Fonometro online con semaforo del rumore per la classe

Un fonometro è lo strumento che misura il livello di pressione sonora, cioè l'intensità di un suono nell'aria, e lo esprime in decibel. Serve a confrontare un rumore con un limite, in fabbrica come in strada o in aula. Questa versione riceve il suono dal microfono del dispositivo attraverso la Web Audio API del browser. Lo analizza più volte al secondo e mostra il livello come numero e come colore.

Il decibel è una scala logaritmica. Il livello in dB SPL confronta la pressione misurata con una pressione di riferimento vicina alla soglia dell'udito, quindi i numeri non si sommano come chili o metri. Ogni raddoppio dell'energia sonora aggiunge 3 dB: due sorgenti uguali da 60 dB insieme danno 63 dB, non il doppio. Dieci volte l'energia valgono 10 dB in più.

Per dare un ordine di grandezza, il NIDCD, l'istituto statunitense per la sordità e i disturbi della comunicazione, colloca una conversazione normale tra 60 e 70 dB(A). In una scuola il numero conta spesso meno del colore: chi insegna sceglie una soglia per l'attività, e gli alunni vedono subito quando il volume sale.

Un fonometro che funziona nel browser trasforma il suono in un numero in pochi passaggi. Prima chiede il permesso di usare il microfono e chiede al browser di spegnere l'elaborazione della voce. Poi l'AnalyserNode della Web Audio API scompone ogni blocco di 4096 campioni nelle sue frequenze. Ogni frequenza riceve la correzione della ponderazione A della norma IEC 61672-1, che attenua i bassi come fa l'orecchio. La somma dà un livello in dBFS, cioè in decibel sotto il fondo scala digitale.

Per passare ai decibel nell'aria serve sapere a quale pressione sonora corrisponde quel fondo scala. Lo strumento parte da 120 dB, un valore tipico dei microfoni MEMS digitali di telefoni e portatili, e lo sostituisce con il risultato di una calibrazione. Finché non si calibra, ogni cifra è una stima, e lo schermo lo scrive.

Il valore di partenza viene dalle schede tecniche. Secondo TDK InvenSense il microfono ICS-43434 dà -26 dBFS con un suono di 94 dB SPL, quindi il suo fondo scala corrisponde a 120 dB. Per Infineon il modello IM69D130 dà -36 dBFS e arriva a 130 dB. Due dispositivi possono quindi leggere lo stesso suono con molti decibel di differenza, prima di ogni calibrazione.

La ponderazione A vale 0 dB a 1000 Hz e -39,4 dB a 31,5 Hz: un ronzio grave pesa molto meno di una voce. Le correzioni principali sono queste.

La ponderazione Z, invece, è piatta: lascia ogni frequenza com'è e mostra anche i suoni bassi, come il ronzio di un impianto di ventilazione. Il numero in dB(A) e quello in dB(Z) dello stesso suono possono quindi differire parecchio.

La costante di tempo decide quanto in fretta il numero segue il suono. La norma prevede le risposte Fast e Slow, di 0,125 s e di 1 s. Quando un suono si interrompe, la lettura Fast scende di 34,7 dB al secondo e la Slow di 4,3 dB al secondo.

La terza risposta, Stabile, è una scelta del sito e quella predefinita per la classe. Prende la mediana del livello Fast negli ultimi 5 s, cioè il livello statistico L50 di quella finestra. Un colpo secco alza per un attimo la lettura Fast, ma lascia ferma la mediana.

Il semaforo traduce il livello in tre colori: rosso alla soglia scelta o sopra, giallo nella fascia appena sotto, verde più in basso. La fascia gialla vale 5 dB all'inizio e si regola da 1 dB a 20 dB; in pausa o a microfono spento le luci si spengono. Nei siti per la scuola lo stesso strumento si trova anche con il nome di rumorometro.

La soglia di partenza è 68 dB(A), pensata per il lavoro individuale con qualche parola, e ogni attività ha la sua. Accanto a ogni soglia c'è il livello medio che la letteratura riporta per la stessa attività.

Le soglie sono scelte del sito. Ognuna sta qualche decibel sopra il livello che la revisione di Shield, Greenland e Dockrell riporta per quell'attività nelle aule chiuse di scuola primaria. La revisione è uscita su Noise & Health nel 2010. Così il semaforo resta verde finché la classe lavora come previsto. Si può scrivere anche una soglia personale, da 30 dB(A) a 110 dB(A).

Il tasto «Prendi la soglia dall'aula» fissa la soglia 3 dB sopra il livello stabile misurato in quel momento. Si preme mentre gli alunni lavorano a un volume che l'insegnante considera accettabile, e funziona con qualunque risposta scelta.

Il segnale acustico è spento all'inizio. Acceso, suona un breve campanello a due note, e fa vibrare i telefoni che lo permettono, ogni volta che il semaforo passa al rosso per una nuova volta. Il misuratore non conta il proprio campanello. Il semaforo mostra soltanto il livello: che cosa farne resta una scelta di chi insegna.

