IL SUONO• CHE COS’È IL SUONO?

• CENNI STORICI.

• PARTICOLARITÀ SUL SUONO.

• LE CARATTERISTICHE DEL SUONO.

• L’UDITO E IL LIVELLO DI UDIBILITÀ.

Spera Alessia e Torchella Alessandra

CHE COS’È IL SUONO?

Le onde sonore sono onde meccaniche e che quindi hanno bisogno

di materia, in particolare di un corpo che vibra, per propagarsi. Il

suono è un’onda longitudinale con fronti d’onda a forma di sfere

concentriche. Le particelle d’aria, nella loro oscillazione creano delle

aree di compressione, dove la pressione è leggermente maggiore di

quella atmosferica, e delle sacche di rarefazione, dove la pressione è

leggermente minore di quella atmosferica, queste aree di

compressione e di rarefazione si propagano.

CENNI STORICI

Uno studio sperimentale dei fenomeni sonori ha inizio con Galileo Galilei, a cui

risalgono idee e ricerche sulla natura del suono e sui suoi caratteri; in particolare

a lui è dovuto l’aver riconosciuto nell’altezza di un suono la sua correlazione alla

frequenza di vibrazione della sorgente sonora. Contemporaneamente a Galilei,

anche altri hanno scoperto e studiato altre qualità del suono; come ad esempio

Sagredo, che ha dimostrato che il mezzo di trasmissione è l’aria(1615) e

successivamente Guericke il quale ha scoperto che anche i solidi e i liquidi sono

mezzi di trasmissione, Mersenne che per primo effettuò una determinazione della

velocità del suono o Gassendi a cui è dovuta l’osservazione dell’indipendenza fra

l’altezza del suono e la sua velocità. Nel XIX secolo, poi, sono stati approfonditi

questi studi, e in particolare lo studio della propagazione ondosa e gli aspetti

energetici di questa.

PARTICOLARITÀ SUL SUONO

Tutte le onde acustiche si dividono in due grandi categorie: i suoni e i rumori.

• I rumori sono onde acustiche generate da una vibrazione non periodica.

• Al contrario, i suoni sono onde acustiche generate da una vibrazione periodica.

Questi ultimi, a loro volta si dividono in altre due categorie: i suoni puri e i suoni

complessi.I suoni puri sono onde acustiche periodiche di tipo armonico, mentre quelli

complessi(o impuri) sono onde acustiche periodiche di tipo non armonico. . Da ciò deriva il

Teorema di Fuorier, il quale afferma che: ogni suono complesso non è altro che la

sovrapposizione di più suoni puri. Ogni suono complesso si può scrivere come funzione di

seno e coseno, le cui frequenze vanno da f1 a fn, dove fn è multiplo di f1(fn = nf1). La prima

frequenza è detta Prima armonica, la seconda Seconda armonica, e così via; formando una

progressione detta Progressione di Fourier.

La pelle di un tamburo vibra secondo un'onda di

Fourier

PARTICOLARITÀ SUL SUONO

Per quanto riguarda la velocità del suono, questa è la velocità con cui un suono si

propaga in un mezzo. La velocità del suono varia a seconda del mezzo, e anche al

variare delle proprietà del mezzo, specialmente con la sua temperatura. Il suono

si propaga in modi diversi a seconda che sia in un solido, in cui tutte le molecole

sono collegate solidamente fra loro, oppure in un fluido (liquido o gas), che invece

è incoerente. Laplace nel 1816 fu il primo a mettere in evidenza esplicitamente il

motivo per cui la teoria di Newton del moto oscillatorio forniva un valore

impreciso della velocità del suono. In quanto, secondo Newton la velocità del

suono nell’aria secca era di circa 332 m/s, mentre esso, 150 anni dopo scoprì che

la velocità del suono si aggira intorno a 340 m/s.

Materiali Velocità del

suono [m/s]

Aria ( 15°) 342 m/s

Idrogeno 1260 m/s

Acqua 1484 m/s

Ghiaccio 3980 m/s

Vetro 5770 m/s

Gomma

Elastica

30 - 70m/s

Ferro 5000 m/s

Piombo 2160 m/s

Acciaio 5900 m/s

Alluminio 6300 m/s

Sughero 500 m/s

Marmo 3800 m/s

Sabbia 10 – 300 m/s

LE CARATTERISTICHE DEL SUONO

L’altezza è la proprietà per cui un suono può essere più o meno grave o più o meno

acuto(quindi più basso o più alto)e ci permette di distinguerli. Essa dipende dalla velocità di

vibrazione, cioè dal numero di vibrazioni prodotte in un secondo e quindi dalla frequenza; al

crescere di questa corrisponde l’aumento dell’altezza. Onde sonore aventi ampiezza uguale

ma frequenza diversa generano quindi suoni di diversa altezza. Influiscono sulla frequenza e

quindi sull’altezza del suono, la dimensione e la tensione del corpo vibrante. Un suono acuto

ha più tensione, mentre un suono grave ha meno tensione. I suoni più gravi corrispondono a

onde di frequenza minore(quindi lunghezza d’onda maggiore), mentre i suoni più acuti

corrispondono a onde di frequenza maggiore(quindi minori lunghezze d’onda).

Esperimento.

Per questo esperimento servono: una tavoletta

di legno, chiodi e martello, una riga da disegno,

filo di nylon.

Si prendono le misure su una tavoletta per

piantare tre coppie di chiodi a distanza

crescente.

Tra le coppie di chiodi si stende un filo,

pizzicandolo riusciamo a sentire se il suono è

più o meno acuto.

