ACUSTICA,
PSICOACUSTICA,
TECNOLOGIE
AUDIO e DINTORNI
di Guido Noselli (fax 030/3580431 - posta elettronica guidonoselli@outline.it)
L’argomento
di questo numero è ancora in qualche misura connesso
con quello già trattato nel numero precedente di questa rivista
e riguardante il decreto legge che
stabilisce i livelli sonori massimi ammissibili per luoghi di pubblico
intrattenimento o spettacolo al fine di salvaguardare l’udito dei
frequentatori.
La
mia scelta è in questo momento obbligata, da un lato, per le numerose richieste
di delucidazioni e d'approfondimento circa le mie affermazioni, in riferimento
alla corretta riproduzione della musica in generale e della sua dinamica in
particolare, rispetto alla scelta dei valori limite del livello sonoro ammessi
dal decreto; dall’altro perché, approfondendo una volta per tutte questo
aspetto, ho modo di anticipare uno degli argomenti dei quali in ogni caso avrei
trattato, essendo centrale rispetto alle problematiche connesse con la
riproduzione della musica in generale e soprattutto a livello professionale:
“La
dinamica (Headroom)
richiesta ai sistemi d'amplificazione professionale per la riproduzione
corretta della musica preregistrata.”
Come
menzionato nel titolo, sarà oggetto d'analisi in quest'articolo la sola musica
preregistrata, essendo lavoro statistico abbastanza agevole rispetto al ben più
arduo eventualmente occorrente, o forse addirittura impossibile, per la musica
cosiddetta "live”, a causa dei troppi fattori che influenzerebbero
pesantemente le misure.
Questo
ovviamente non toglie importanza ai risultati: anzi i valori di dinamica
evidenziati in questo tipo d'analisi, diversi per ogni genere musicale
preregistrato, sono direttamente paragonabili a quelli riferiti alla
”riproduzione live" degli stessi generi musicali.
Il
dato che conta in quest'analisi è appunto il differenziale, "Headroom",
tra il valore medio del livello sonoro "RMS"
ed il valore istantaneo "PEAK"
della pressione sonora, sia per quanto riguarda il livello che per la durata.
Una
volta individuato inequivocabilmente tali valori, per ogni genere musicale preso
in considerazione, si sarà venuti in possesso di un’informazione determinante
ai fini del dimensionamento di un sistema audio rispetto alla corretta
registrazione o riproduzione di un segnale musicale.
Nonostante
abbia definito agevole questo lavoro, in realtà esso è quanto di più
laborioso e faticoso si possa immaginare.
Consiste,
infatti, nel registrare ed analizzare con metodi ed apparecchiature sofisticate,
per una durata sufficiente, decine e decine, o centinaia, di brani musicali di
generi diversi; dalla musica "Classica" al "Jazz", dal
"Rock" al "Pop" dalla musica "House" alla musica
"Techno" ecc., alla ricerca di quei brani per ogni genere
significativi dal punto di vista della dinamica.
Occorre
quindi una gran quantità di tempo per ottenere dati statisticamente rilevanti e
quindi inoppugnabili.
Pur
avendo alle spalle innumerevoli misurazioni nel campo audio, non ho mai raccolto
e organizzato sistematicamente quelle riguardanti in particolar modo
l’argomento di queste pagine, perché mai sino ad oggi ho avuto la necessità
di fornire una descrizione tecnico-scientifica, con dati statistici rilevanti e
numerosi, di un fenomeno, ai miei occhi, da non indagare perché assolutamente
scontato.
Ho,
infatti, eseguito, in svariate occasioni, analisi e test similari su un piccolo
campione di brani musicali, non sufficientemente importante dal punto di vista
statistico, anche in occasione di un articolo apparso nello scorso numero di
questa rivista.
