Rumore virtuale (da RCI anno XXVI n. 7)

Rumore virtuale
Andrea Cerniglia
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(Estratto da RCI, anno XXVI N. 7, luglio 1999, Tecniche Nuove)
Una semplice descrizione del processo di auralizzazione, ossia di quanto viene
offerto da alcuni sistemi di simulazione sonora, capaci di fare ascoltare
preventivamente come il suono emesso da una particolare sorgente, verrà percepito
all’interno di un determinato ambiente.
Una accurata progettazione della climatizzazione di un ambiente destinato alla
permanenza di persone deve tenere conto, oltre ovviamente ai criteri di diffusione
dell’aria, anche dell’influenza acustica che i diffusori possono avere sull’ambiente
stesso. La silenziosità di una installazione diventa poi un aspetto di primaria
importanza per quegli ambienti che, per loro destinazione d’uso, necessitano di un
livello di rumorosità di fondo particolarmente basso; rientrano in questa tipologia di
situazione locali quali studi televisivi, teatri, sale conferenza, musei. Al fine di aiutare
il progettista nel proprio lavoro, l’odierna tecnologia mette a disposizione, oltre ai
programmi previsionali acustici mirati allo studio del campo sonoro all’interno di un
ambiente, dovuto alle sorgenti in esso presenti, anche altri programmi che possono
essere di aiuto nell’ottimizzazione di una installazione sotto il profilo acustico. In
questo articolo viene descritta una famiglia di software finalizzati ad una particolare
tipologia di simulazione acustica, i quali possono essere utilizzati sia in modo
autonomo, sia come complemento ai citati programmi previsionali. L’operazione
eseguita dai software in esame, e nota con il nome di auralizzazione, consiste nella
‘associazione’ di un suono registrato in determinate condizioni, con le caratteristiche
acustiche di un ambiente, allo scopo di ascoltare come il suono emesso dalla sorgente
sonora, allocata virtualmente in un punto dell’ambiente, si presenterebbe all’orecchio
di un ascoltatore, anch’esso posto in una determinata posizione. In altre parole è
possibile ascoltare il suono dovuto ad una sorgente installata in un locale, prima di
eseguire fisicamente l’installazione. Per procedere a questo tipo di simulazione è
quindi necessario disporre sia della registrazione del suono da auralizzare, sia di una
particolare caratteristica acustica dell’ambiente nel quale posizionare virtualmente la
sorgente considerata; questa caratteristica può essere ricavata direttamente per mezzo
di apposita strumentazione, oppure può venire simulata facendo ricorso ad alcuni
programmi previsionali acustici. Tra i vantaggi offerti da questa tecnica vi è quindi la
possibilità di valutare preventivamente, ed in modo acustico, l’eventuale disturbo
arrecato da una particolare installazione al variare della posizione di quest’ultima, o
al variare dei possibili interventi finalizzati al miglioramento del clima sonoro; oggi è
in pratica possibile, oltre alla simulazione numerica operata dai classici programmi di
previsione sonora e relativa alla distribuzione del rumore in un ambiente (o al calcolo
di altri parametri quali ad esempio il tempo di riverbero o lo Speech Trasmission
Index), procedere, per mezzo dei programmi di auralizzazione, anche ad una
simulazione acustica nel senso stretto del termine, assoggettabile quindi ad un
giudizio da parte di un campione di ascoltatori. Procedendo con ordine nella
descrizione del processo, definiamo innanzitutto le caratteristiche che il suono
registrato deve avere per potere essere impiegato ai fini dell’auralizzazione. E’ ovvio
che, ai fini della simulazione, il suono registrato non deve essere affetto
dall’influenza di alcun ambiente, diversamente si otterebbe una simulazione acustica
dovuta ad una doppia ambientazione, quella nel locale di registrazione, sovrapposta a
quella nel locale oggetto di studio; per ottenere ciò è quindi necessario che la
registrazione del suono avvenga in camera anecoica o comunque in condizioni di
campo libero ( e ovviamente in assenza di altri suoni indesiderati). La registrazione
del suono da auralizzare deve essere eseguita per mezzo di opportuni trasduttori e con
un sistema di registrazione di elevate prestazioni, tale da non alterare il fenomeno
originale. Poiché la registrazione sonora dovrà poi essere trasferita all’interno del
computer, per essere quindi processata dal software, è ovvio che anche la scheda
audio in dotazione al calcolatore, deve possedere caratteristiche adeguate allo scopo.
La seconda informazione necessaria prima di potere procedere alla simulazione, è la
risposta all’impulso, ossia un dato caratteristico del locale in esame, relativo ai due
punti prescelti ( quello di emissione e quello di ascolto), che è legato alle
correlazioni acustiche esistenti tra i due punti; evitando in questa sede una
descrizione matematica
della risposta all’impulso, possiamo immaginare
quest’ultima come un dato che indica il modo in cui un ipotetico impulso applicato
nel punto di emissione, verrebbe percepito nel punto di ricezione. In realtà la risposta
all’impulso è una funzione matematica che, come già detto in precedenza, può essere
ricavata sia a partire da rilievi sperimentali, sia, in alcuni casi, per mezzo delle
simulazioni effettuate dai già citati classici programmi previsionali acustici. Nel
primo caso è quindi necessario eseguire apposite misurazioni nell’ambiente per
mezzo di adeguata strumentazione; nel secondo caso è possibile, se previsto dal
software impiegato, utilizzare il modello matematico dell’ambiente, realizzato a
calcolatore, per ottenere l’informazione cercata. Per meglio chiarire il significato
della risposta all’impulso, la figura 1 mostra due funzioni di questo tipo, la prima
relativa ad un ambiente acusticamente poco assorbente, la seconda relativa invece
allo stesso ambiente trattato con materiali fonoassorbenti.
