Così come la scala in semitoni, la scala
in decibel è nata proprio per
ovviare a questa situazione e rendere lineare ciò che in natura non lo
è. Come quella in semitoni, infatti, la scala in decibel è basata sui
rapporti.
In realtà, però, capire i decibel non è così semplice per varie ragioni:
- in elettrotecnica (cioè nel mondo degli impianti audio con
amplificatori, mixer, etc.) e in acustica le misurazioni vengono
eseguite in modo diverso.
Quando si ha a che fare con un impianto audio non si misurano i decibel
assoluti, ma il rapporto fra il segnale in entrata e quello in uscita.
Considerate, ad esempio, il vostro lettore CD o MP3. Il volume che
sviluppa non è assoluto, ma dipende dall'audio presente sul CD o
nell'MP3. Non si può dire a un lettore CD "suona a 40 dB" perché il suo
volume di uscita è condizionato dal volume del brano che sta eseguendo.
Anche senza toccare il controllo del volume, se il brano è un adagio
eseguito in pp, il lettore suonerà piano, ma se è una heavy metal band
suonerà forte.
La realtà è che il vostro lettore CD o MP3 non è un generatore di
suono, come uno strumento, ma solo un amplificatore che riceve in input
il suono presente sul CD o nell'MP3, lo amplifica o lo attenua usando
un controllo di volume e lo invia alle cuffie o alle casse. In questa
situazione, una misurazione dell'ampiezza assoluta non ha senso. Si
misura, invece, quanto il suono originale è amplificato o attenuato.
Ora, il vostro lettore CD o MP3, sulla manopola del volume, avrà una
scala indicativa che va, per es., da 0 a 10, intesi come 0 = nulla, 10
= massimo. Gli strumenti professionali, invece, hanno una scala che va
da -∞ (meno infinito), passando per vari livelli negativi (-40, -20,
-6, -3) e poi per 0 (zero), fino ad arrivare a +6 o +12. Tale scala
deve essere interpretata così:
- un valore con un segno - (meno) significa che il segnale viene
attenuato di quella quantità in dB rispetto al segnale di entrata;
- lo 0 (zero) significa che il segnale non viene modificato;
- un valore con un segno + significa che il segnale viene amplificato.
- la percezione dell'ampiezza, poi, dipende anche dalla distanza:
anche ammesso che uno strumento suoni a un certo volume, a voi il suono
arriverà più forte o più piano in base alla vostra distanza dallo
strumento stesso.
- in acustica, infine, c'è una differenza fra potenza acustica e
pressione sonora: la seconda è molto più significativa della prima
perché rappresenta la pressione media che si esercita sul timpano.
Considerate la seguente situazione: un qualsiasi strumento (uno solo)
esegue una melodia. Se adesso un altro strumento uguale lo affianca e
suona all'unisono, il volume dovrebbe raddoppiare perché prima era uno
e adesso sono due, ma invece aumenta di un po', ma percettivamente non
raddoppia. Questo accade perché non è detto che le due onde siano
perfettamente in fase, cioè che tutti i picchi corrispondano. In
pratica, in questo modo, abbiamo raddoppiato la potenza del segnale ma
non la pressione acustica media. Per raddoppiare effettivamente
quest'ultima occorre un aumento di potenza pari a 4 volte, cioè il
doppio del doppio (2x2=4) perché la pressione si calcola su una
superficie, non su un solo punto. Quindi per raddoppiare il volume del
nostro strumento singolo occorreranno altri 3 strumenti uguali
all'unisono, il che corrisponde a un aumento di 6 dB:
6
dB
corrispondono a una pressione acustica doppia
Quindi il volume di un suono a 66 dB è fisicamente il doppio di uno a
60 dB.
Sentiamo qualche esempio.
Qui
abbiamo un suono che diminuisce di 6 dB (quindi del doppio) a ogni
ripetizione, mentre
qui diminuisce
più gradualmente, di 3 dB.
Per avere un'idea del valore dei dB, considerate che il nostro sistema
uditivo percepisce suoni che vanno da poco più di zero (in ambiente
MOLTO silenzioso) a circa 120 dB. Quest'ultima è la cosiddetta soglia
del dolore perché un suono a questo livello è effettivamente dannoso.
Va detto, però, che il sistema uditivo è in grado di difendersi dai
suoni molto forti. Un piccolo muscolo, infatti, irrigidisce il timpano
per difenderlo dalle vibrazioni troppo ampie, mentre un altro è in
grado di mettere leggermente fuori asse la catena degli ossicini
impedendo che le vibrazioni troppo forti si trasmettano totalmente alla
chiocciola. Di conseguenza, quando ci troviamo in un ambiente ad alto
livello sonoro, sentiamo decisamente meno.