Tra la coppia di chiodi con meno distanza si avrà

un suono più grave, mentre aumentando la

distanza il suono diventerà più acuto in quanto

ci sarà più tensione.

LE CARATTERISTICHE DEL SUONO

Il timbro rappresenta la qualità del suono e permette di

distinguere suoni emessi da sorgenti diverse, anche se

essi hanno la stessa frequenza e la stessa intensità. E’ quindi la

proprietà per cui un suono è percepito di diversa qualità a

seconda della fonte sonora che lo emette e dal modo in cui è

messo in vibrazione il corpo vibrante. Il timbro dipende dalla

forma delle vibrazioni, sulla quale influiscono la forma e il

materiale di cui è costituito il corpo vibrante e il modo in cui

esso viene sollecitato.

Esperimento.

Per questo esperimento servono ancora: una tavoletta

di legno, chiodi e martello, una riga da disegno, filo di

nylon, spago e elastici di diverso spessore.

Si prendono le misure su una tavoletta per piantare

coppie di chiodi a distanze uguali.

Tra le coppie di chiodi si stendono i diversi fili,

pizzicandoli possiamo notare che pur alla stessa

distanza il suono cambia in base al materiale e al modo

in cui viene sollecitato.

LE CARATTERISTICHE DEL SUONO

L’intensità è definita come il flusso di energia che, nell’unità di tempo, attraversa una

superficie di area unitaria disposta perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Essa

è la grandezza che ci permette di distinguere i suoni deboli da quelli forti. Un suono è tanto

più forte quanto maggiore è l’ampiezza delle oscillazioni della sorgente che lo genera. Essa

viene identificata come il rapporto fra la potenza trasportata dall’onda e la superficie su cui

essa incide (I=P/S) L’unità di misura di questa grandezza è il watt su metri al

quadrato([I]=W/m2).

L’intensità è inversamente proporzionale ai quadrati delle distanze dalla sorgente.

I2/I1 = (P/S2)/(P/S1)/ = (1/S2)*S1 = 4πR12/4πR2

2 = R1/R2

L’UDITO E IL LIVELLO DI UDIBILITÀ

La più piccola intensità che l’orecchio umano È I0= 10-12 W/M2 ed È detta

intensità zero. La più grande intensità invece, da esso percepita è imax =10

w/m2, ed è detta soglia del dolore. Suoni che hanno la stessa intensità,

dall’orecchio umano possono essere percepiti in modo diverso. Più

comunemente, si esprime l’intensità dei suoni in termini di una grandezza fisica

ad essa collegata: il livello di udibilità, il quale ci permette di percepire in

modo diverso i suoni. Esso È definito come: l=10log(i/I0). Questo non si somma

in modo lineare ma in scala logaritmica. L’unità di misura del livello di intensità

sonora è il decibel(db). Il livello di udibilità minimo è lmin=10log(i0/i0)=0,

mentre il livello di udibilità massimo è lmax=10log(imax/i0)=130.

Sorgente sonoraLivello di intensità

sonora in dB

Soglia del dolore 134

Danni all'udito per

breve esposizioneca. 120

Jet a 100 m 110 - 140

Martello pneumatico

a 1 m / Discotecaca. 100

Danni all'udito per

lunga esposizioneca. 90

strada trafficata a 10

m80 - 90

automobile a 10 m 60 - 80

TV ad 1 m ca. 60

Parlato a 1 m 40 - 60

Stanza molto

silenziosa20 - 30

Respiro 10

Soglia di udibilità a 2

kHz0

L’UDITO E IL LIVELLO DI UDIBILITÀ

• Il nostro orecchio non percepisce tutte le vibrazioni. Perché una

vibrazione produca un suono la sua frequenza deve essere compresa

nell’intervallo di udibilità. Questo intervallo varia da un individuo

all’altro; di solito sono udibili quei suoni che hanno una frequenza

che va da 20 ai 20.000 Hz circa).

• I suoni che hanno una frequenza minore a 20 Hz(f < 20 Hz) sono

detti Infrasuoni, mentre quelli che hanno una frequenza maggiore a

20.000 Hz(f > 20.000 Hz) sono detti Ultrasuoni. L’orecchio umano

riesce a sentire suoni che vanno da 17 cm a 17 metri, in

quanto λ=V*T e quindi, λ=V/f.

Esperimento.

Per questo esperimento servono: una lattina, un guanto di

gomma, della carta d’alluminio, un cavalletto per fotografie, una

scatola di cartone, del nastro isolante, un amplificatore ed un

laser.

Una volta tagliata la lattina ad entrambe le stremità, su una di

queste stendiamo il guanto. Su di essa posizioniamo un pezzo di

materiale riflettente, come ad esempio la carta alluminio.

Quest’ultima viene inserita all’interno di una scatola di cartina

per poi creare un foro di lato da cui inseriremo il nostro

Dall’altra estremità della lattina mettiamo un amplificatore.

Successivamente poniamo al di sopra del cavalletto per

fotografie il laser., dove quest’ultimo sarà puntato sulla carta

d’alluminio. Se invece dell’amplificatore, nel foro creato nel

cartone parlassimo noteremo che le vibrazioni delle corde vocali

produrranno frequenze diverse in base all’intensità con cui

stiamo parlando. Mentre se nel foro inseriamo un amplificatore,

quest’ultimo verrà collegato al telefono dal quale saranno

trasmesse gli ultrasuoni e gli infrasuoni, così da dimostrare che il

nostro livello di udibilità non riesce a percepire frequenze

inferiori a 20Hz o superiori a 20000Hz, ma riusciamo a vederle

grazie al riflesso della luce del laser sul materiale riflettente.