Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere: Per gli studenti di tutte le branche di Ingegneria questo e' un corso chiave, praticamente costituisce l'unica occasione di vedere (o meglio, sentire) applicate le tecniche imparate in corsi precedenti, in cui vengono impartiti i fondamenti puramente teorici delle moderne metodiche matematiche avanzate. Quando i "numeri" si trasformano in suoni, procedimenti matematici astrusi e di difficile assimilazione divengono rapidamente immediati e chiarissimi, e le possibilita' offerte dai sistemi di "editing" sonoro su PC, utilizzate ampiamente nel corso sia in fase di didattica frontale, sia durante le esercitazioni di laboratorio, rendono possibile ascoltare immediatamente (solitamente in tempo reale) gli "effetti" di filtri o altri dispositivi (compressori, gate, convolutori, denoising, etc.).
Competenze: il corso è di tipo applicativo, non teorico. Viene data grande enfasi alle misure strumentali, ed all'esecuzioen dis emplici calcoli esgeuiti a mano o con Excel, ed ala soluzione di problemi pratici. Gli tsudneti imparano ad usare la scala dei dB ed a "pensare in decibel" per l'esecuzione dei calcoli più semplici "a mente".
Autonomia di giudizio: gli tsudneti vengono èprogerssivamente addestrati a giudicare i risultati delle elabroazioni medinate test di ascolto. L'acustica è una materia percettiva, e l'unico modo corretto di alutare i risultati è mediante la valutazioen soggettiva con test di ascolto, non mediante una asettica valutazione numerica.
Capacità comunicative: sebbene oggetto del corso non siano le etcniche oratorie o di esecuzione musicale sate da attori e musicisti, tuttavia una parte significativa del corso si occupa della comunicazione fra asrtista e pubblico. In tale parte, lo studnete impara alcuni trucchi e tecniche usate da attori e musicisti per migliorare la comunicazione in ambienti acusticamente probelmatici. Ma soprattutt lo stduente impara ad analizzare e correggere le problematiche acustiche (riverber, rumore di fondo, etc.) che ostacolano la comunicazione verbale e musicale.
Prerequisiti
Nessuno
Contenuti dell'insegnamento
Il corso di Acustica Applicata e' un corso introduttivo ad un settore scientifico e tecnologico in rapidissimo sviluppo, che offre grandi potenzialità occupazionali, e che coinvolge aree disciplinari apparentemente molto diverse: architettura, ingegneria strutturale, fisiologia, psicologia, statistica, fisica, elettronica, meccanica delle vibrazioni, fluidodinamica, elaborazione numerica del segnale, telecomunicazioni, elettronica, misure, igiene del lavoro, musica, musicologia, realtà virtuale.
Ovviamente in un corso di 6 CFU si riesce a fornire solo la base metodologica della materia, che deve essere poi approfondita in ulteriori corsi, quali i Corsi per Tecnici Competenti in Acustica Ambientale, oppure Master Universitari disponibili presso alcune Università italiane o straniere (ad esempio Perugia, Napoli, Firenze, Roma), o addirittura a corsi di laurea appositi (questi solitamente all'estero, ma in Italia va segnalato il Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria e Design del Suono del Politecnico di Milano, con didattica completamente in lingua inglese, erogato presso il Polo di Como).
Stante la sua natura multidisciplinare e trasversale, il Corso di Acustica Applicata e' frequentato da studenti di vari corsi di laurea (praticamente tutte le branche di Ingegneria, ma partecipano anche alcuni allievi di Architettura, e si avvalgono di questo corso anche gli allievi del corso di laurea in Tecniche della Prevenzione nell’ambiente e nei luoghi di lavoro della Facoltà di Medicina e Chirurgia, per i quali e' obbligatoria la frequenza solo alla prima parte del corso, con esclusione della parte finale dedicata alle applicazioni elettroacustiche e musicali).
Programma esteso
Acustica Fisica: definizione delle grandezze, meccanismo di propagazione di perturbazioni meccaniche in un mezzo elastico: pressione sonora, velocita' delle particelle, velocita' dell’onda sonora. Equazione delle onde acustiche.
Acustica Energetica: la propagazione del suono vista come trasporto di energia. Definizione di Intensita' Acustica e Densita' dell’Energia. Energia attiva e reattiva, campi sonori propaganti e stazionari. La velocita' dell’energia acustica ed il rapporto (o indice) di reattivita'.
Psicoacustica: meccanismi fisiologici e psicologici della percezione del suono da parte dell'uomo. La scala logaritmica dei decibel (dB), operazioni elementari su grandezze espresse in dB. Curve di ponderazione in frequenza, tecniche di valutazione della sonorita' (loudness), analisi in frequenza a banda costante, a banda percentuale (ottave, etc.), in bande critiche (bark). Fenomeni di mascheramento nel tempo e nella frequenza. Utilizzo della psicoacustica per la codifica "lossy" e "lossless" del segnale audio con elevata riduzione del "bitrate" necessario (MP3, WMA, AAC, FLAC, OGG, etc.).
Propagazione del suono: onde piane, onde sferiche, onde stazionarie. Fenomeni di riflessione ed assorbimento. Riflessione speculare e diffusa. Definizione del coeff. di assorbimento acustico e del coeff. di scattering. Tecniche di misura del coeff. di assorbimento e del coeff. di scattering.
