Rumore

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In generale il rumore è un segnale di disturbo rispetto all'informazione trasmessa in un sistema.

Questo vale in acustica dove, come i suoni, il rumore è costituito da onde di pressione sonora, ma vale anche in elettronica, dove per rumore si intende l'insieme di segnali in tensione o corrente elettrica indesiderati che si sovrappongono al segnale utile. Si parla di rumore anche in informatica e teoria dell'informazione per indicare qualunque tipo di informazione di disturbo.

La pressione sonora del rumore è misurata in decibel, ma per quantificare l'effetto dannoso del rumore sul segnale utile si usa esprimerlo in termini di rapporto segnale/rumore, ovvero un valore adimensionale ottenuto come rapporto tra l'intensità del segnale e del rumore, entrambi espressi in decibel.

Il rumore in acustica

Il rumore è prodotto da innumerevoli fonti naturali ed artificiali. Anche in condizioni di apparente silenzio l'aria è attraversata da onde sonore che non vengono percepite perché troppo deboli oppure al di fuori della gamma udibile. Onde sonore di frequenza inferiore ai 20Hz (infrasuoni) e superiori a 20KHz (ultrasuoni) non sono percepite dall'orecchio umano. Generalmente i rumori sono suoni caratterizzati da un andamento di pressione non periodico e armonicamente molto complesso, ma a volte la percezione di suono oppure di rumore è soggettiva.
In generale le sorgenti di rumore (o di suono) sono:

1. corpi solidi oscillanti;
2. colonne d'aria oscillanti;
3. corpi in movimento rapido;
4. gas rapidamente fuoruscenti;
5. incrementi rapidi di pressione;
6. la voce umana, complicata combinazione di 1 e 2.

Per la propagazione è necessario un mezzo elastico, nel quale la sorgente crea una successione di onde di rarefazione e compressione, che si muovono con una velocità dipendente solo dalle condizioni del mezzo. Tale successione porta le particelle del mezzo a vibrare attorno alla posizione di equilibrio lungo la direzione di propagazione dell'onda (quindi le onde sonore sono onde longitudinali). Vale la legge di Ohm acustica: Δ p = ρ₀ c v, cioè la pressione sonora è proporzionale alla velocità di oscillazione delle particelle. Da questa formula si può poi ricavare:

${\displaystyle c={\sqrt {\frac {\Delta p}{\Delta \rho }}}}$ 

che, se valutata lungo una trasformazione adiabatica infinitesima (quindi isoentropica), quale è la trasformazione che si può supporre avvenga per il passaggio del mezzo di propagazione tra la zona di compressione e la zona di rarefazione di un'onda sonora, porta ad esprimere la velocità del suono come:

${\displaystyle c={\sqrt {\frac {E_{s}}{\rho }}}}$  con E_s modulo di comprimibilità isoentropico del mezzo di propagazione.

In particolare per il gas ideale: ${\displaystyle c={\sqrt {kpv}}}$ .
Si ricorda che nell'aria la velocità del suono dipende fortemente anche dalla temperatura: in particolare aumenta all'aumentare della temperatura.

Si pone solitamente una distinzione importante tra rumore aereo e rumore impattivo: il primo si diffonde nell'aria, il secondo non solo nell'aria, ma anche in corpi solidi vicini alla sorgente.

Criteri di rumore

Per prescrivere criteri di tollerabilità al rumore, bisogna studiarne la forma dello spettro sonoro, la durata e il rumore di fondo. Se ci si basa solo sulla pesatura attuata dalla scala fonometrica A, si rischia di porre sullo stesso piano rumori con spettro sonoro differente e quindi diversamente disturbanti.
Si è creato allora un metodo di attribuzione di indice al rumore: si sovrappone lo spettro sonoro ad una serie di curve di riferimento (assomiglianti alle curve isofoniche) e si attribuisce al rumore l'indice di valutazione della prima curva sotto la quale rimane l'intero spettro. Come curve di valutazione si usano le NC (Noise Criteria) negli USA e le NR (Noise Ratings) suggerite dall'ISO.

Elettronica

In elettronica si distingue tra rumore e disturbo, per rumore solitamente si intende segnali di origine interna, mentre i disturbi sono segnali che provengono dall'esterno. Il rumore consiste di "fluttuazioni" dovute a proprietà fondamentali della materia e in quanto tali di origine interna e non eliminabili. Queste fluttuazioni che si osservano a livello macroscopico derivano da fluttuazioni a livello microscopico. Si manifestano nella forma di segnali casuali il cui andamento nel tempo non è descrivibile analiticamente, ma solo in termini statistici. La sorgente di rumore più comune negli apparati e dispositivi elettronici è il rumore termico, esso è infatti intrinseco di ogni elemento dissipativo (es. resistori)che si trovi ad una temperatura diversa dallo zero assoluto. Scoperto da Jonhson e teorizzato analiticamente da Nyquist, questo rumore è conseguenza dell'agitazione termica dei portatori di carica in un conduttore. Il loro movimento caotico è tale da creare ai capi di un resistore una differenza di potenziale che mediamente vale 0 Volt (si dice che il valore medio del processo rumore bianco è nullo), ma che se misurata con uno strumento che non carichi il resistore è altamente variabile e descrivibile solo in termini statistici: il valore quadratico medio (quadrato del valore efficace) dipende dalla temperatura ed è pari a

${\displaystyle V_{n}^{2}=4KTdfR}$ .

Altri rumori elettronici (oltre al rumore termico):

• rumore shot
• rumore 1/f (o rumore Flicker)
• rumore Burst
• rumore valanga

Tra i disturbi:

• Segnali armonici prodotti da rapide variazioni di corrente in sistemi oscillanti
• Disturbi elettrici di provenienza esterna (vedi EMC)

Grafica

Il rumore, in grafica, è introdotto nei dati dal sensore di acquisizione delle immagini. È una variazione della risposta (output del sensore) che interferisce con l'abilità dell'occhio umano ad estrarre informazioni da un’immagine. Il rumore degrada l’immagine in una varietà di forme; modellare il rumore è il primo passo per la sua eliminazione; è un problema complesso.

Voci correlate

• Rumore bianco
• Rumore rosa
• Rumore termico
• Velocità del suono
• Acustica