Non
potendo quindi usare tutta “farina del mio sacco” per il test più sopra
annunciato, fortunatamente sono potuto avvalermi di un lavoro eccellente, svolto
da altri per uno scopo diverso da quello che mi prefiggo di raggiungere in
queste pagine, ma, assolutamente pertinente nei contenuti.
Il
lavoro è descritto in un articolo, che suggerisco vivamente di leggere,
presentato da Julia A. McManus,
Chris Evans e Peter W. Mitchell
alla 95°convention dell’Audio Engineering Society tenutasi a New York
nell’ottobre 1993.
Questi
tecnici di chiara fama, allo scopo di raccogliere dati certi, da utilizzare per
la progettazione d'amplificatori audio più efficienti, e di definire un miglior
segnale di prova per valutare l’headroom dinamica musicalmente utile che un
amplificatore deve effettivamente essere in grado di sostenere, hanno misurato
ed analizzato circa 150 campioni di musica preregistrata, utilizzando un sistema
computerizzato d'acquisizione dati, costruito appositamente, capace di
memorizzare ed elaborare sino a 24'000 valori di dati al minuto, compresi quindi
i picchi in tempo reale, per un durata complessiva di ben 10 minuti per ogni
campione di musica.
Il
risultato delle misure è rappresentato, per ogni brano, in un grafico che
mostra il massimo livello del segnale musicale rispetto alla sua durata
temporale (da pochi millisecondi a circa un minuto).
Per
ogni brano registrato, e in tutta la sua lunghezza, è stato identificato il
massimo livello di picco, assumendo che la sua più breve durata fosse di 50
µsec (microsecondi),
come determinato dai 20'000 Hz
di banda passante attribuita al segnale musicale.
Poi
via via si è ricavato il livello massimo RMS per tutti i valori successivi di
durata presi in considerazione, da 5
msec (millisecondi),
durata minima significativa per fare una media dei livelli di picco più brevi,
sino a 50 sec,
durata già sufficiente a calcolare addirittura un valore Leq, con tempi
intermedi di 1 sec
o 10 sec:
valori, quindi, fortemente rappresentativi del livello medio RMS
proprio di ogni brano.
Il
primo valore che appare nei grafici, informano gli autori, è quindi il livello RMS
in 5 msec (millisecondi),
risultato inferiore da 3
a 10 dB,
a seconda dei brani, rispetto al più alto valore istantaneo di picco rilevato
in 50 µsec (microsecondi).
Lo
0 dB
di “reference” del grafico stesso è fissato al livello medio risultante
dopo 1 msec (millisecondo)
per interpolazione tra i due valori misurati, allo scopo di porre tutti i
grafici su una stessa base di confronto. Tutte le curve sono state poi
normalizzate, facendo corrispondere il livello dopo 1
msec (millisecondo)
allo 0
dB di
“reference” del grafico.
In
questo modo la differenza media di livello tra il valore misurato in 50
µsec (microsecondi) ed il valore in 1
msec (millisecondo) è circa 3
dB.
Queste ultime precisazioni, riguardo
le misure, potranno forse risultare tediose al lettore, ma in realtà, sono
inevitabili perché la validità di questo lavoro e quindi della funzione che
intendo attribuirgli in queste pagine, si basa proprio sulla fondatezza e
precisione dei dati rilevati.
Mentre mi sono dilungato sulle modalità tecniche delle misure, non lo
farò ulteriormente nel riportare qui tutti i grafici e l’elenco dei brani
analizzati. Rimando perciò allo studio originale chi volesse ulteriormente
documentarsi su questo.
Mi
limito soltanto a ricostruire, semplificandone la lettura, dati e grafici
riguardanti alcuni dei generi musicali oggetto di misurazione ed analisi, quelli
che certamente interesseranno il lettore di questa pubblicazione, ma anche tutti
coloro che in generale operano nel campo dell’audio professionale.
