1. LACUSTICA NELLA STORIA Breve excursus nella storia della fisica acustica dalle prime testimonianze scritte ai primi del 1900 Fosca Fimiania.s. 2013/2014 Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia

2. Prefazione La prima testimonianza scritta relativamente allacustica pu essere trovata nel vecchio testamento, Esodo XXVI 7/8: Farai pure dei teli di pelo di capra che serviranno da tenda per coprire il tabernacolo: di questi teli ne farai undici. La lunghezza di ogni telo sar di trenta cubiti e la larghezza di ogni telo di quattro cubiti segue poi una minuziosa descrizione di come posizionare questi teli sopra il tabernacolo e delle dimensioni degli stessi, molto probabilmente con la funzione di assorbire il suono. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 3. Pitagora e i Pitagorici (570-497 a.C.) La scienza del suono ha le sue origini nello studio della musica e delle corde vibranti effettuato da Pitagora durante il sesto secolo a.C. Il contributo pi duraturo che i pitagorici hanno dato alla teoria acustica fu stabilire la proporzionalit inversa tra laltezza e la lunghezza di una corda vibrante. Linfluenza della ricerca pitagorica nellacustica principalmente presente in concetti relativi allastronomia, cio i pitagorici cercavano di associare unarmonia musicale allorganizzazione dei corpi celesti. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 4. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 5. Alcuni pensatori suppongono, scrisse con chiaro riferimento ai pitagorici, Che il moto dei corpi di questa grandezza deve produrre un rumore, fintanto che sulla nostra terra il moto dei corpi molto inferiori in grandezza e in velocit di movimento ha quest'effetto. Anche, quando il sole e la luna, dicono, e le stelle, cos tante, si muovono con si rapido movimento, come possono non produrre un suono immensamente grande? Incominciando da questo argomento e dall'osservazione delle velocit, come misurate dalle loro distanze, sono nello stesso rapporto degli intervalli musicali, asseriscono che il suono dato dal movimento circolare delle stelle un'armonia. Aristotele, De Caelo, Book II.9. Aristotele (384-322 a.C.) diede una spiegazione di questa teoria stravagante: Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 6. Aristotele (384 322 a.C.) Filosofo Greco e fondatore del liceo di Atene, scrisse molto su diversi temi scientifici. I principali riferimenti allacustica fatti da Aristotele, si trovano nel suo trattato: il De Anima e nel trattato: De Audibilibus. Questi trattati mostrano che Aristotele collegava il suono al moto dellaria ma non certo fosse arrivato al concetto donda. Capiva la natura delleco. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 7. Tutti i suoni, che siano articolati o inarticolati, sono prodotti dallo scontrarsi di corpi con altri corpi o dellaria con i corpi, non perch laria assuma certe forme, come alcuni pensano, ma perch messa in movimento nello stesso modo in cui lo sono messi i corpi: per contrazione, espansione e compressione, perch si scontrano con il fiato o con le corde di uno strumento musicale. De Audibilibus Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 8. Ingegnere romano e architetto. Scrisse un trattato in 10 libri: De Architectura sopravvissuto fino ad oggi. Era interessato soprattutto allacustica dei teatri classici. In questo trattato Vitruvius incluse un'analisi alquanto accurata dell'acustica dei teatri. Ovviamente Vitruvius quando scrisse il trattato non aveva le stesse conoscenze che abbiamo oggi in riferimento alla interferenza e alla decadenza del suolo riverberato ma Vitruvius va comunque considerato come profeta acustico per la loro identificazione. Marcus Pollio Vitruvius 25 a.C. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 9. 1. Cum haec omnia summa cura sollertiaque explicata sunt, tunc etiam diligentius est animadvertendum uti sit electus locus, in quo leniter adplicet se vox neque repulsa resiliens incertas auribus referat significationes. sunt enim nonnulli qui graece dicuntur , circumsonantes qui apud eos nominantur , item resonantes qui dicuntur , consonantesque quos appellant . dissonantes sunt in quibus vox prima cum est elata in altitudinem, offensa superioribus solidis corporibus repulsaque residens in imo opprimit insequentis vocis elationem, 2. circumsonantes autem in quibus circumvagando coacta exsolvens in medio, sine extremis casibus sonans ibi extinguatur incerta verborum significatione, resonantes vero in quibus cum in solido tactu percussa resiliat, imagines exprimendo novissimos casus duplices faciat auditu. item consonantes sunt in quibus ab imis auxiliata cum incremento scandens egrediatur ad aures diserta verborum claritate. ita si in locorum electione fuerit diligens animadversio, emendatus erit prudentia ad utilitatem in theatris vocis effectus. formarum autem descriptiones inter se discriminibus his erunt notatae uti quae ex quadratis designentur, Graecorum habeant usus, latina e paribus lateribus trigonorum. ita his praescriptionibus qui voluerit uti, emendatas efficiet theatrorum perfectiones. Vitruvius, De Architectura, libro 5, cap. 8 Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 10. 