Re: Una domanda.....

From: Andrea <andrea2_at_despammed.com>
Date: Tue, 31 Aug 2004 10:57:59 +0200

"Isidoro Villaggio" <isidoro.villaggio_at_nospamtgsnet.it> ha scritto nel
messaggio news:2ph1mpFl2fn7U1_at_uni-berlin.de...
>
> Ciao a tutti e scusate la banalit� della domanda.
>
> Una cosa della Fisica imparata a scuola mi ha sempre colpito: 2 onde
sonore
> identiche ma in fase opposta si annullano...e dunque silenzio.
>
> Come mai questo genere di fenomeno non viene, che io sappia almeno, usato
al
> posto (o come ausilio) dei materiali fonoassorbenti[..]

Ciao, Isidoro,

cercando "controllo attivo del rumore" con Google vedrai che � un settore
studiato da parecchio tempo, in cui tra l'altro l'Italia fa ottimi lavori.
Si usa ad
esempio per migliorare il comfort dei passeggeri di un aeroplano, riducendo
il
rumore dovuto ai motori, oppure per ridurre il rumore dovuto ad un gruppo
elettrogeno o addirittura per diminuire la rumorosit� di una marmitta di
motocicletta!

Lo studio � complesso e molto interessante: accenno brevemente ad alcune
problematiche. Innanzi tutto, nessun rumore reale pu� essere dato da un'onda
rigorosamente monocromatica, cio� del tipo sen(k*x+-omega*t+phi), ma
avr� un "inizio" e una "fine" e sar� composto da tante onde di fase e
frequenza diversa, mentre l'onda monocromatica ha una sola fase iniziale ed
una sola frequenza. Un rumore generico � un fenomeno complesso,
dall'andamento temporale irregolare: per esempio il rumore percepito
nell'abitacolo di un'autovettura e dovuto al motore � legato alla
combustione
nei cilindri, che � un fenomeno piuttosto "turbolento" :-), alla rotazione
dell'albero motore, che non � mai perfettamente bilanciato, alla vibrazione
di
tutte le strutture (pannelli, sedie, ecc.) presenti nell'abitacolo e messe
in
oscillazione dalle forze e dai momenti trasmessi dal motore. Il segnale di
rumore che ne esce � quindi composto da molte frequenze diverse: se �
periodico nel tempo, come � il caso quando il motore funziona a regime
costante, sar� composto da pi� frequenze multiple di una frequenza
fondamentale. In altri casi il segnale pu� avere fase non costante nel
tempo, e
questo succede quando il rumore � generato da tanti sistemi che vibrano in
maniera indipendente l'uno dall'altro: ad esempio pu� accadere in uno
stabilimento con tante diverse macchine tessili. Immagina cosa succede se tu
cerchi di annullare un segnale incoerente (cio� la cui fase dipende dal
tempo)
con uno a fase costante (coerente): l'interferenza sar� distruttiva in certi
istanti,
ma costruttiva in altri, aumentando il rumore! In realt�, se il segnale
incoerente
ha una fase che varia molto velocemente nel tempo rispetto al tempo di
risposta
dell'udito umano, l'interferenza sar� costruttiva in un dato istante e
distruttiva
subito dopo, cosicch� in media non ci sar� proprio interferenza.

E questo solo per la dipendenza temporale: ora pensa a due onde uguali
emess da due oscillatori sferici sulla superficie dell'acqua, vedrai che i
loro fronti d'onda fanno interferenza distruttiva in certi punti della
superficie,
dando luogo a dei nodi, cio� punti in cui la superficie dell'acqua non varia
di quota col tempo, e interferenza distruttiva in altri, poich� in punti
diversi
della superficie esse arrivano avendo percorso cammini diversi, e dunque con
fase diversa. Nel caso del rumore avrai che in punti diversi dello spazio il
segnale rumore ed il segnale di annullamento hanno percorso cammini diversi
e dunque in certi punti tu anulli il segnale ed in altri lo intensifichi.

Il rumore pu� non essere periodico col tempo: magari qualcosa si rompe o
pi�
semplicemente cambia il regime di rotazione del motore e dunque la frequenza
fondamentale. Allora, se il segnale di annullamento non � in grado di
cambiare
anch'esso adattandosi alle nuove condizioni, avrai che le due "onde" non
sono
pi� "uguali" e non c'� pi� interferenza.

Infine, non dimenticare il "fattore umano": l'udito � un fenomeno complesso,
che dipende dal sensore orecchio ma anche e soprattutto dal funzionamento
del cervello, per cui dato che il tuo fine ultimo � quello di migliorare il
comfort delle persone, devi tenere conto di come il segnale risultante,
somma
del rumore e del "controrumore", verr� percepito da una persona. Ad esempio
mi pare che l'orecchio non sia sensibile alle differenze di fase ma solo a
quelle
di ampiezza: inoltre il cervello, per poter estrarre fra i vari rumori
esterni la
conversazione che stai seguendo, effettuer� (credo) una trasformata di
Fourier
del segnale percepito, cio� deve distinguere le frequenze che formano il
segnale
"conversazione" da quelle degli altri, e "seguire" solo quel segnale l�.
Come fa
esattamente a fare ci�? Anche di questo devi tener conto nel progettare il
sistema.

Per concludere, il controllo attivo richiede una rete di sensori capaci di
misurare in tempo reale ampiezza e fase del segnale rumore in diversi punti
dello spazio da insonorizzare, degli emettitori indipendenti distribuiti in
diversi punti dello spazio (per i problemi di cammino dell'onda che ti
dicevo)
che siano in grado di emettere segnali acustici a diverse frequenze, con
fase
variabile ecc., ed un sistema "intelligente" di analisi del rumore che a
partire
dalle misure dei sensori, determini in ogni istante di tempo la
distribuzione
dell'energia e della fase del segnale alle varie frequenze, cio� il suo
spettro.
Dopodich�, con opportuni algoritmi che tengano in conto i dati ottenuti sul
rumore esterno e le peculiarit� dell'udito umano, il sistema deve adattare i
segnali degli emettitori in modo da rendere il pi� basso possibile il rumore
almeno nelle parti pi� "critiche" della zona da insonorizzare.

Tutto 'sto sistema funzioner� bene solo entro certi intervalli di frequenze
del
segnale rumore, per cui, in dipendenza del livello di insonorizzazione che
si
vuole raggiungere, potr� essere utile complementarlo con l'uso di materiali
fonoassorbenti e con sistemi di controllo attivo delle vibrazioni che
generano il rumore, mediante attuatori di vario tipo (piezoelettrici,
idraulici,
magnetostrettivi).

Questo � tutto: in realt� c'� molto altro, ma come introduzione basta e
avanza,

ciao,

Andrea
Received on Tue Aug 31 2004 - 10:57:59 CEST