Propagazione in ambiente esterno: assorbimento del terreno, effetti del gradiente di temperatura e del vento, assorbimento dell’aria, schermatura da parte di ostacoli. Le relazioni di Maekawa e di Kurze-Anderson per il dimensionamento delle schermature antirumore.
Propagazione in ambiente chiuso: il fenomeno delle riflessioni multiple, campo riverberante in regime stazionario. Formula del campo riverberante e del campo semi-riverberante. Fenomeni transitori all’accensione e allo spegnimento di una sorgente sonora: la coda sonora, la risposta all’impulso di un ambiente, l’integrazione all’indietro di Schroeder. Definizione del tempo di riverberazione e delle altre grandezze acustiche relative ai transitori temporali. Formule di Sabine per la stima del tempo di riverberazione. Il coeff. di assorbimento acustico apparente, e sua misurazione mediante prove in camera riverberante.
Propagazione attraverso le strutture edilizie: isolamento dei divisori, dei serramenti, isolamento del rumore di calpestio. Tecniche di misura e legislazione italiana.
Elettroacustica: trasduttori (microfoni, altoparlanti). Dispositivi per il processamento analogico e digitale del segnale acustico: amplificatori, equalizzatori, riverberi, compressori, etc.. Applicazioni in campo audio/elettronica, in campo di sistemi di telecomunicazioni e di broadcasting, all’industria discografica e dello spettacolo, all’industria automotive, aereonautica e navale.
Tecniche di simulazione numerica della propagazione del suono: modelli agli elementi finiti, boundary elements, ray tracing, beam tracing. Utilizzo di programmi di simulazione, con esercitazione pratica in laboratorio.
Strumentazione ed apparecchiature per misure acustiche: fonometro, analizzatore di spettro, sistema di misura delle risposte all’impulso. Strumentazione virtuale su PC, software per misure acustiche, con esercitazioni pratiche in laboratorio.
Elaborazione numerica del segnale acustico: dalla teoria generale ad applicazioni pratiche su PC. L’auralizzazione, la realta' virtuale acustica. Cenni alle moderne applicazioni nel campo dell’industria dello spettacolo e discografica, e a futuri utilizzi in tempo reale per applicazioni “live”. I “plugins” per la generazione numerica di effetti acustici; filtri FIR ed IIR, convoluzione veloce, calcolo di filtri numerici inversi, cancellazione attiva del suono.
Esercitazioni pratiche in laboratorio: misura delle risposta all'impulso e degli altri principali parametri acustici, simulazione numerica del campo sonoro facendo impiego di un programma di calcolo.
Bibliografia
Il testo raccomandato per una prima introduzione alla materia e':
P. Fausti: Acustica in Edilizia, Rockwool Italia, Milano (2005) - scaricabile gratuitamente in formato PDF, inoltre si puo' fare richiesta alla Rockwool di una copia cartacea, anch'essa gratuita. Grazie Rockwool!
I testi CONSIGLIATI (non obbligatori) per la preparazione approfondita dell'esame sono:
R.Spagnolo (a cura di): Manuale di acustica applicata - Citta' Studi Editore, Milano (2001/2007).
S. Cingolani, R. Spagnolo (a cura di): Acustica Musicale ed Architettonica, Citta' Studi Editore, Milano (2004/2007)
Thomas D. Rossing (ed.): Springer Handbook of Acoustics, Springer Science+Business Media, New York (2007)
Dispense "on line"
Il materiale didattico relativo al corso utilizzato durante le lezioni e' disponibile nella area "Public" di questo sito web:
http://pcfarina.eng.unipr.it/Acoustics-2014-Lessons.htm - Si consiglia di scaricare soprattutto le slides Powerpoint ed i fogli Excel contenenti gli esercizi svolti in aula.
Metodi didattici
La parte “teorica” delle lezioni viene somministrata mediante strumenti informatici, evitando la “didattica frontale” in aula. Quindi il docente mette a disposizione sul sito web una serie di supporti (slides, dispense, filmati di lezioni), indicando volta per volta agli studenti a quali di essi accedere prima di ciascuna “lezione” in aula.
Durante tali lezioni, l’attività in classe sarà di tipo “workshop”, con soluzione di problemi e effettuazione di dimensionamenti progettuali, in parte svolte da docente come “esempio”, e poi replicate dagli studenti.
Tale tipo di attività include anche un momento di verifica sistematica dei progressi raggiunti man mano, con conseguente costruzione di un profilo di valutazione individuale per ciascuno studente, e dunque con la possibilità di instaurare ausili e supporti per chi sta restando indietro.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento consta di due distinte prove:
1) un esame scritto, costituito da un certo numero di esercizi da risolvere in forma numerica. E' consentito l'uso di calcolatrice tascabile, appunti, dispense,tabelle e grafici. Alcuni studenti possono essere esentati dalla prova scritta, sulla base dei risultati conseguiti durante i test in classe.
2) Esame orale, che verte principalmente su argomenti teorici, ed a cui si accede solo dopo aver superato la prova scritta. Anche in questo caso alcuni studenti ne possono venire esentati, sulla base dei risultati dei test in classe.
Altre informazioni
http://pcfarina.eng.unipr.it/Acoustics-2014.htm
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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