1.Et cum siano tute queste cose con summa cura et solertia explicate, pur anchora pi diligentemente da animadvertire chel sia electo il loco in lo quale placevolmente se applica la voce, n anche repercossa resaliendo referisca a le aurechie le incerte significatione, per che sono aluni loci naturalmente impedienti li moti de la voce, s co- mo li dissonanti, quali da Graeci sono dicti . Li circumsonanti quali appresso di epsi Graeci son nominati . Item li resonanti quali sono dicti . Et li consonanti quali appellano . Li dissonanti loci sono epsi, in li quali la voce prima quando elevata in altitudine offensa et repulsa da li corpi solidi superiori, questa retornando al basso opprime la elevatione de la insequente voce. 2. Ma li circumsonanti sono epsi, in li quali la constricta voce va circumvagando, disolvendosi in lo medio sonando senza extremi casi, ivi se extingue con incerta signifi- catione de le parole. Ma li resonanti, in li quali quando in lo solido dal tacto percossa, resalisseno le imagine de la voce, exprimendo li novissimi casi de epsa voce duplici fano al audito. Item li consonanti sono epsi, in li quali la voce auxiliata da li bassi loci ascendendo con augumento intra a le aurechie con discernuta clarit de le parole. Cos in la electione de li loci ser diligente animadversione, ser con prudentia emendato lo effecto de la voce in li theatri ad utilitate. Ma la descriptione de le forme serano intra epse con queste differentie notate, per che quelle che de quadrati se designano habiano lo uso de li graeci. Ma le latine con li pari lati de li trigoni sono facte, et cos quello che queste perscriptione haver voluto usare efficer le emendate perfectione de li theatri. (traduzione di Cesariano, Cesare, allievo di Bramante) Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 11. Galileo Galilei (1564 1642) Filosofo italiano fondatore della fisica moderna, il suo maggior contributo alla scienza fu probabilmente legato al campo della meccanica ed anche le sue scoperte legate allastronomia sono molto conosciute. Galileo era molto affascinato dal fenomeno del suono. Nel suo libro Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze (1638) alla fine delle discussioni del primo giorno, introduce le sue idee sullacustica con particolare interesse allimportanza del concetto di frequenza. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 12. Le ultime pagine del primo giorno nel Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze, trattano principalmente dacustica. (Salviati parla) Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 13. Marin Marsenne (15881648) Un filosofo francese naturalista e frate francescano, considerato come il padre dellacustica moderna. Nel suo trattato Harmonie universelle, pubblicato nel 1636, egli descrisse per la prima volta in termini scientifici un suono udibile (84 Hz), e dimostr che il rapporto assoluto della frequenza di due corde vibranti, di cui una riproduceva lottava superiore dellaltra, era dato da 1:2. Il paragone con le onde in un fluido era scontato: fu quindi definito che il moto in aria generato da dei suoni musicali di tipo oscillatorio, e fu osservato che il suono viaggiava a velocit finita. Mersenne misur la velocit del suono contando il numero di battiti del cuore durante lintervallo fra il lampo e la percezione del tuono. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 14. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 15. Isaac Newton (1642 1727) Uno dei giganti della filosofia naturale , conosciuto principalmente per i suoi lavori sulla gravitazione, cosmologia, luce e matematica. Nel suo famoso libro Principia Mathematica nel secondo libro, relativamente alle sue investigazioni del moto ondoso nei fluidi, fece ci che si pu considerare il primo passo verso una derivazione teorica della velocit del suono in un fluido come laria. Lavoro che fu criticato da uomini come Eulero e Lagrange. Il valore trovato da Newton era di poco lontano da quello veritiero (questa discrepanza sar messa in evidenza da Laplace nel suo lavoro del 1816). Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 16. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 17. Piccoli spot prima di arrivare alla seconda met del 700 Joseph Sauver (1653 1713) sugger il termine acustica (dalla parola Greca , "udire") per identificare la scienza del suono Il conte Giovanni Battista Lodovico Bianoni (1717 1781) di Bologna assieme al francese Charles Marie de la Condamine (1701 1773), in esperimenti fra loro indipendenti, scoprirono che la temperatura influenzava la velocit del suono. