• Dosimetria: Monitoraggio dell'esposizione cumulativa tramite dosimetri di rumore

Le normative ambientali proteggono la salute pubblica e la qualità della vita:

• Linee guida dell'OMS: <55 dB di giorno, <40 dB di notte all'aperto
• EPA: Ldn (media giorno-notte) <70 dB per prevenire la perdita dell'udito
• Aerei: La FAA richiede curve di rumore per gli aeroporti (limite di 65 dB DNL)
• Edilizia: I limiti locali sono tipicamente di 80-90 dB al confine della proprietà
• Traffico: Le barriere antirumore autostradali mirano a una riduzione di 10-15 dB
• Misurazione: La ponderazione dBA approssima la risposta umana al disturbo

La progettazione acustica richiede un controllo preciso del livello sonoro:

• Intelligibilità del parlato: Obiettivo di 65-70 dB all'ascoltatore, <35 dB di rumore di fondo
• Sale da concerto: 80-95 dB di picco, 2-2,5 s di tempo di riverberazione
• Studi di registrazione: NC 15-20 (curve di criterio del rumore), <25 dB di rumore ambientale
• Aule scolastiche: <35 dB di rumore di fondo, rapporto parlato/rumore di 15+ dB
• Classificazioni STC: Classe di Trasmissione del Suono (prestazioni di isolamento delle pareti)
• NRC: Coefficiente di Riduzione del Rumore per materiali assorbenti

• Utilizza fonometri calibrati di Classe 1 o Classe 2 (IEC 61672)
• Calibra prima di ogni sessione con un calibratore acustico (94 o 114 dB)
• Posiziona il microfono lontano da superfici riflettenti (altezza tipica 1,2-1,5m)
• Usa una risposta lenta (1s) per suoni costanti, veloce (125ms) per quelli fluttuanti
• Applica una protezione antivento all'esterno (il rumore del vento inizia a 12 mph / 5 m/s)
• Registra per più di 15 minuti per catturare le variazioni temporali

• Ponderazione A (dBA): Uso generale, rumore ambientale, professionale
• Ponderazione C (dBC): Misurazioni di picco, valutazione delle basse frequenze
• Ponderazione Z (dBZ): Risposta piatta per un'analisi spettrale completa
• Non convertire mai dBA ↔ dBC – dipende dal contenuto in frequenza
• La ponderazione A approssima la curva dei 40 phon (intensità sonora moderata)
• Usa l'analisi in banda d'ottava per informazioni dettagliate sulla frequenza

• Specifica sempre: dB SPL, dBA, dBC, dBZ (mai solo 'dB')
• Riporta la ponderazione temporale: Veloce, Lenta, Impulso
• Includi distanza, altezza di misurazione e orientamento
• Annota separatamente i livelli di rumore di fondo
• Riporta il Leq (livello continuo equivalente) per suoni variabili
• Includi l'incertezza di misura (tipicamente ±1-2 dB)

• 85 dB: Considera la protezione per esposizioni prolungate (>8 ore)
• 90 dB: Protezione obbligatoria dopo 8 ore (OSHA)
• 100 dB: Usa la protezione dopo 2 ore
• 110 dB: Proteggiti dopo 30 minuti, doppia protezione sopra i 115 dB
• Tappi per le orecchie: riduzione di 15-30 dB, cuffie antirumore: 20-35 dB
• Non superare mai i 140 dB anche con protezione – rischio di trauma fisico

Le balenottere azzurre producono richiami fino a 188 dB SPL sott'acqua – il suono biologico più forte sulla Terra. Questi richiami a bassa frequenza (15-20 Hz) possono viaggiare per centinaia di miglia attraverso l'oceano, permettendo alle balene di comunicare su vaste distanze.

La stanza più silenziosa del mondo (Microsoft, Redmond) misura -20,6 dB SPL – più silenziosa della soglia dell'udito. Le persone possono sentire il battito del proprio cuore, la circolazione del sangue e persino il gorgoglio dello stomaco. Nessuno è rimasto più di 45 minuti a causa del disorientamento.

Il suono più forte della storia registrata: 310 dB SPL alla fonte, udito a 3.000 miglia di distanza. L'onda di pressione ha fatto il giro della Terra 4 volte. I marinai a 40 miglia di distanza hanno subito la rottura dei timpani. Tale intensità non può esistere in un'atmosfera normale – crea onde d'urto.