Curva – Esecutore e titolo brano - Valore differenziale PEAK / AVERAGE - dB
a)
Heart: If looks could kill (cassetta preregistrata)
15,4 dB
b)
The Doors: Break on through (CD)
15,7 dB
c)
Pink Floyd: Bring the boys back home (CD)
17,7 dB
d) Domain: Back from hell (LP) 15,1 dB
Curva – Esecutore e titolo brano - Valore differenziale PEAK / AVERAGE - dB -
a) Phil Collins: I don’t care anymore (cassetta preregistrata) 15,8 dB
b) Barbara Thomson: Listen to the plants (CD) 15,9 dB
c) Enya: I want tomorrow (CD) 19,3 dB
d) Judie Tzuke: Chinatown (CD) 22,4 dB
N°curva – Esecutore e titolo brano - Valore differenziale PEAK / AVERAGE - dB -
a) The Shamen: Possible worlds (CD) 14,6 dB
b) Technotronic: Spin that wheel (CD) 14,6 dB
c) Technotronic: Rockin’over the beat (CD) 17,1 dB
d) 808 State: 808080808 (CD) 16 dB
Dalla lettura dei dati e dei grafici emerge un primo elemento certo: che
avere a disposizione 20 dB PEAK di "Headroom dinamica"
oltre il livello medio del brano, è assolutamente giustificato e necessario per la fedele
riproduzione della musica; anzi in alcuni casi a mala pena sufficiente (vedi ad esempio
gruppo Pop New Age , brano d, 22,4dB).
Vengono evidenziati, inoltre, alcuni valori che indicano di quanti dB decade l’energia sonora in funzione del tempo trascorso, secondo la Tabella 1 qui sotto riportata.
La tabella riporta due serie di valori: quelli tipici riferiti alla stragrande maggioranza dei brani e quelli limite trovati in alcuni soltanto dei brani misurati e analizzati, per durate diverse da 1 msec ( 0 dB di reference) a 10 sec.
Durata del picco (burst). Massimo livello RMS
Valori tipici Valori limite
1 msec "reference" 0 dB 0 dB
10 msec - 2,5 dB - 2 dB
100 msec - 5 dB - 3 dB
1 sec - 7,5 dB - 5 dB
10 sec - 10 dB - 7 dB
Quanto riassunto in tabella, ed ulteriori interessanti considerazioni, tralasciate qui per ragioni di spazio, portano gli autori a concludere, in riferimento allo scopo per il quale essi hanno condotto il test, che un amplificatore può essere più efficiente nella riproduzione del segnale musicale se è progettato per fornire l’Headroom prevista per un durata estesa ad almeno 200 msec, o più, al fine di riprodurre, senza distorsione apprezzabile, picchi istantanei di livello più elevato della potenza RMS di cui è capace.
Anzi, considerando i casi limite in cui, successivamente al picco, l’energia rimane alta anche per tempi a tal punto significativi che la potenza media continua richiesta è di pochi decibel inferiore a quella necessaria per picchi della durata di 5 msec, l’amplificatore, per far fronte, senza distorsione a questa richiesta, dovrebbe essere progettato per fornire la più alta in assoluto potenza RMS (o continua) che la tecnologia odierna rende possibile.
Fin qui le conclusioni cui giungono gli autori di questo interessante studio, che rappresenta un’ulteriore conferma di quanto ben maggiore dovrebbe essere la potenza elettrica, impiegata in una sonorizzazione, rispetto al necessario valore medio: addirittura sino a 100 volte più alta in regime impulsivo (20dB per oltre 200 msec), se si volesse riprodurre la musica con inalterata dinamica rispetto all'originale e in totale assenza di compressione.
Queste conclusioni andrebbero ulteriormente commentate allo scopo di comprenderne la grande importanza ai fini pratici. Mi riprometto perciò di farlo in un prossima occasione nel modo più esauriente.
