Che cos'è l'A-weighting?

L'A-weighting è un metodo comune di ponderazione in frequenza applicato ai suoni registrati per farli corrispondere al livello percepito dall'orecchio umano. I suoni emessi contengono un'ampia gamma di frequenze e ciò che viene captato da un microfono è diverso da ciò che percepisce l'orecchio umano. Teoricamente l'udito umano può percepire frequenze tra 20 e 20.000 Hz ed è particolarmente sensibile alle frequenze tra 250 e 5.000 Hz, mentre è meno sensibile alle frequenze molto basse o molto alte.

Applicando una specifica ponderazione a ciascuna frequenza del suono, il livello risultante riflette meglio la reale percezione della sua intensità. Esistono diversi tipi di ponderazione definiti dalla norma internazionale IEC 61672:2003, a seconda del livello sonoro e dell'applicazione, ma l'A-weighting è la più utilizzata. L'A-weighting è essenzialmente un filtro di frequenza applicato all'intervallo udibile e consente misurazioni del livello sonoro in dB(A).

Il livello di pressione sonora (SPL) viene tradizionalmente misurato in decibel (dB). Questo valore rappresenta la pressione esercitata da un'onda sonora sull'aria. Gli strumenti di misurazione del suono registrano un valore in dB(SPL) per tutte le frequenze. L'A-Weighting riflette l'impatto relativo di ciascuna frequenza sulla percezione uditiva umana. Dal momento in cui l'onda sonora entra nell'orecchio fino alla sua interpretazione da parte del cervello, il sistema uditivo agisce come un filtro naturale che enfatizza alcune frequenze e ne attenua altre.

Applicazioni comuni dell'A-Weighting

Sebbene esistano diversi sistemi di ponderazione in frequenza, l'A-Weighting è diventata lo standard più utilizzato per valutare i danni all'udito e gli effetti del rumore sulla salute, oltre che per misurare vari tipi di inquinamento acustico (industriale o ambientale).

Tra le aree di applicazione delle misure A-weighted troviamo:

• Rumore di motori elettrici e pompe nel settore energetico
• Rumore, vibrazioni e comfort acustico (NVH) nei veicoli del settore automotive e trasporti
• Rumore di droni, aerei ed elicotteri nei settori aerospaziale e difesa
• Livelli di rumore nelle linee di produzione
• Rumore nei cantieri edili
• Rumore interno negli edifici
• Rumore di prodotti di consumo, come ventilatori ed elettrodomestici (es. frigoriferi)
• Inquinamento acustico ambientale per persone e fauna (es. vicino ad aeroporti e ferrovie)
• Rumore a basso livello nelle apparecchiature audio

Differenze tra dB e dB(A)

Rispetto alle misurazioni non ponderate in dB, le misure in dB(A) rappresentano meglio ciò che l'orecchio umano percepisce realmente. Questo significa che due suoni possono avere lo stesso valore in dB, ma valori diversi in dB(A). Per garantire la soddisfazione del cliente nello sviluppo prodotto o nella progettazione di sistemi, si utilizza il valore A-weighted perché rappresenta meglio il comfort acustico umano. La scala dB(A) è ampiamente utilizzata nei reparti R&D per specifiche interne e normative nei diversi settori industriali. Ad esempio, nell'Unione Europea tutti i veicoli devono ottenere una certificazione che dimostri che il rumore di passaggio non superi determinati livelli acustici in condizioni operative specifiche e posizioni dei microfoni (a seconda del tipo di veicolo). Questi valori di certificazione sono spesso espressi in dB(A).

L'A-Weighting esiste da quasi un secolo e risale alle ricerche fondamentali di Harvey Fletcher e Wilden Munson del 1933 sulla percezione del volume sonoro. La curva di A-weighting fu completamente definita nel 1936, quando le curve di uguale sensazione sonora di Fletcher-Munson (equal-loudness contours) furono pubblicate come standard dell'American National Standards Institute (ANSI). Nel tempo, queste curve sono state aggiornate e formalizzate nello standard ISO 226, con l'ultima revisione nel 2003: ISO 226:2003. La norma IEC 61672:2003 definisce oggi tutte le curve utilizzate nei fonometri, che forniscono misurazioni ponderate dalla scala A fino alla scala C (dB(C)).