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 18. Ernst F. F. Chladni (17561827) Chladni nacque a Wittemberg, Germania, la sua famiglia era originaria della Kremnica, una citt che ora si trova in Slovacchia, allora era parte del regno di Ungaria. E lautore dellacclamato Die Akustik gli spesso stato accreditato il merito di stabilire il campo della acustica sperimentale moderna attraverso la scoperta delle vibrazioni torsionali e misure della velocit del suono con laiuto di aste vibranti e canne risonanti. Una delle scoperte pi conosciute di Chladni fu inventare una tecnica per far vedere I vari modi di vibrazione di una superficie rigida. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 19. Curiosit Negli anni Cinquanta Carleen Maley Hutchins, oltreoceano, inizia e porta avanti interessanti ricerche partendo dalle teorie del Savart il quale affermava che i migliori violini presentano una tavola armonica che se percossa, emette una nota di un semitono pi alta del fondo. Lausilio di strumentazioni elettroniche rivoluzionarie per lepoca ed i suggerimenti nonch le collaborazioni con liutai, chimici e ricercatori (Karl a. Berger, alvin S. Hopping, fernando Sacconi) la portano a scoprire ed applicare alla liuteria le figure di Ernst Chladni. - posted in estratti dal libro, il violinista Antonio Bonacchi Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 20. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 21. Giusto per sapere Il barone S.B.J. Fourier nel 1822 pubblic il suo libro sulla teoria analitica del calore dove dimostr che un moto finito e periodico continuo pu essere sempre decomposto in una serie di moti semplici armonici di giusta fase ed ampiezza. Lanalisi Fourier sempre presente in acustica ed lo studio del modo in cui funzioni generali possono essere rappresentate o approssimate dalla somma di semplici funzioni trigonometriche (somme di seni e coseni). Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 22. Michael Faraday (1791 1867) Considerato da molti essere il pi grande fra i filosofi naturali, spese tutta la sua vita professionale al Royal Institution in Inghilterra. famoso per le sue ricerche sullelettromagnetismo e la scoperta dellinduzione elettromagnetica. Era comunque interessato a tutti gli aspetti relativi ai fenomeni naturali: tra cui il suono. Intono al 1830 (articolo On a peculiar class of Acoustical Figures; and on certain Forms assumed by groups of particles upon vibrating elastic Surfaces) comp diversi esperimenti relativi alle superfici vibranti dove fu portato a collegare la radiazione acustica risultante con la propagazione delleffetto elettromagnetico, anticipando, in un certo senso, il lavoro di Maxwell sulle onde elettromagnetiche. Faraday lavorando sugli esperimenti di Chladni, osserv il comportamento della sabbia su dei piatti vibranti e scopr che le particelle si accumulavano sulle linee nodali. Successivamente scopr che quando utilizzava sabbia veramente fine, queste non ricadevano sulle linee nodali ma venivano rimbalzate in aria, e tornavano allo stato di riposo, quando il suono cessava, negli spazi intermedi delle linee nodali, in vicinanza degli antinodi. La ragione di questo comportamento particolare fu scoperta proprio da Faraday, che la descrisse cos nel suo paper: Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 23. When a plate is made to vibrate, currents are established in the air lying upon the surface of the plate, which pass from the quiescent lines towards the centres or lines of vibration and then proceeding outwards from the plate to a greater or smaller distance, return towards the quiescent lines. Faraday not che la velocit del moto di queste correnti, e laltezza alla quale erano sollevate rispetto al piatto, dipendeva dallintensit della radiazione, la natura del mezzo e altre circostanze. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 24. Simon Ohm (1789 1854) Avanz lipotesi che lorecchio percepiva solo una singola vibrazione sinusoidale pura e che ciascun suono complesso era diviso dallorecchio nella sua frequenza fondamentale e nelle sue armoniche. Hermann F.L. von Helmholtz (1821 1894) Senza alcun dubbio a lui va il merito di aver posto le basi dellanalisi spettrale nel suo classico Lehre von den Tonempfindungen (Sulla sensazione del Suono), qui lui mostr come lorecchio pu separare le varie componenti di un suono composto. Lord Rayleigh (1845 1919) Pose le basi teoriche dellacustica. Stabil come misurare lintensit sonora ed inoltre defin la propagazione delle onde Rayleigh (da lui il loro nome) sulla superficie piana di un solido elastico. Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 25. Grazie per lattenzione Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia 26. Bibliografia e sitografia Lindsay - Acoustic; J.W.S. Rayleigh - The theory of sound; R.T.Beyer - Sounds of our times; Daniel R. Raichel - The science and applications of acoustics; D. Merejkowski - The Romance of Leonardo Da Vinci; Thomas D. Rossing (Editore) - Handbook of acoustics; M. R. Cohen e I.E. Drabkin - A source book of greek science ; G. Galilei - Discorsi e dimostrazioni intorno a due nuove scienze www.laparola.net/testo.php?riferimento=Esodo+26; www.wikipedia.org; Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 Lacustica nella storia