Comprendere il suono - progressi nella modellazione e nella previsione
I suoni ci informano, ci avvertono, ci intrattengono. Gli attuali modi di descrivere il comportamento del suono mentre viaggia nello spazio e nel tempo dipendono da un paradigma ondulatorio o geometrico. Sebbene il primo sia considerato come la rappresentazione più accurata, esso porta a modelli molto complessi. Il quadro geometrico visualizza il suono come raggi, piuttosto che come onde. Lo svantaggio è che non è in grado di catturare fenomeni come la diffrazione del suono dietro un angolo. Il progetto SONORA del Consiglio europeo della ricerca (CER), sostenuto dall’UE, si è chiesto se fosse possibile semplificare la situazione attuale combinando in modo ordinato i due approcci all’interno di un nuovo paradigma. «Questi due quadri, e i corrispondenti modelli di acustica ambientale, sono di solito trattati come non correlati tra loro. Abbiamo dimostrato che ciò non è corretto», afferma Toon van Waterschoot, ricercatore principale e professore di Tecnologia ingegneristica presso la Università Cattolica di Lovanio in Belgio. Spiega che l’idea di combinare la modellazione geometrica e quella basata sulle onde può sfruttare le migliori caratteristiche di entrambi i quadri teorici. «Lo sviluppo di tali modelli ibridi richiede la creazione di un collegamento tra i quadri, che è stato uno dei contributi chiave del progetto».
Combinare la modellazione ondulatoria e geometrica per ottenere un’immagine più chiara
«Colmare il divario tra i due quadri è stato senza dubbio il compito più difficile. Per molto tempo non abbiamo trovato una formulazione matematica adeguata che ci permettesse di mettere in relazione i due quadri», osserva van Waterschoot. Alla fine, riunendo le persone giuste e discutendo il problema più volte, il team ha elaborato un quadro matematico che ha permesso di dimostrare che la modellazione basata sulle onde e la modellazione geometrica sono equivalenti in determinate condizioni. «Questo è stato davvero il risultato più importante del progetto, che apre la strada a molte altre ricerche. È stato estremamente gratificante vedere come ogni persona coinvolta nella discussione di questo problema, ricercatori non solo del mio team ma anche del team di Enzo De Sena presso la Università del Surrey nel Regno Unito, abbia contribuito con pezzi del puzzle che si sono rivelati essenziali per risolverlo.»
Il modello di confine equivalente: un modello che si adatta a qualsiasi contesto
Oltre a come modellare il suono, il progetto ha preso in considerazione la nozione di dove avviene l’evento sonoro e come il contesto influisce sul risultato. I suoni interni ed esterni sono influenzati dall’ambiente in modo molto diverso. «L’esistenza di confini tra le stanze è ciò che rende il suono interno così diverso da quello esterno», osserva. Ma cosa succede se le stanze sono grandi o piccole, se hanno tappeti o pavimenti in legno? Qual è l’impatto di grandi finestre o specchi rispetto ai rivestimenti a parete? SONORA distingue tra un confine fisico della stanza, che consiste nelle pareti, nel pavimento e nel soffitto della stanza, e un confine equivalente che non esiste fisicamente, ma viene utilizzato per modellare la diffusione acustica dal confine reale. «Il motivo per cui vorremmo farlo è che, in molte applicazioni di elaborazione del segnale audio, semplicemente non abbiamo alcuna conoscenza dei confini fisici della stanza, come la geometria delle pareti o i materiali con cui sono costruite o rivestite», spiega. Ciò è dovuto al fatto che i dispositivi audio sono spesso mobili e sono progettati per essere utilizzati in qualsiasi ambiente interno. Tuttavia, poiché i confini sono una parte essenziale della modellazione della propagazione delle onde acustiche all’interno di una stanza, è fondamentale che i modelli di acustica ambientale includano una rappresentazione dei confini. «Poiché potremmo non avere una conoscenza fisica del confine reale, lo sostituiamo nel nostro modello con un cosiddetto confine equivalente, che potrebbe essere posizionato altrove e avere proprietà diverse rispetto al confine reale», spiega van Waterschoot, che aggiunge: «Parametrizzando queste posizioni e proprietà variabili e stimando questi parametri dalle misurazioni sonore con segnali microfonici, possiamo ottenere un modello di confine equivalente che rappresenta accuratamente l’effetto del confine reale sul campo di onde acustiche risultante all’interno della stanza».
Una migliore comprensione del suono per una nuova generazione di apparecchiature
Van Waterschoot ritiene che il lavoro del suo progetto contribuirà allo sviluppo di nuove tecnologie per catturare, analizzare, manipolare e riprodurre le esperienze uditive. Questo aspetto è rilevante ogni volta che si utilizzano dispositivi audio in un ambiente interno, come ad esempio: un dispositivo di assistenza all’udito utilizzato da una persona con problemi di udito; un altoparlante intelligente che riceve un comando vocale; un paio di cuffie che riproducono l’audio spaziale 3D in un’applicazione di realtà virtuale; o una rete di microfoni wireless che monitora le attività all’interno dell’abitazione nel contesto di una residenza assistita. «La mia speranza è che questo miglioramento nella comprensione di come modellare e prevedere il comportamento del suono porti allo sviluppo di apparecchiature e tecnologie che potrebbero avere un impatto reale sulla vita delle persone».
Parole chiave
SONORA, acustica, onde, suono, modellazione geometrica, modello di confine equivalente, campo d’onda acustica