Le curve di uguale sensazione sonora di Fletcher-Munson mostrano come l'orecchio umano percepisce il volume a diverse frequenze. Esse mappano la sensibilità dell'orecchio rispetto a vari livelli di un tono puro alla frequenza di riferimento di 1.000 Hz. L'A-weighting si basa sulla curva invertita di uguale sensazione sonora corrispondente a 40 phon, cioè la sensazione di un tono puro a 1.000 Hz percepito a 40 dB(SPL). Questo è equivalente a suoni moderatamente deboli. Ad esempio, un tono puro a 1.000 Hz a 40 dB(SPL) verrà percepito con la stessa intensità di un tono puro a 250 Hz a 50 dB(SPL) oppure a 8.000 Hz a 50 dB(SPL), poiché tutti hanno lo stesso livello di loudness pari a 40 phon e, dato che questo livello è la base della curva di riferimento dell'A-weighting, anche lo stesso valore in dB(A).

L'A-weighting si avvicinerebbe maggiormente alla curva invertita dei 40 phon se scendesse rapidamente sopra i 10 kHz, ma per molti anni filtri così ripidi sono stati difficili da realizzare. Oggi esistono filtri come la curva ITU-R 468 che enfatizzano le frequenze tra 1 e 9 kHz, ma sono raramente integrati nei fonometri più comuni, e i metodi standard di A-weighting sono rimasti invariati per anni.

L'A-weighting è diventata il metodo più utilizzato ed è presente nella maggior parte dei fonometri. Oltre all'A-weighting, anche la B-weighting è abbastanza utilizzata, mentre altre versioni, C-weighting, D-weighting, G-weighting e Z-weighting, sono meno comuni. La scelta dipende dall'applicazione e dal livello di intensità del suono. Se il suono è molto basso o molto alto, si utilizza una soluzione diversa che meglio rispecchia la sensibilità dell'orecchio umano. 

Di seguito una panoramica generale di come viene utilizzato ciascun metodo di pesatura in frequenza.

• A-weighting: utilizzata per il rumore quotidiano a livello moderato.
• B-weighting: Corrisponde alla curva di 70 phon, che rappresenta suoni moderatamente forti. Può essere usata per il rumore interno dei veicoli, il rumore sul posto di lavoro o il rumore urbano.
• C-weighting: corrisponde alla curva di 100 phon, che rappresenta suoni molto forti. È più piatta e viene utilizzata per misurare rumore a banda larga e suoni molto intensi, come quelli delle macchine da costruzione.
• D-weighting: usata in applicazioni specifiche come la misurazione del rumore degli aerei.
• G-weighting: utilizzata per l'infrasuono, non udibile dall'orecchio umano, ad esempio in ambito subacqueo, comunicazioni e Wi-Fi.
• Z-weighting: detta anche "zero weighting", è una risposta piatta senza alcun filtro.

La simulazione vibroacustica può essere utilizzata per simulare il rumore alla sorgente e a livello di sistema, per valutare l'impatto del suono sul comfort umano. La maggior parte delle simulazioni viene eseguita in dB(SPL) e poi filtrata successivamente per ottenere il valore in dB(A). Esempi di sorgenti sonore simulabili:

• Movimento di due parti o componenti che si muovono vicine tra loro, come i denti di un ingranaggio in un cambio, che genera un suono.
• Movimento di altri componenti che generano rumore.
• Suoni d'impatto (caduta o urto di oggetti).
• Flusso di fluidi in tubi, turbine, ventole o cavità.
• Rumore di motori elettrici
• Vibrazioni e pressione generata dai componenti.
• Propagazione del suono dalla sorgente fino all'orecchio o a un punto di ricezione.

Tutte queste sorgenti possono essere simulate con strumenti Ansys come Ansys Mechanical, Ansys Motion, Ansys Fluent e Ansys LS-DYNA, e poi analizzate nell'applicazione Ansys Sound per valutare l'applicazione dell'A-weighting in diversi settori industriali. L'uso della simulazione aiuta a sviluppare prodotti conformi alle normative acustiche e con livelli sonori non fastidiosi per l'utente o per chi si trova nelle vicinanze.

Se desideri approfondire come i metodi di simulazione possano essere utilizzati per progettare componenti e prodotti con livelli di rumore non dannosi per i clienti, contatta il nostro team tecnico.

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