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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.
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v
12 Domenico Stanzial Vignola, 27/6/2013
Comune di Sogliano al Rubicone