Come “mappare” gli ultrasuoni fastidiosi per lui

Pochi di noi sopporterebbero una TV che emette un lamento fastidioso o una lampadina che lampeggia, ma per i nostri animali domestici potrebbe essere il mondo che li circonda. I loro sensi sono sintonizzati in modo diverso dai nostri e possono rilevare una cacofonia di effetti sonori e strobo a cui non facciamo caso, in particolare quando riempiamo le nostre case di tecnologia. Alcuni dispositivi emettono un rumore acuto costante che solo il tuo cane o il tuo gatto possono percepire. Abbiamo costruito per loro un inferno? Scoprilo imparando come rivelare gli ultrasuoni, che il tuo orecchio non può percepire.

Gli ultrasuoni sono onde sonore con frequenze superiori al limite udibile superiore dell’udito umano, che è di circa 20 kHz (20.000 Hz) in giovani adulti sani ma di circa la metà per un uomo di mezz’età. Un ultrasuono è definito, dall’American National Standards Institute, come “suono a frequenze superiori a 20 kHz”. In aria a pressione atmosferica, le onde ultrasoniche hanno una lunghezza d’onda di 1,9 cm o inferiore. I dispositivi a ultrasuoni funzionano con frequenze da 20 kHz a diversi gigahertz.

La gamma uditiva di cani e gatti si estende nell’ultrasuono: l’estremità superiore del range uditivo di un cane è di circa 45 kHz, mentre quella di un gatto è di 64 kHz. Gli antenati selvaggi di cani e gatti hanno evoluto questa gamma uditiva più elevata per ascoltare i suoni ad alta frequenza emessi dalla loro preda preferita, i piccoli roditori. Un fischio per cane è un fischio che emette ultrasuoni, usato per addestrare e chiamare i cani. La frequenza della maggior parte dei fischi per cani è tra 23 kHz e 54 kHz.

Un esempio di fischi per cani, che sono una semplice sorgente di frequenze ultrasoniche. Ne puoi trovare diversi ad es. qui.

Quando torni a casa e il tuo cane agita la coda, tutto felice di vederti, penserai che avviene perché ti ha sentito entrare dalla porta principale. In realtà, l’udito di un cane è molto sensibile e può sentire (spesso meglio) le frequenze al di sopra di quelle udibili da un essere umano. L’udito di un cane è così sensibile che di solito può sentirti prima ancora che tua apra la porta. Tale dote, però, nelle nostre case piene di apparecchi e dispositivi elettronici, può significare per gli animali domestici un inferno.

Non solo. Una nuova tecnica di violazione della privacy che traccia i consumatori attraverso l’uso dei toni ultrasonici oggi è realtà. Questi toni quasi silenziosi non possono essere rilevati dall’orecchio umano, ma ci sono app nel tuo telefono che li ascoltano sempre. Questa tecnologia si chiama “tracciamento ad ultrasuoni cross-device” e funziona emettendo toni ad alta frequenza in pubblicità e in cartelloni pubblicitari, pagine Web e attraverso punti vendita al dettaglio o stadi sportivi.

Il tracking ad ultrasuoni “cross device” è uno dei numerosi sistemi di violazione della privacy degli utenti resi possibili dall’uso di ultrasuoni (e mostrati in questa figura).

Le app con accesso al microfono del tuo telefono possono captare questi toni e creare un profilo su ciò che hai visto, dove e in alcuni casi anche sui siti Web che hai visitato. La tecnologia è ancora agli inizi, ma sta crescendo in popolarità. Nel 2016, i ricercatori hanno scoperto 234 app Android che includono la capacità di ascoltare i toni ultrasonici “all’insaputa dell’utente”. Pertanto non deve stupire che – come vedremo – esistano delle app per smartphone che consentono di misurare gli ultrasuoni nella tua casa.

Perché la tua casa è un “inferno” per gli animali

Gli umani sentono nominalmente un suono fino a 20.000Hz. In realtà, gli adulti possono ascoltare solo metà di tale intervallo, poiché l’età riduce via via la nostra sensibilità alle tonalità più alte. Ma il senso dell’udito dei nostri animali domestici rende il mondo un posto molto diverso per loro che per te e me. Sentono tutto ciò che facciamo, e molto altro ancora. Molti cani, ad esempio, hanno paura degli allarmi antincendio: sembra che il cane stia impazzendo e il proprietario non sa perché.

