SUONO

« Torna all'indice

Cos'è il suono

Una prima definizione che possiamo dare è che quello che noi percepiamo come suono è una variazione, rispetto ad un valore costante, nella pressione dell'aria. Quando questa variazione viene ripetuta ciclicamente un certo numero di volte in un intervallo di tempo, che definiremo meglio in seguito, percepiamo un suono. Affinchè un suono si possa propagare ha bisogno di un mezzo che lo trasporti; l'aria è uno di questi in quanto le sue particelle, come vedremo, si trasmettono l'un l'altra la vibrazione generata dalla sorgente sonora e la propagano nello spazio. Questo significa che qualsiasi mezzo, solido, liquido o gassoso che sia, è in grado di trasportare il suono, influendo sulla sua velocità a seconda della sua densità. Come mezzo di riferimento per i nostri esempi considereremo l'aria essendo quello con cui avremo a che fare nei casi pratici.

Propagazione del suono nell'aria

Il suono si propaga nell'aria mediante collisioni multiple tra particelle. Consideriamo di avere un altoparlante e sia questo la nostra sorgente sonora. Il magnete si muove avanti e indietro seguendo l'ampiezza del segnale elettrico che viene applicato all'induttore su cui si appoggia (per una dettagliata descrizione rimanda alla sezione relativa agli altoparlanti ).
Così facendo sposta delle particelle d'aria comprimendole prima e dilatandole poi
Seguiamo la propagazione del suono a partire dalla sorgente sonora (l'altoparlante), per fissare le idee supporremo che prima avvenga una compressione verso destra, poi una dilatazione verso sinistra:

L'altoparlante si muove e spinge le particelle d'aria che si trovano alla sua destra (fase a) operando una compressione. Queste, a loro volta vanno a spingere le particelle che sono a loro vicine e trasferiscono loro l'energia che hanno ricevuto l'altoparlante. In seguito l'altoparlante torna indietro ed esegue una compressione nel verso opposto ovvero una dilatazione verso sinistra (fase b) e nel fare ciò crea una depressione davanti a se che viene colmata dalle particelle d'aria che si trovano nelle immediate vicinanze. Queste particelle che si muovono creano a loro volta una depressione alla loro destra e così via. Questo procedimento fa sì che la particelle trasmettano l'energia oscillando e non muovendosi fisicamente nella direzione di propagazione del suono. Potrete facilmente convincervi di questo pensando ad un tappo di sughero in uno specchio d'acqua in cui tirate un sasso. Vedrete che il tappo oscilla su e giù man mano che l'onda generata dal sasso si propaga ma rimane immobile rispetto alla direzione di propagazione dell'onda. Se l'altoparlante è pilotato da un segnale sinusoidale, la pressione atmosferica nelle sue vicinanze avrà l'andamento descritto dalla figura qui riportata.

|top|

Proprietà del suono

Nel paragrafo precedente si è visto come l'andamento della pressione atmosferica in corrispondenza di un altoparlante in azione possa essere visualizzato come una forma d'onda. Le forme d'onda possono arrivare ad essere molto complicate ma per fortuna tutte, e dico tutte, possono essere considerate come un'estensione di una forma d'onda molto semplice: la sinusoide, espressa nella sua forma più generica dalla seguente formula:
Questa ha una serie di proprietà che ci accingiamo ad enunciare e a descrivere:
1. Frequenza (f)
2. Periodo (T)
3. Lunghezza d'onda (lambda)
4. Ampiezza (A)
5. Fase (f)
6. Velocità (v)

Frequenza

E' letteralmente il numero di cicli che vengono compiuti dall'onda in un secondo dove un ciclo si intende composto da una semionda positiva e una semionda negativa. Viene misurata in Hz[1/sec], un'onda di frequenza pari a 1Hz compie un ciclo ogni secondo. La figura a lato mostra una sinusoide di frequenza pari a 5 KHz.

