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Un po’ di fisica acustica
di Fabio Tullio
ftullio@everyday.com

Il suono di uno strumento, le parole di un conoscente, il rumore del traffico o il fragore di un tuono sono manifestazioni diverse dello stesso fenomeno fisico: la propagazione attraverso l’aria delle onde acustiche.
Se noi schiocchiamo le dita, così facendo creiamo una serie di compressioni e decompressioni nell’aria circostante, formando una serie di onde che si propagano intorno.
Un’onda acustica è formata quindi, in parole molto semplici, da una fetta d’aria  compressa in una sua parte e simmetricamente decompressa nell’altra : da ciò risulta chiara subito una cosa, e cioè che in assenza di aria non vi è suono venendo a mancare il mezzo di propagazione dell’onda acustica.
L’esempio , classico ma efficace, che si fa sempre e quello del sasso gettato nello stagno tranquillo : il punto di entrata del sasso nell’acqua rappresenta la sorgente del suono mentre i cerchi di acqua che si propagano da esso sono le onde acustiche.
Il suono si propaga alla velocità media di 332 m/s.
Quando esso giunge a noi la membrana timpanica, posta nel nostro orecchio, reagisce per simpatia vibrando e ripetendo la sequenza di compressione e depressione dell’aria.
Gli ossicini posti dietro di essa trasmettono le vibrazioni agli organi retrostanti i quali li tramutano in impulsi elettrici che, trasmessi al cervello tramite il nervo acustico, vengono decodificati come suoni, rumori, parole etc.
L’onda acustica ha, sostanzialmente, tre attributi : ampiezza, frequenza e timbro.
L’ampiezza ne definisce il volume : tanto più l’onda è ampia tanto più forte noi sentiremo il suono del quale essa è la copia e tanto più a lungo durerà nel tempo, potendo quindi percorrere distanze maggiori nello spazio.
La frequenza determina l’intonazione : maggiore è la frequenza più acuto sarà il suono e viceversa.
Si misura in Hertz (Hz), dal nome del suo scopritore, dove 1 Hz = una onda al secondo, completa di compressione e depressione (in fisica si dice periodo o ciclo).
Per tornare all’esempio del sasso nello stagno  l’ampiezza corrisponde all’altezza dell’onda mentre la frequenza è data dalla distanza tra la cresta di un’onda e quella di una subito adiacente.
Il diagramma seguente mostra schematicamente un’onda sonora con frequenza di un ciclo al  secondo per cui equivalente ad 1 Hz.

 

E’ chiaro che più vicine sono le onde più elevata è la frequenza e quindi più acuto il suono.
Questo diagramma mostra una onda sonora avente frequenza di 3 cicli per secondo ovvero con frequenza di 3 Hz e quindi leggermente più acuta, come intonazione, della precedente.

 

La nota "La"  posta nell'ottava centrale del pianoforte è a 440 Hz , significa quindi che quel suono e costituito da 440 vibrazioni o onde al secondo.
L’orecchio umano riesce a percepire suoni aventi frequenza da 16 a 20.000 Hz circa.
La terza componente, ovvero il timbro, è quella che più ci interessa in quanto definisce il colore di un suono, rendendolo più o meno gradevole al nostro orecchio.
Il timbro di un suono è definito dalla presenza all’interno di esso di note aventi ampiezza variabile (ma sempre inferiore alla nota base) e periodi più brevi (quindi più acute), che ne arricchiscono il colore, le quali prendono il nome di armoniche superiori.
Distinguiamo quindi un suono fondamentale e, concomitanti ma più acute, le armoniche che formano in maniera determinante il timbro ; la differenza tra un violino Stradivari ed uno commerciale risiede sostanzialmente qui, ovvero tra la ricchezza e la felice combinazione di armoniche del primo rispetto al secondo.


 

Nel diagramma soprastante la curva "A" definisce in larga parte il volume e l’intonazione della nota (in questo caso =1 Hz),ma contemporaneamente vengono emesse le note armoniche rappresentate schematicamente dalle curve "B","C" e "D" aventi volume e frequenza diversi, che ne definiscono in modo determinante il timbro.
Nella realtà, quindi, la curva che rappresenta il suono oggetto di esempio è esattamente la somma algebrica delle onde "A","B","C" e "D", ovvero, molto approssimativamente, come nel diagramma seguente :

 

 



Zast
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Data ultima modifica: 20/03/2006

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