Il concetto stesso di “ultrasuono” è un pregiudizio incentrato sull’uomo: per cani e gatti, le frequenze più elevate che consideriamo ultrasuoni sono solo una parte del loro normale continuum dell’udito.

Per cani e gatti ciò che chiamiamo “ultrasuoni” è solo un suono, ma i nostri gadget non sono progettati tenendo presente questo aspetto. Pensati per attirare gli acquirenti umani, l’elettronica di consumo elimina solo il rumore acuto che possiamo sentire. I nostri animali domestici possono quindi essere lasciati immersi in un mare di rumore ultrasonico residuo non considerato. Quello che succede dopo agli animali domestici, in conseguenza di questo “inquinamento acustico ultrasonico”, non è così chiaro.

Mentre sappiamo che gli animali sentono una grande quantità di suono a cui siamo sordi, non abbiamo una chiara idea di come ciò possa influenzarli. Una possibilità viene dal Dr. Jeremy G. Turner del Dipartimento di Farmacologia della School of Medicine della Southern Illinois University. In uno studio del 2005 sugli effetti del rumore sugli animali da laboratorio, ha osservato che il rumore può alterare il cuore, il sonno e i cicli endocrini negli animali e renderli più suscettibili alle convulsioni.

Un sondaggio effettuato nel 2015 e condotto da un consorzio di gruppi veterinari nel Regno Unito ha collegato le convulsioni osservate in alcuni gatti con un fenomeno chiamato “convulsioni di riflesso audiogenico felino”, causate tipicamente da suoni ad alta frequenza. Lo studio ha citato oltre una dozzina di rumori domestici comuni che sembrano essere una causa di ciò, tra cui squilli di telefoni, stampanti per computer e persino lo spiegazzamento di un foglio di alluminio.

L’accensione di un componente alla volta mostra che una lampadina a LED ha aggiunto in modo significativo rumore ultrasonico (fra 40 e 45 kHz) in una stanza, ma accendere un televisore LCD da 42 pollici – anche senza usarlo – ne ha aggiunto di più. In ascissa ho il tempo, in ordinata la frequenza (in kHz)

Mettere completamente fine a quei suoni nella tua casa sarebbe molto difficile, ed è complicato giudicare la gravità del problema perché non esiste attualmente una valutazione o etichettatura delle emissioni ultrasoniche sull’elettronica di consumo, ed i nostri animali domestici non possono dirci cosa li infastidisce. Due delle più chiare sorgenti ad ultrasuoni in un casa sono ad es. le lampadine a LED e la TV LCD. Tuttavia, ci sono cose delle cose che puoi fare subito per ridurre questi ultrasuoni:

  • Spegni gli apparecchi dotati di spina quando non li utilizzi
  • Crea una stanza tranquilla in casa senza elettronica o luci a LED.
  • Colloca le apparecchiature multimediali domestiche in un armadio.
  • Acquista luci a LED con bassi livelli di sfarfallio.

Non è solo con un rumore inaudito che l’animale ha a che fare, ma anche con uno sfarfallìo invisibile. L’illuminazione a LED sta prendendo il controllo della casa, ma le luci a LED hanno il problema intrinseco di uno sfarfallio continuo. Potresti a malapena rilevare lo sfarfallio da una moderna lampadina a LED, ma, come per il suono, i tuoi animali domestici hanno una gamma più ampia di percezione. È un po’ come aggiungere una palla da discoteca a quel lamento acuto acustico.

Visti visivamente, gli ultrasuoni emessi dalla comune tecnologia domestica diventano così visibili per gli occhi di quanto possono essere per le orecchie del tuo animale domestico. In ascissa vi è il tempo, in ordinata la frequenza.

Nell’uomo la soglia di fusione tremolante critica (CFF), o la frequenza alla quale una luce sembra essere completamente stabile per l’osservatore, può essere di soli 24 Hz o 24 “sfarfallamenti” al secondo. La maggior parte dei video online si basa su 30 frame al secondo. All’occhio umano, quel grado di “sfarfallio” sembra essere un movimento fluido, regolare. Ma i cani hanno un CFF più sensibile, fino a 80 Hz o 80 sfarfallii al secondo, per questo guardare la TV non li attira affatto.

A meno che tu non stia pianificando di abbandonare la rete, non bandirai le tecnologie di inquinamento acustico e luminoso da casa tua. Ma con così tante persone che hanno appena iniziato ad adottare la tecnologia della casa intelligente, ci sono nuove opportunità di sbagliare dal lato dei nostri animali domestici in un’area che non è completamente compresa. Quindi, considera i tuoi animali domestici nel processo, ma soprattutto prova a metterti nei loro panni. Quanto “rumore” sentono?

