APPLIED ACOUSTICS

Docenti: 
FARINA Angelo
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2021/2022
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA TECNICA AMBIENTALE (ING-IND/11)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Anno di corso: 
2

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'esecuzione di semplici calcoli eseguiti a mano o con Excel, ed alla soluzione di problemi pratici. Gli studenti 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 studenti vengono progressivamente addestrati a giudicare i risultati delle elaborazioni mediante test di ascolto. L'acustica è una materia percettiva, e l'unico modo corretto di valutare i risultati è mediante la valutazione soggettiva con test di ascolto, non mediante una asettica valutazione numerica.
Capacità comunicative: sebbene oggetto del corso non siano le tecniche oratorie o di esecuzione musicale usate da attori e musicisti, tuttavia una parte significativa del corso si occupa della comunicazione fra artista e pubblico. In tale parte, lo studente impara alcuni trucchi e tecniche usate da attori e musicisti per migliorare la comunicazione in ambienti acusticamente problematici. Ma soprattutto lo studente impara ad analizzare e correggere le problematiche acustiche (riverbero, 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.

Stante la sua natura multidisciplinare, 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). 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.

Programma esteso

Acustica Fisica:
Definizione delle grandezze, meccanismo di propagazione di perturbazioni meccaniche in un mezzo elastico. Pressione sonora e velocità delle particelle. Velocità dell’onda sonora.
Equazione delle onde.
Intensità acustica e densità dell’energia. Campi sonori propaganti e stazionari.

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.
Fenomeni di mascheramento nel tempo e nella frequenza.
Algoritmi di compressione audio basati su principi psicoacustici.

Propagazione del suono:
Onde piane, onde sferiche, onde stazionarie. Fenomeni di riflessione ed assorbimento.
Propagazione del suono in ambiente esterno.
Acustica architettonica: campo riverberante, qualità del suono nelle sale da concerto e teatri d'opera, e parametri acustici a norma ISO 3382. Metodi avanzati per la misurazione risposta all'impulso.

Digital Signal Processing applicate all'audio e acustica:
Fondamenti di analisi spettrale e trasformata di Fourier.
Campionamento dei segnali.
La DFT e l’algoritmo FFT. Convoluzione.
FIR e IIR, calcolo numerico di filtri inversi.
Controllo attivo del rumore.
Auralizzazione.
Acustica virtuale e audio 3D.

Elettroacustica:
Trasduttori (microfoni, altoparlanti).
Dispositivi per il processamento analogico e digitale del segnale acustico: amplificatori, equalizzatori, riverberi, compressori, etc..
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.

Tecniche di simulazione numerica della propagazione del suono:
Fondamenti del metodo agli elementi finiti, boundary element methods e ray tracing.

Bibliografia

I testi raccomandati per una prima introduzione alla materia sono:

P. Fausti: Acustica in Edilizia , Rockwool, Italy, Milan, 2005 (free download in PDF format)
In Italian

R. Spagnolo: Acustica: Fondamenti e applicazioni, UTET Università, 2015, ISBN: 9788860084460

T. D. Rossing (ed.): Springer Handbook of Acoustics, Springer Science+Business Media, New York, 2014
https://www.springer.com/it/book/9781493907540
ISBN 978-1-4939-0754-0

L.E. Kinsler, A.R. Frey, A.B. Coppens, and J.V. Sanders: Fundamentals of Acoustics, Wiley & Sons, 2000

F. Fahy: Foundations of Engineering Acoustics, Academic Press, 2000,
ISBN: 9780122476655

Metodi didattici

Il corso consta di un combinazione di lezioni frontali e workshop/laboratori. La teoria alla base dei concetti trattati in questo corso verrà spiegata durante le lezioni frontali. Dimostrazioni pratiche o con l’ausilio di computer verranno spesso utilizzate durante le lezioni come metodo per mostrare gli aspetti pratici di questa disciplina.
Verranno tenuti anche laboratori e workshop pratici, col supporto di computer o sistemi di misura, in modo che gli studenti acquisiscano esperienza con simulazioni numeriche e signal processing e coi metodi di misura.
Verranno fatti test in classe come verifica formativa e sommativa dell’apprendimento, al fine di monitorare i progressi degli studenti.

Modalità verifica apprendimento

La verifica dell’apprendimento consta di due distinte prove:
1) un esame scritto, costituito da un certo numero di esercizi. 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.

Altre informazioni

HTTP://pcfarina.eng.unipr.it/Acoustics-2021.htm