La teoria del suono: natura, velocità, intensità e timbro
Il suono, un fenomeno tanto comune quanto affascinante, è al centro di numerosi studi e ricerche in vari campi, dalla fisica all’ingegneria, dalla biologia alla psicologia. Il suono è essenzialmente una forma di energia che si propaga attraverso onde meccaniche, solitamente in un mezzo elastico come l’aria, l’acqua o i solidi. Queste onde sonore sono generate dalla vibrazione di un oggetto, che a sua volta provoca la vibrazione delle particelle nel mezzo circostante. Questo movimento ondulatorio si propaga attraverso il mezzo fino a raggiungere l’orecchio, dove viene percepito come suono.
I concetti fondamentali della teoria del suono includono parametri come la frequenza, misurata in hertz (Hz), che determina l’altezza del suono, e l’ampiezza, che influisce sul volume. La velocità del suono è un altro aspetto cruciale, variando a seconda del mezzo attraverso cui si propaga. Ad esempio, il suono viaggia più velocemente nell’acqua e nei solidi rispetto all’aria.
La natura ondulatoria del suono apre anche la porta a fenomeni complessi come l’interferenza, la diffrazione e la riflessione, che sono essenziali per comprendere come il suono si propaga e interagisce con gli ambienti. Questi principi sono applicati in tecnologie come l’ecografia in medicina, il sonar in navigazione e la sintesi del suono in musica elettronica.
Scopriamone insieme le caratteristiche principali!
La natura del suono
Il suono è generato dalle vibrazioni di un corpo elastico e si trasmette sotto forma di onde sonore, generate dall’oscillazione della pressione dell’aria.
Il suono può propagarsi nei solidi, nei liquidi e nei gas, ma non si trasmette nel vuoto.
Infatti se facciamo suonare una sveglia sotto una campana in cui si è creato il vuoto, non udiamo alcun suono.
Le onde sonore sono onde sferiche che si propagano in tutte le direzioni.
Se ad esempio proviamo a percuotere uno strumento a membrana (come ad esempio un tamburo o un bongo) ecco che l’energia della nostra mano genera le vibrazioni della membrana che si propagano nell’aria sotto forma di onda sonora.
Lo strumento è la sorgente sonora mentre l’aria è il mezzo di trasmissione del suono.
Percuotendo la membrana si produce una zona di compressione dell’aria che tornando indietro genera una zona di rarefazione.
La successione di compressioni e di rarefazioni forma l’onda sonora.
La velocità del suono
La velocità di trasmissione del suono dipende dal mezzo in cui si propaga ed ha determinate caratteristiche:
- è maggiore nei liquidi rispetto ai gas;
- è maggiore nei solidi rispetto ai liquidi;
- varia con la temperatura del mezzo.
In tabella sono riportati i valori di alcuni mezzi in cui si trasmette il suono e della velocità con cui questo si trasmette a determinate temperature.
L’intensità delle onde sonore
L’intensità del suono consente di distinguere tra suoni forti e suoni deboli ed è determinata dall’ampiezza dell’onda sonora.
- un suono di FORTE intensità è caratterizzato da onde sonore di grande ampiezza;
- un suono di DEBOLE intensità è caratterizzato da onde sonore di ampiezza piccola.
L’intensità dei suoni in rapporto all’orecchio umano si determina facendo riferimento a una scala convenzionale di misura in cui l’unità è il decibel (dB).
La minima intensità sonora percepibile dall’orecchio umano corrisponde a 0 dB e da qui inizia la scala convenzionale di misura del suono.
Vediamo alcuni esempi di intensità sonore:
- Due persone che parlano producono dai 50 ai 70 decibel;
- Un’automobile produce dai 60 agli 80 decibel;
- Un’aspirapolvere produce dai 70 agli 80 decibel;
- Un aeroplano produce dai 110 ai 150 decibel.
Il timbro delle onde sonore
Il timbro è la particolare qualità del suono che permette di distinguere due suoni che hanno stessa frequenza e stessa altezza.
Ogni strumento, così come ogni sorgente sonora, produce un suono con un determinato timbro.
Il nostro udito è in grado di distinguere il suono di un violino da quello di una tromba o di un’arpa che suonano la stessa nota.
Il timbro dipende dalla sorgente sonora che produce il suono.
Fonoassorbenti e isolanti acustici
Un materiale fonoassorbente impedisce la propagazione delle onde sonore trasformandole in calore e migliorando l’acustica dello spazio in cui viene collocato.
I materiali più utilizzati sono il sughero, la canapa, la fibra di legno e la juta.
I materiali fonoisolanti invece riflettono le onde sonore non dissipandole nell’ambiente e sono utilizzati per proteggere gli ambienti dall’inquinamento acustico esterno.
I materiali fonoisolanti più comuni sono il piombo e la gomma.