Come misurare gli ultrasuoni con un’app

Gli sviluppatori di smartphone ora offrono molte applicazioni di misurazione del suono (app) utilizzando il microfono incorporato dei dispositivi (o tramite un microfono esterno per applicazioni più sofisticate). L’uso di app di misurazione del suono per smartphone può avere un impatto enorme e di vasta portata nelle aree della ricerca sul rumore e del controllo del rumore sul luogo di lavoro poiché ogni smartphone può essere potenzialmente trasformato in un dosimetro o un fonometro.

Una delle numerose app per la misurazione del suono/ rumore in fase di test.

I risultati di un test su un’ampia gamma di tali app, condotto negli Stati Uniti dal NIOSH, mostrano che per le misurazioni del livello sonoro ponderate di tre app avevano differenze medie entro ± 2dBA delle misurazioni di riferimento. Per le misurazioni del livello sonoro non ponderate, tre app presentavano differenze medie entro ± 2 dB della misurazione di riferimento. Pertanto, negli USA alcune delle app di cui sopra potrebbero essere potenzialmente utilizzate in ambito professionale.

Le prestazioni delle app di misurazione del suono migliorano utilizzando microfoni esterni. Lo studio ha mostrato che le misurazioni del livello sonoro si trovano entro ± 1 dB dal sistema di riferimento usando la stessa configurazione di test e le stesse app dello studio iniziale. Questo studio di follow-up suggerisce che l’uso di microfoni esterni, calibrati, migliora notevolmente l’accuratezza e la precisione complessive delle misurazioni del suono dello smartphone e rimuove i limiti associati ai microfoni integrati.

Alcune app sono concepite specificamente per misurare gli ultrasuoni. Ad esempio l’app UltraSound Detector scaricabile da Google Play consente di rilevare segnali acustici ad ultrasuoni al di sopra della frequenza definita dall’utente (al di sopra di 18 KHz per impostazione predefinita). La frequenza di lavoro superiore dipende dalle specifiche audio dell’attuale dispositivo Android e può essere arrivare fino a 150 KHz, se si utilizza il microfono o il sensore a ultrasuoni esterno.

Due schermate dell’app Ultrasound Detector per Android.

Tuttavia, è anche possibile utilizzare il microfono interno per determinare il segnale a ultrasuoni, ma la sensibilità e la frequenza superiore peggioreranno a seconda della qualità del microfono interno. Inoltre, l’app utilizza una funzione di sovracampionamento. Quindi, puoi vedere ad esempio gli ultrasuoni a 25 KHz anche se il tuo dispositivo digitalizza solo audio a 22 KHz (frequenza di campionamento a 44 KHz). Ciò dipende dalla qualità del convertitore analogico-digitale (ADC) del tuo smartphone.

Il risultato del rilevamento può essere visualizzato sullo schermo in modalità primo piano e può anche essere presentato nel modulo di notifica e in modalità sfondo quando lo schermo del dispositivo Android è spento. Inoltre, l’app è dotata di un convertitore di segnali ad ultrasuoni in suoni udibili. Quindi puoi letteralmente sentire i segnali ad ultrasuoni. Infine, l’app può effettuare l’analisi completa dello spettro, con diversi modi per visualizzare i risultati: spettro, cascata, oscilloscopio.

Naturalmente, esistono app anche per Apple. Ad esempio, Ultrasonic Analyzer è un analizzatore di spettro, spettrografo, oscilloscopio in tempo reale per il tuo iPhone o iPad. Quest’app può darti una rappresentazione visiva di molti ultrasuoni usando una frequenza di campionamento fino a 384 kHz. Per l’analisi ad ultrasuoni in tempo reale, usa un microfono esterno con funzionalità ad ultrasuoni tramite un adattatore per fotocamera USB o tramite il connettore dock per iPhone / iPad.

Due schermate dell’app Ultrasonic Analyzer per iPhone e iPad.

Ultrasonic Analyzer può essere utilizzato anche per analizzare i segnali a ultrasuoni emessi da diversi animali (pipistrelli, delfini), per misurare la risposta in frequenza di apparecchiature audio hi-end o di sensori ad ultrasuoni. Hai l’opportunità di ascoltare gli ultrasuoni trasposti e analizzarli in tempo reale. Per suoni normalmente impossibili da ascoltare, puoi anche usare la riproduzione rallentata. È inoltre possibile analizzare qualsiasi file audio importato in un contesto di spettrogramma.

