Storia dell’intensimetria acustica ed evoluzione delle tecniche p-v e p-p

Domenico Stanzial

Sezione di ricerca di Ferrara c/o Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra

Polo Scientifico e Tecnologico dell’Università di Ferrara

Vignola , 27/6/2013

Istituto di Acustica e Sensoristica “O.M. Corbino”

2 Domenico Stanzial

Intensità del suono e intensimetria

Vignola, 27/6/2013

• Il termine «intensità» viene usato in acustica per indicare la grandezza vettoriale che descrive la potenza netta per unità di area trasportata dal suono lungo la propria direzione di propagazione.

• La sua misura di solito espressa in unità di Watt al metro quadrato indica la lunghezza del vettore intensità nella forma 3-D o 2-D o come singola componente del vettore.

3 Domenico Stanzial

Cronologia dell’intensimetria: dalla nascita dell’acustica moderna alle sonde p-p

Vignola, 27/6/2013

Microfono a carbone di Berliner-Edison Invenzione del triodo Invenzione del microfono a condensatore

4 Domenico Stanzial

Dal pionierismo di Olson, ai giorni della perplessità, agli ‘Early Days’

Vignola, 27/6/2013

«Unfortunately (or fortunately, perhaps)

we seldom measure sound intensity»

Anni ’70 DSP

Technology

Schultz 1975: «I suspect that each man … making measurements with his new

wattmeter … just kept quiet because of the inespicable results»

1 21 p pu dtr

5 Domenico Stanzial

Dagli ‘Early Days’ all’intensimetria p-p industriale e alla relativa normativa tecnica

Vignola, 27/6/2013

in tempo reale segnali continui ed impulsivi in bande di ottava e terzi di ottava. Ciò ha favorito lo sviluppo dell’intensimetria p-p segnando tuttavia il momentaneo arresto dello sviluppo delle tecnologie p-v.

Nel 1982 è stato commercializzato dalla B&K il primo Sistema di Analisi Intensimetrica modello 3360 in grado di analizzare

6 Domenico Stanzial

Il rincorrersi delle sonde intensimetriche p-p e p-v dalla nascita agli sviluppi commerciali

Vignola, 27/6/2013

Sonda P-V Sonda P-P Sonda P-P Sonda P-V

7 Domenico Stanzial

Errori sistematici inerenti alle sonde p-p dovuti all’approssimazione di grad(p)

Vignola, 27/6/2013

1. Limitazione alle alte frequenze (l’errore aumenta man mano che la lunghezza d’onda del suono è diventa uguale o più piccola dello spacer)

2. Limitazione alle basse frequenze (più la lunghezza d’onda diventa lunga il phase mismatch tra i due microfoni di pressione diventa critico e determina la grandezza dell’errore)

3. Errore di prossimità (dovuto alla ‘reattività’ della sorgente: non permette di avvicinarsi troppo alla superficie vibrante)

4. Variabilità spaziale del campo d’intensità (valori di intensità diversi in p1 e p2)

p1

p2

8 Domenico Stanzial

Applicazione standard: misura della potenza sonora di sorgenti e necessità della normativa p-p

Vignola, 27/6/2013

L’applicazione più utile e interessante dell’intensimetria è la misura della potenza acustica di sorgenti complesse. Il metodo è basato sulla forma integrale del

teorema della divergenza per campi vettoriali (teorema di Gauss) che in questo caso

esprime la legge di conserva-zione dell’energia acustica. La sua

applicabilità pratica dipende in modo essenziale dalla tecnica di

misura adottata per misurare l’intensità. Se quindi si usa la tecnica intensimetrica p-p la misura della potenza deve

seguire una ben precisa procedura standardizzata al fine di limitare gli errori sistematici

inerenti a questa tecnica.

Diagramma di flusso per la verifica degli indicatori di

campo previsti dalla Norma ISO 9614

Modello applicativo per la misura della potenza sonora basato sul

Teorema di Gauss

9 Domenico Stanzial

Impatto della Sensoristica MEMS sull’intensimetria: il ritorno delle sonde p-v

Vignola, 27/6/2013

(MEMS = Micro Electro-Mechanical Systems)

pressione

velocità

x

y

10 Domenico Stanzial

Il prototipo di velocimetro acustico realizzato da CNR-IEIIT per il progetto SIHT

Vignola, 27/6/2013

Design kit: BCD6s STMicroelectronics

4 mm

11 Domenico Stanzial

Il futuro dietro l’angolo: integrazione della Sensoristica acustica MEMS con la tecnologia CMOS

Vignola, 27/6/2013

Nel 2008 sono stati prodotti nel mondo più di 2 miliardi di sensori di pressione (microfoni) MEMS. Tali sensori possono essere integrati sullo stesso chip con circuiti CMOS in grado di digitalizzare il loro output e inviarlo ad opportune interfacce digitali. Ciò rende di fatto possibile l’evoluzione MEMS anche delle tecniche intensimetriche di tipo P-P.

p

v

12 Domenico Stanzial Vignola, 27/6/2013

Comune di Sogliano al Rubicone