A schermo intero il semaforo riempie il proiettore o la lavagna interattiva multimediale (LIM): in orizzontale la luce sta accanto alla scritta, in verticale sopra. Su iPhone, dove una pagina web non può passare a schermo intero, un fondo scuro copre la pagina. Dove il browser lo consente, lo schermo resta acceso finché la misura è in corso.

Durante la misura la barra spaziatrice mette in pausa e riprende, e il tasto F apre lo schermo intero. Le frecce su e giù spostano la soglia di 1 dB, mentre Esc chiude lo schermo intero. Se il computer ha più microfoni, per esempio uno USB collegato alla LIM, compare la scelta del microfono.

Si mette il telefono accanto a un fonometro di riferimento, impostato sulla curva A e sulla risposta Slow, mentre suona un rumore costante. Poi si scrive la lettura di quello strumento. Il misuratore calcola così l'offset di calibrazione: la lettura del fonometro meno il livello Slow in dBFS sentito nello stesso istante.

Il suono di prova deve essere abbastanza forte da leggersi bene, per esempio il rumore della pioggia da un altoparlante. L'offset si può anche scrivere a mano, preso dalla scheda tecnica del microfono o da una calibrazione precedente, con valori da 60 dB a 160 dB. Resta salvato solo in questo browser, con la data e il metodo, finché non si torna al valore predefinito.

Anche il fonometro di riferimento deve essere tarato: chi lo usa per lavoro lo controlla con un calibratore acustico, una piccola sorgente che emette un tono di livello noto. Una calibrazione vale per quel dispositivo, quel microfono e quel browser; cambiando uno dei tre va rifatta.

La norma IEC 61672-1 divide gli strumenti professionali in due gruppi di prestazione, classe 1 e classe 2, e per la classe 2 ammette tolleranze più larghe. Un microfono di telefono calibrato in questo modo non diventa uno strumento di nessuna delle due classi: resta una stima, utile per seguire l'andamento del rumore.

Quanto possa avvicinarsi lo ha misurato il NIOSH. Nello studio di Kardous e Shaw del 2014, pubblicato sul Journal of the Acoustical Society of America, sono state provate 10 app per iOS, scelte tra oltre 130. Tra le app Android ne sono state scelte 4 su 62. Sui livelli in dB(A) la più vicina si scostava di 0,52 dB dal fonometro di riferimento, e poche altre restavano entro 2 dB.

Nel seguito del 2016, con microfoni esterni calibrati, le app restavano entro 1 dB. Per la propria app, disponibile solo su iOS, il NIOSH indica una precisione entro 2 dB.

Pesano anche le elaborazioni che il browser applica alla voce nelle videochiamate: controllo automatico del guadagno, soppressione del rumore e cancellazione dell'eco. La specifica Media Capture and Streams del W3C permette di chiederne lo spegnimento, e il misuratore lo chiede per tutte e tre. Non tutti i browser offrono tutti e tre i comandi: quando il browser non conferma che sono spenti, il misuratore mostra un avviso.

In Italia nessuna norma fissa un livello di rumore per la lezione in sé. I valori per le scuole riguardano l'edificio vuoto e i suoi impianti, mentre il D.Lgs. 81/2008 guarda all'esposizione di chi ci lavora.

Il DPCM 5 dicembre 1997, che determina i requisiti acustici passivi degli edifici, mette le scuole di ogni livello nella categoria E. Per il rumore degli impianti fissa 35 dB(A) come LASmax per quelli a funzionamento discontinuo, come ascensori e scarichi, e 25 dB(A) come LAeq per quelli continui, come il riscaldamento. Sono limiti per i servizi dell'edificio, non per la voce di una classe.

Le linee guida dell'OMS sul rumore ambientale, del 1999, indicano 35 dB LAeq come rumore di fondo in aula durante le lezioni. È il suono che arriva da fuori e dagli impianti, non quello di chi parla. Più il fondo è alto, meno si capisce la voce: per i messaggi complessi l'OMS indica un rapporto tra voce e rumore di almeno 15 dB.

Per la progettazione acustica delle scuole esiste la norma tecnica UNI 11532-2, dedicata agli ambienti scolastici. Tra le grandezze che considera c'è il tempo di riverberazione, cioè quanto a lungo un suono continua a rimbalzare nell'aula dopo essersi interrotto. In un'aula che rimbomba ogni voce dura di più e si somma alle altre.

Quanto sia alto il rumore in classe durante il lavoro lo ha misurato uno studio del Politecnico di Torino con l'INRiM e l'Università di Torino. Astolfi e colleghi, su Frontiers in Psychology nel 2019, hanno seguito circa 330 alunni di prima elementare in 20 classi di 10 scuole primarie torinesi. Durante le attività di gruppo il rumore stava tra 60 e 75 dB(A).