194 dB SPL è il massimo teorico nell'atmosfera terrestre al livello del mare – oltre questo, si crea un'onda d'urto (esplosione), non un'onda sonora. A 194 dB, la rarefazione equivale al vuoto (0 Pa), quindi il suono diventa discontinuo.

I cani sentono da 67 a 45.000 Hz (rispetto agli umani da 20 a 20.000 Hz) e rilevano suoni 4 volte più lontani. La loro sensibilità uditiva raggiunge il picco intorno agli 8 kHz – 10 dB più sensibile degli umani. Ecco perché i fischietti per cani funzionano: 23-54 kHz, inudibili per gli umani.

Le sale cinematografiche mirano a una media di 85 dB SPL (Leq) con picchi di 105 dB (specifiche Dolby). Questo è 20 dB più forte della visione domestica. La risposta estesa alle basse frequenze: i subwoofer da 20 Hz consentono esplosioni e impatti realistici – i sistemi domestici di solito tagliano a 40-50 Hz.

La ponderazione dBA applica un peso dipendente dalla frequenza che attenua le basse frequenze. Un tono di 100 Hz a 80 dB SPL misura ~70 dBA (ponderazione di -10 dB), mentre 1 kHz a 80 dB SPL misura 80 dBA (nessuna ponderazione). Senza conoscere lo spettro di frequenza, la conversione è impossibile. Sarebbe necessaria un'analisi FFT e l'applicazione della curva di ponderazione A inversa.

+3 dB = raddoppio della potenza o dell'intensità, ma solo un aumento di pressione di 1,4 volte. La percezione umana segue una risposta logaritmica: un aumento di 10 dB suona circa 2 volte più forte. 3 dB è il cambiamento più piccolo che la maggior parte delle persone rileva in condizioni controllate; in ambienti reali, sono necessari 5+ dB.

Non è possibile sommare i decibel aritmeticamente. Per livelli uguali: L_total = L + 3 dB. Per livelli diversi: converti in lineare (10^(dB/10)), somma, poi riconverti (10×log₁₀). Esempio: 80 dB + 80 dB = 83 dB (non 160 dB!). Regola pratica: una fonte più silenziosa di 10+ dB contribuisce per meno di 0,5 dB al totale.

dB SPL: Livello di pressione sonora non ponderato. dBA: Ponderato A (approssima l'udito umano, attenua i bassi). dBC: Ponderato C (quasi piatto, filtraggio minimo). Usa dBA per il rumore generale, ambientale, professionale. Usa dBC per misurazioni di picco e valutazione delle basse frequenze. Misurano lo stesso suono in modo diverso – non esiste una conversione diretta.

Il suono segue la legge dell'inverso del quadrato: raddoppiare la distanza riduce l'intensità di ¼ (non di ½). In dB: ogni raddoppio della distanza = -6 dB. Esempio: 90 dB a 1m diventa 84 dB a 2m, 78 dB a 4m, 72 dB a 8m. Questo presuppone una sorgente puntiforme in campo libero – le stanze hanno riflessioni che complicano la situazione.

Sì! 0 dB SPL è il punto di riferimento (20 µPa), non il silenzio. I dB negativi significano più silenzioso del riferimento. Esempio: -10 dB SPL = 6,3 µPa. Le camere anecoiche misurano fino a -20 dB. Tuttavia, il rumore termico (movimento molecolare) stabilisce un limite assoluto intorno a -23 dB a temperatura ambiente.

Precisione e calibrazione. I misuratori di Classe 1 soddisfano la norma IEC 61672 (±0,7 dB, 10 Hz-20 kHz). I misuratori economici: errore di ±2-5 dB, scarsa risposta alle basse/alte frequenze, nessuna calibrazione. L'uso professionale richiede una calibrazione tracciabile, la registrazione dei dati, l'analisi per ottave e la durabilità. La conformità legale/OSHA richiede apparecchiature certificate.

A 1 kHz: phon = dB SPL esattamente (per definizione). Ad altre frequenze: divergono a causa della sensibilità dell'orecchio. Esempio: 60 phon richiedono 60 dB a 1 kHz, ma 70 dB a 100 Hz (+10 dB) e 55 dB a 4 kHz (-5 dB). Il phon tiene conto delle curve di uguale intensità sonora, il dB no.