Questo sistema, comunque, ha un tempo di reazione di 1/10 di secondo e
quindi non può fare niente contro i picchi improvvisi contro i quali
siamo totalmente indifesi. Questi ultimi sono particolarmente dannosi e
possono ledere il timpano, per cui ATTENZIONE ALL'ASCOLTO IN CUFFIA che
di per sè non è affatto dannoso, ma può esporre i timpani a improvvisi
e dolorosi sbalzi se non si fa attenzione. Quando vi mettete la cuffia,
a qualsiasi strumento o impianto sia collegata, ABBASSATE PRIMA IL
VOLUME E POI ALZATELO GRADUALMENTE FINO AL LIVELLO APPROPRIATO.
Torniamo ai dB. La tabella seguente vi dà un'idea del livello sonoro di
diversi suoni (le misure sono medie: per es. non tutte le auto fanno lo
stesso rumore).
Le curve isofoniche
Un altra cosa che complica la percezione della dinamica è il fatto che
il nostro sistema percettivo non funziona nello stesso modo su tutte le
frequenze. Sente molto meglio nell'area che va da circa 600 a circa
5000 Hz, che è l'area del linguaggio parlato, ma soprattutto sente
molto meno sulle frequenze basse. Questo accade perché il condotto
uditivo ha una lunghezza tale da provocare un'area di risonanza a circa
3000 Hz.
Di conseguenza il livello sonoro percepito non
corrisponde all'ampiezza fisica.
La figura seguente mostra le cosiddette
curve isofoniche
(elaborate da Fletcher e Munson e note anche con il nome dei due
ricercatori) che mappano la sensazione di livello sonoro effettivamente
percepito rispetto ai dB per le varie frequenze.
Si leggono nel modo seguente: supponiamo di volere un suono a 1000 Hz
con livello sonoro
percepito di 60 dB. Per sapere quale
ampiezza
fisica dovremo dare a questo suono perché venga
effettivamente percepito a 60 dB
- cerchiamo sull'asse orizzontale (in basso) i 1000 Hz (indicati
con 1k; k = kilo = 1000)
- andiamo verso l'alto fino a incontrare la linea etichettata con 60
- da qui andiamo verso sinistra fino a incontrare l'asse verticale
e leggiamo l'ampiezza in dB.
Eseguendo questo procedimento risulta che, per generare un suono a 1000
Hz con livello sonoro percepito di 60 dB, il suddetto suono dovrà avere
una ampiezza fisica di 60 dB.
Tutta questa fatica per avere un valore uguale? Sì, perché le curve
isofoniche sono tarate proprio sui 1000 Hz.
Ma adesso facciamo la stessa cosa per una frequenza a 100 Hz. Risulta
che, per generare un suono a 100 Hz con livello sonoro percepito di 60
dB, il suddetto suono dovrà avere una ampiezza fisica di circa 70 dB.
Attenzione, considerando che una differenza di 6 dB equivale al doppio,
questo vuol dire
più del doppio, quasi 3 volte tanto.
La differenza, in effetti, è drammatica e aumenta andando ancora più in
basso. Se scendiamo a 50 Hz, per percepire i nostri fatidici 60 dB,
dovremo andare a circa 85 dB che significa circa 4 volte il doppio,
cioè 16 volte. Ciò significa che, per sentire avere la sensazione di
1000 Hz e 50 Hz a pari volume (60 dB), la seconda dovrà avere una
ampiezza pari a 16 volte la prima.
Ecco
una tabella che mostra la differenza dell'ampiezza percepita per suoni
a varie frequenze, rispetto a uno di 1000 Hz. Essa mostra, per esempio,
che un suono di 100 Hz che ha la stessa ampiezza fisica di uno di 1000
Hz verrà in realtà percepito come se avesse una ampiezza inferiore di
ben 19.1 dB e così via.
10Hz |
12,5Hz |
16Hz |
20Hz |
25Hz |
31,5Hz |
40Hz |
50Hz |
-70,4dB |
-63,4dB |
-56,7dB |
-50,5dB |
-44,7dB |
-39,4dB |
-34,6dB |
-30,2dB |
|
63Hz |
80Hz |
100Hz |
125Hz |
160Hz |
200Hz |
250Hz |
315Hz |
-26,2dB |
-22,5dB |
-19,1dB |
-16,1dB |
-13,4dB |
-10,9dB |
-8,6dB |
-6,6dB |
|
400Hz |
500Hz |
630Hz |
800Hz |
1kHz |
1,25kHz |
1,6kHz |
2kHz |
-4,8dB |
-3,2dB |
-1,9dB |
-0,8dB |
0dB |
+0,6dB |
+1,0dB |
+1,2dB |
|
2,5kHz |
3,15kHz |
4kHz |
5kHz |
6,3kHz |
8kHz |
10kHz |
12,5kHz |
+1,3dB |
+1,2dB |
+1,0dB |
+0,5dB |
-0,1dB |
-1,1dB |
-2,5dB |
-4,3dB |
|
16kHz |
20kHz |
-6,6dB |
-9,3dB |
Facendo musica si nota che i suoni bassi si sentono un po' meno, ma non
sembra che la differenza sia così grande. Questo dipende dal fatto che
gli strumenti sono pieni di meccanismi di compensazione, sia nella
regolazione della sensibilità dei tasti del piano, che nella grandezza
delle casse acustiche.
Adesso ascoltate