Figura 1 : Risposte all’impulso di un ambiente prima e dopo di un particolare
trattamento acustico. L’asse orizzontale rappresenta il tempo. La curva superiore
mostra uno smorzamento minore rispetto alla curva inferiore. (Software di
simulazione ‘Ramsete’ e software di conversione e auralizzazione ‘Aurora’)
Dall’immagine è possibile verificare come nell’ambiente acusticamente poco
assorbente, la curva tende smorzarsi in un tempo lungo, mentre nel caso di ambiente
con maggiore assorbimento, la risposta all’impulso ha un andamento più smorzato. Il
processo matematico che consente di ‘combinare’ la risposta all’impulso con il suono
da auralizzare, è noto con il nome di convoluzione. Anche qui, evitando la
descrizione matematica della convoluzione, possiamo immaginare quest’ultima come
una sorta di sommatoria di quanto ottenuto combinando opportunamente ogni singolo
campione costituente il segnale acustico anecoico, con la risposta all’impulso
considerata. La figura 2 mostra la rappresentazione, in funzione del tempo, della frase
‘rumore virtuale’, registrata in condizioni di campo libero; la figura 3 rappresenta
invece le convoluzioni del suono di figura 2, con le risposte all’impulso
precedentemente mostrate.
Figura 2: Rappresentazione, in funzione del tempo, delle parole ‘rumore virtuale’
registrate in assenza di effetti ambientali.
Figura 3: Convoluzione del suono di figura 2 con le risposte all’impulso di figura 1
eseguita con il software ‘Aurora’ (le scale dei tempi di figura 1, 2 e 3 sono differenti)
Dall’immagine è possibile vedere come per la situazione relativa all’ambiente
maggiormente riverberante, la simulazione da luogo ad un segnale in cui le varie parti
che costituiscono la frase, sono meno distinte a causa del riverbero dovuto
all’ambiente (in alto), rispetto invece a quanto ottenuto per la situazione relativa
all’ambiente con migliori caratteristiche di assorbimento acustico (in basso). I due
segnali così ottenuti dal processo di convoluzione, se ascoltati in opportune
condizioni, rappresentano la simulazione acustica cercata, nelle due diverse situazioni
dell’ambiente (nel caso specifico relativa alla frase ‘rumore virtuale’). E’ certamente
molto difficile descrivere con grafici e parole qualcosa che, nella sua essenza, è
legato ad una complessa percezione quale l’udito. Tentando comunque una
descrizione dei tre suoni rappresentati (quello anecoico ed i due relativi alle
simulazioni), è possibile descrivere il primo come un suono ‘asciutto’, privo di effetti
ambientali; gli altri due si presentano invece all’ascolto, accompagnati da un effetto
di ‘ambienza’, molto più marcato per la situazione relativa al locale non trattato
acusticamente. La figura 4 mostra schematicamente le varie fasi del processo di
auralizzazione descritto, dalla registrazione anecoica del rumore emesso dalla
sorgente, fino al riascolto del rumore ambientato dal software.
Figura 4: Le diverse fasi del processo di auralizzazione L’ambiente nel quale
simulare l’installazione della sorgente può essere caratterizzato sia per mezzo di una
misurazione, sia ricorrendo ad un programma di previsione acustica capace di
calcolare la risposta all’impulso tra i due punti di interesse.
I sistemi per l’auralizzazione hanno fino ad oggi trovato il loro principale campo di
utilizzo nella simulazione di situazioni relative all’acustica musicale o alla
trasmissione del parlato; questi sistemi, opportunamente utilizzati, possono però
fornire utili indicazioni anche nella progettazione della climatizzazione di un
ambiente consentendo una valutazione acustica del rumore in funzione dei diversi tipi
di diffusori, delle diverse posizioni possibili di questi ultimi, e considerando
eventualmente un intervento di correzione acustica dell’ambiente stesso.
BIBLIOGRAFIA
• A. Farina, Aurora listens to trace of pyramid power, Noise & Vibration worldwide, June 1995
• A. Farina, P. Galaverna, M. Giabbani - "Il processo di auralizzazione" - Atti del Convegno
"L'acustica dei teatri storici: un bene culturale" - Ferrara, 4 novembre 1998
• A. Cerniglia, ‘Simulazione acustica in ambiente’, RCI anno XXV n. 9, Tecniche Nuove
• A. Farina, Internet Aurora Home Page, http://pcfarina.eng.unipr.it/Aurora
• Spectra technical internet home page, http://www.spectra.it/docum.htm