Qualcuno intanto, leggendo queste pagine, si sarà domandato: dove sta il nesso tra quanto sinora esposto e l'ulteriore approfondimento richiestomi circa le ripetute critiche all’entità dei livelli sonori massimi, ammessi dalla legge a salvaguardia dell'udito, per i luoghi di pubblico intrattenimento o spettacolo ?
Bene! Il nesso è insito nelle ulteriori e rilevanti prove numeriche, fornite dallo studio sin qui riassunto, a supporto delle mie ripetute considerazioni circa l’inadeguatezza dei limiti fissati dalla legge citata. Ma vediamo come queste prove sostengano le mie tesi.
Innanzi tutto devo fare alcune brevi premesse per sintetizzare i parametri, contenuti nelle leggi attuali, sulla cui valutazione si fonda il mio ragionamento.
In quasi tutta la normativa internazionale (compresa quella italiana), nata allo scopo di difendere l'udito dai danni derivanti dall'esposizione prolungata al rumore, in particolare modo dei lavoratori, sono stati fissati, dopo anni di serie e generalizzate analisi, precise soglie d'attenzione, raggiunte le quali scatta la necessità di proteggere l'udito con i mezzi più opportuni, secondo le tabelle riepilogative 2 e 3, qui sotto riportate ed universalmente ritenute valide.
Livelli d'esposizione al rumore equivalente.
| Massima esposizione giornaliera | Massimo livello d'esposizione ponderato A | Protezione dell'udito |
| 8 ore | >85 <= 90 LAeq | Non necessaria |
| 8 ore | <= 90 LAeq | Non necessaria |
| 4 ore | <= 95 LAeq | Non necessaria |
| 2 ore | <= 100 LAeq | Non necessaria |
| 1 ora | <= 105 LAeq | Non necessaria |
| 1/2 ora | <= 110 LAeq | Non necessaria |
| 1/4 ora | <= 115 LAeq | Non necessaria |
Livelli massimi d'esposizione giornaliera per 8 ore al rumore da impatto senza uso di protezioni.
| Massimo livello sonoro PEAK | Numero massimo impatti (burst) ammessi senza uso di protezioni |
| > 140 dB Lineari | 0 impatti |
| <= 140 dB Lineari | 100 impatti |
| <= 130 dB Lineari | 1'000 impatti |
| <= 120 dB Lineari | 10'000 impatti |
In queste tabelle, si può notare, non sono indicate soglie d'attenzione per la salvaguardia dell'udito espresse in valori LAsmax, come, invece, avviene nel decreto Italiano del settembre 1997 che fissa i livelli sonori massimi ammessi nei luoghi di pubblico intrattenimento o spettacolo.
Premesso che musica e rumore sono eventi sonori molto diversi e per questo, a mio parere, non paragonabili nell'impatto sull'udito, il valore misurato in LAsmax rende impossibile anche una comparazione numerica diretta con i parametri contenuti nelle altre leggi emanate a tutela della salute dei lavoratori dipendenti, dalle quali sono stati estratti, appunto, i valori delle tabelle 2 e 3.
Per paragonare almeno i "numeri" è necessario un grande lavoro statistico, come quello del test descritto.
Nella Tabella 1, dove sono riassunti numericamente i dati dei grafici, infatti, possiamo rilevare che la media del livello in un secondo, si attesta ad un valore da 7 a 10 dB inferiore rispetto al valore normalizzato (0 dB), il quale, a sua volta, è stato posto a 3 dB in meno del valore massimo di picco trovato analizzando tutti i brani misurati.
Questo porta all'ovvia conclusione che: il valore del livello dopo un secondo, definibile Lsmax (come LAsmax senza la ponderazione A), si attesta da 10 a 13 dB meno rispetto al valore del picco più alto che il più dinamico tra gli eventi musicali analizzati abbia fatto registrare.
Ora, tenendo conto di questo differenziale, ricostruirò, qui sotto, una tabella "virtuale", in cui i valori Lsmax, riferiti al segnale musicale, sono posti a fianco di quei valori di picco riferiti invece al rumore da impatto e riportati nella letteratura internazionale, allo scopo di rendere evidente il confronto.