Periodo

È il tempo impiegato per compiere un ciclo completo. Vale la relazione:
La figura seguente mostra la durata del periodo di una sinusoide:

Lunghezza d'onda

Definita come la distanza tra due punti corrispondenti (per esempio due massimi successivi) lungo la forma d'onda. Il suo valore può essere calcolato a partire dalla formula qui riportata:

dove: c = velocità del suono nel mezzo che si sta considerando (nell'aria è 344 m/sec). Per cominciare ad avere un'idea delle dimensioni che vengono tirate in ballo possiamo considerare un'onda di frequenza 1Hz che viaggia nell'aria. Per la formula di prima avremo che:

cioè ogni ciclo l'onda si estende per 344 m, due stadi da calcio!! (Come vedremo l'orecchio umano comincia a percepire suoni di frequenza superiore ai 20-30Hz quindi lunghezze d'onda di 15-18 metri.) La figura seguente mostra la lunghezza d'onda di una sinusoide:

Ampiezza

E' la misura dello scostamento massimo dalla posizione di equilibrio. Ampiezze maggiori corrispondono a volumi più alti. Esistono due tipi misura delle ampiezze. La prima è una misura di tipo assoluto ed è detta ampiezza di picco. Questa misura effettivamente il punto in cui si l'onda ha ampiezza massima. La seconda è una misura sull'ampiezza come viene percepita dall'orecchio. Si parla in questo caso di ampiezza efficace (RMS, Root Mean Square), in formule:

 
 
La figura a lato mostra l'ampiezza di una sinusoide:
 
 
 

Fase

Questa grandezza è sempre una relazione tra due forme d'onda. Per capire questo concetto occorre spiegare come viene costruita una forma d'onda sinusoidale. Per fare ciò faremo riferimento alla figura seguente:

Immaginiamo che il punto A si muova lungo la circonferenza in senso antiorario a partire dal punto a 0 gradi. Se a è l'angolo avremo che i segmenti proiezione del punto A sugli assi x e y saranno rispettivamente:
quindi quello che vedete nel grafico (a) non è altro che la lunghezza della proiezione del punto A sull'asse delle ordinate (y) al variare dell'angolo. Immaginate ora di far ruotare il punto A in senso antiorario, la sua proiezione sulle y sarà all'inizio negativa e avrà l'andamento della figura (b). Ora possiamo dare un'altra interpretazione della frequenza dicendo che sarà il numero di volte che il punto A compie un giro completo in un secondo. L'ampiezza massima si avrà sempre a 90° indipendentemente dalla frequenza, più in generale possiamo dire che la fase non dipende dalla frequenza. L'equazione che lega la fase al tempo è:

Esempio

Per dare un esempio della sua utilità possiamo calcolare il ritardo necessario affinchè due sinusoidi di frequenza 100Hz arrivino sfasate di 90°; sostituiamo i valori nell'equazione e risolviamo:

Velocità

Si è accennato che la velocità del suono nell'aria è di circa 344m/s. Più il mezzo è denso, più il suono si propaga velocemente e vedremo meglio nel seguito come questo fatto sia alla base del fenomeno della rifrazione . Un suono che si propaga all'interno di un mezzo ha una velocità di propagazione che dipende dalle caratteristiche del mezzo stesso. Ogni mezzo ha una sua tipica velocità del suono calcolata ad una temperatura costante di 23.24 oC. Questo serve come valore di riferimento in quanto al variare della temperatura, variano le caratteristiche del mezzo e dunque la velocità del suono al suo interno. Quando un mezzo viene riscaldato, alle sue particelle viene trasferita energia cinetica. Quando vengono in contatto con un fronte d'onda, le particelle del mezzo rispondono più prontamente alla sollecitazione e trasmettono dunque l'energia sonora ricevuta più velocemente. Ciò si traduce nella maggiore velocità del suono nel mezzo. Mediamente si riscontra un aumento (diminuzione) di velocità di 0.6 m/s per ogni incremento (decremento) di un grado C della temperatura del mezzo.

|top|

Fonte:la rete e i tecnici di Videostudio1