Come “mappare” la casa con lo smartphone

Vi sono varie difficoltà nel misurare gli ultrasuoni. Tra queste, c’è la necessità di calibrare le apparecchiature per frequenze a 20 kHz e superiori, cosa che pochi laboratori sono in grado di fare, e il requisito che il microfono sia piccolo, al fine di ridurre gli effetti di piccoli movimenti nella posizione del microfono. Tuttavia, come abbiamo visto molte app per smartphone offrono una calibrazione sufficiente per i nostri scopi, e quindi possiamo usare più di una app per verificarne i risultati in modo incrociato.

In preparazione di una misurazione con apparecchiature migliori, è possibile effettuare delle misurazioni con smartphone o tablet – e ottenere delle stime approssimative del livello degli ultrasuoni (± 5 dB) per l’energia contenuta quanto meno fino a 22 kHz, se non anche molto oltre. Meglio se in precedenza l’apparecchio è stato calibrato in modo incrociato con il microfono che verrà eventualmente poi usato per misurazioni più accurate. Altrimenti, potete saltare questo passaggio.

Con uno smartphone o un tablet, si può facilmente andare “a caccia” delle sorgenti di ultrasuoni che possono dar fastidio ai nostri animali domestici.

Per le registrazioni, il microfono può essere tenuto in mano e puntato verso il centro della sorgente (o il centro apparente della sorgente dove questo non è chiaro) e la distanza dalla sorgente può essere misurata con un misuratore di distanza laser oppure a nastro. In alcuni siti, dove c’è il rischio che la stima del livello sonoro sia influenzata da flussi d’aria o dal vento (ad es. outdoor), si può usare un “parabrezza” per microfono e un’opportuna correzione secondo le specifiche del produttore.

Per tutte le misurazioni effettuate sul campo, la fonte di ultrasuoni può essere stimata o identificata sulla base di un’ispezione visiva accurata. Naturalmente, vanno effettuate misurazioni con il microfono rivolto verso la presunta fonte e confrontate con il livello di fondo. Per ciascuna sorgente individuata, va presa una misura il più vicino possibile al dispositivo che emette ultrasuoni, mentre una misura aggiuntiva va  effettuata sull’asse rispetto alla presunta fonte acustica, quando possibile.

Naturalmente, si ha una variazione del livello sonoro con l’aumentare della distanza dalla sorgente (con un valore negativo che rappresenta una diminuzione del livello). Va notato che, per molte delle misurazioni, le sorgenti saranno al di sopra della posizione di registrazione e quindi un cambiamento di distanza significa anche un cambiamento di angolo rispetto alla sorgente. Si prevede una riduzione del livello sonoro di 6 dB per ogni raddoppio della distanza per una sorgente puntuale in uno spazio anecoico.

Questa figura mostra la differenza nel suono complessivo quando i componenti in una tipica sala multimediale vengono spenti (in alto) e successivamente accesi (in basso). La schermata in gran parte vuota mostra lo stato spento, mentre la schermata con più bande verdi mostra i suoni che puoi sentire (picchi e vallate verdi inferiori) e quelli che solo i tuoi animali domestici possono sentire (bande blu e verdi superiori).

In pratica, vi conviene usare distanze “standard” e annotare le misure. Potete ad es. eseguite misurazioni “vicine” a 0,25 e 0,5 m dalla sorgente, misurazioni a distanze “moderate” a 1 e 2 m dalla sorgente, e misurazioni “lontane” a 2 e 4 m dalla sorgente. Per la successiva elaborazione dei dati registrati, è possibile usare app o software analizzatori di spettro, in modo simile a quanto si farebbe per i segnali audio. In questo modo, è possibile ottenere uno spettrogramma per ciascuna sorgente o presunta tale.

Può essere infine utile sapere che gli ultrasuoni – in particolare quelli alle frequenze più alte – vengono rapidamente dissipati e assorbiti da materiali come moquette e mobili. Inoltre, gli ultrasuoni si muovono più velocemente con l’aria calda che con l’aria fredda. La muffa e l’umidità nell’aria riducono la velocità del suono. Se l’umidità supera l’85%, riduce significativamente il livello degli ultrasuoni. Le superfici irregolari vengono utilizzate per disperdere i movimenti degli ultrasuoni.