Preciso che in questa comparazione l'aggiunta della pesatura A, non considerata perché i livelli riportati sono stati registrati senza di essa, porterebbe ovviamente ad identici valori differenziali e a valutazioni di merito e di sostanza assolutamente identiche.
Livelli massimi di esposizione giornaliera per 8 ore al rumore da impatto istantaneo o mediato in un secondo senza uso di protezioni.
| Massimo livello sonoro PEAK per legge | Massimo livello Lsmax presente nella musica |
Numero massimo impatti (burst) da rumore ammessi per legge senza uso di protezioni |
| > 140 dB Lin. | > 127-130 dB Lin. | 0 impatti |
| <= 140 dB Lin. | <= 127-130 dB Lin. | 100 impatti |
| <= 130 dB Lin. | <= 117-120 dB Lin. | 1'000 impatti |
| <= 120 dB Lin. | <= 107-110 dB Lin. | 10'000 impatti |
Da questa tabella risulta evidente che: ammettendo la normativa italiana ed internazionale per i lavoratori dipendenti, livelli istantanei di rumore di 140 dB PEAK o di "soli" 120 dB PEAK, nella improbabile ipotesi che siano esposti a ben 10'000 impatti di questa entità senza l'utilizzo di protezioni, ogni giorno lavorativo per periodi di 20/40 anni, devono essere ammessi, a maggior ragione, gli stessi limiti (nella tabella in Lsmax) anche per il pubblico che si espone a tali livelli sonori, non già riferiti al rumore industriale ma alla musica, mediamente per 2 /3 ore il giorno per 2 giorni la settimana, per non più di 5/10 anni nella peggiore delle ipotesi.
In conclusione, non prima di aver chiesto venia a tutti coloro che sono riusciti a leggere fino in fondo quest'articolo, digerendo per l'ennesima volta le considerazioni su un argomento che certo non si può definire "eccitante", spero di aver dimostrato, una volta per tutte, l'incongruità dei limiti imposti dal decreto, certamente, per il troppo basso valore differenziale consentito, 7/8 dB anziché mediamente 13 dB; ma anche l'irragionevolezza del loro valore assoluto, in quanto non è pensabile che il segnale musicale debba essere considerato dannoso per l'udito quanto il rumore industriale (chi avesse dubbi in tal senso dovrebbe fare una prova a confronto tra i due tipi di segnale).
Ricordo, per l'ennesima volta, che la musica non è rumore, e che molti studiosi, alcuni citati in appendice tra le referenze, ritengono ragionevoli e rispettosi dell'udito livelli di esposizione ad essa di 113/110 LAsmax per 2/3 ore giornaliere a fronte di 103/100 LAeq per lo stesso periodo.
Referenze.
Bibliografia
 | Handbook of Acoustical Measurements and Noise Control - Cyril M.Harris -McGraw-Hill, Inc. |
| Architectural Acoustics - M.David Egan - McGraw-Hill Book Company |
| Acoustics - Leo L. Beranek - American Institute of Physics |
| Sound System Engineering -Don/Carolyn Davis- Howard W.Sams & Co |
| Acoustic Design - Templeton/Saunders- Architectural Press London |
| Acoustic in the Built Environment - Duncan Templeton- Butterworth Architecture London |
| Progettare il silenzio - Marco Vigone - Hoepli- Milano |
| Audio Dizionario - Umberto Nicolao / Guido Noselli. Editrice il Rostro Milano. |
*** Queste referenze, che a loro volta ne citano molte altre, sono acquistabili presso
Audio Engineering Society Pubblications New York Headquarters: Tel. 001-212-661-8528,
oppure informandosi presso la segreteria AES di Milano; Sig. Perretta: Tel. 0338/ 9108768.