Il rumore pesa anche sulla voce di chi insegna. Nel 2012 Bottalico e Astolfi hanno misurato la voce di 40 insegnanti di scuola primaria in 6 scuole, con risultati pubblicati sul Journal of the Acoustical Society of America. Durante le lezioni il livello della voce saliva di 0,72 dB per ogni decibel di rumore di fondo.

È l'effetto Lombard, la tendenza ad alzare la voce quando il rumore cresce. Secondo Bottalico, Passione, Graetzer e Hunter, su Acta Acustica nel 2017, la voce sale di 0,24 dB per decibel di rumore sotto circa 43,3 dB(A) e di 0,65 dB sopra. Per stimare quanto dura una spiegazione a voce c'è il calcolo della durata di un discorso.

Il LEX,8h è il livello di esposizione giornaliera al rumore. L'art. 188 del D.Lgs. 81/2008 lo definisce come la media, ponderata in funzione del tempo, dei livelli di una giornata lavorativa nominale di 8 ore. Il calcolo divide le ore di ogni parte della giornata per quelle di riferimento, pesa ciascuna con l'energia del suo livello e riporta la somma in decibel.

L'art. 189 fissa tre soglie, confrontate con il LEX,8h e con la pressione acustica di picco ponderata C.

• Valore inferiore di azione: 80 dB(A) e 135 dB(C) di picco.
• Valore superiore di azione: 85 dB(A) e 137 dB(C).
• Valore limite di esposizione: 87 dB(A) e 140 dB(C), l'unico che tiene conto dell'attenuazione dei DPI uditivi.

Sopra il valore inferiore di azione il datore di lavoro mette a disposizione i DPI uditivi e organizza informazione e formazione. Al valore superiore ne esige l'uso, e oltre scatta la sorveglianza sanitaria del medico competente (art. 193, 195 e 196).

Nella calcolatrice sotto il misuratore la prima parte contiene un esempio da sostituire: un'aula vivace a 72 dB(A) per 5 ore dà 70,0 dB(A), sotto il valore inferiore. Il pulsante «Usa la media di questa sessione per la parte 1» copia lì il livello medio della lezione appena misurata. Ogni 3 dB in più dimezza il tempo: il valore inferiore si raggiunge con 83 dB(A) per 4 ore, 86 dB(A) per 2 ore o 89 dB(A) per un'ora.

Il Portale Agenti Fisici descrive la procedura di calcolo del LEX8h secondo la norma UNI EN ISO 9612, ma non è stato trovato un esempio numerico ufficiale. Per questo i casi di riferimento sono calcolati dalla formula: 4 ore a 85 dB(A) danno 82,0 dB(A), e a quel livello il valore inferiore si raggiunge in 2,53 ore.

Il calcolo riguarda i lavoratori: a scuola insegnanti, collaboratori scolastici e altro personale. Un telefono appoggiato sulla cattedra non misura il suono all'orecchio, e una valutazione del rischio richiede strumenti e procedure professionali, quindi la cifra resta una stima.

Ogni sessione raccoglie sei cifre, aggiornate mentre il microfono ascolta e azzerate con «Nuova sessione».

• Il tempo di misura.
• Il livello continuo equivalente (Leq), cioè la media dell'energia sonora: pochi minuti molto rumorosi pesano più di molti minuti tranquilli.
• Il livello massimo, letto con la risposta Fast.
• La quota di tempo passata in verde, in giallo e in rosso.
• Le volte sopra la soglia. Una nuova volta conta quando il semaforo torna rosso dopo almeno 2 s fuori dal rosso: un livello che oscilla sulla soglia conta così una volta sola.
• Il tratto più lungo sotto la soglia, cioè senza rosso.

Il grafico mostra gli ultimi 2 minuti con la linea della soglia. «Copia il risultato» produce un riassunto in testo, da incollare in un registro o in una mail. Nel link condivisibile entrano le impostazioni e le parti della calcolatrice, mai il suono.

Il conto alla rovescia, spento all'inizio, dura 5, 10, 15, 20, 30, 45 o 60 minuti e conta solo il tempo di misura. A zero mette in pausa il misuratore con la scritta «Tempo scaduto» e, se il segnale acustico è acceso, suona il campanello. Per i giorni che mancano alle vacanze o alla fine della scuola c'è invece il conto alla rovescia di quanti giorni mancano.

Il suono non lascia mai il dispositivo: il microfono alimenta un analizzatore dentro la pagina, e non c'è nessuna registrazione, né sul telefono né su un server.

Il fonometro online gratis non chiede account né app. Al primo avvio il browser chiede il permesso per il microfono e mostra il suo indicatore finché il microfono resta acceso; «Spegni il microfono» lo rilascia. Il microfono funziona solo su pagine sicure (https), e tra le pagine del sito solo quelle di questo strumento possono chiederlo.

L'elaborazione nel browser vale anche per le cifre: media, massimo e grafico esistono solo sullo schermo. In memoria resta soltanto l'offset di calibrazione, se lo si salva, nell'archiviazione locale di questo browser, con la data e il modo in cui è stato impostato.