Suono

Il suono (dal latino sonus) è la sensazione data dallavibrazione di un corpo in oscillazione. Tale vibrazio-ne, che si propaga nell'aria o in un altro mezzo elasti-co, raggiunge l'apparato uditivo dell'orecchio che, tramiteun complesso meccanismo interno, crea una sensazione“uditiva” correlata alla natura della vibrazione; in parti-colar modo la membrana timpanica subendo variazioni dipressione entra in vibrazione.

1 Descrizione

Le oscillazioni sono spostamenti delle particelle intornoalla posizione di riposo e lungo la direzione di propaga-zione dell'onda; gli spostamenti sono provocati da movi-menti vibratori, provenienti da un determinato oggetto,chiamato sorgente del suono, il quale trasmette il propriomovimento alle particelle adiacenti grazie alle proprietàmeccaniche del mezzo; le particelle a loro volta, iniziandoad oscillare, trasmettono il movimento alle altre particel-le vicine e queste a loro volta ad altre ancora, provocan-do una variazione locale della pressione; in questo mo-do, un semplice movimento vibratorio si propaga mecca-nicamente originando un'onda sonora (o onda acustica),che è pertanto onda longitudinale. Si ha un'onda longi-tudinale quando le particelle del mezzo in cui si propa-ga l'onda, oscillano lungo la direzione di propagazione.Le onde meccaniche longitudinali sono anche denomi-nate onde di pressione. Il suono è un'onda che gode del-le seguenti proprietà: riflessione, rifrazione e diffrazione,ma non della polarizzazione (a differenza della luce cheè un'onda elettromagnetica). Un'onda ha la frequenza elunghezza d'onda che possono essere messe in relazionecon la formula:

y(x, t) = y0 sin(ω(t− x

c

))

dove:

• y è lo spostamento di un punto lungo l'onda sonora;

• x è la distanza dalla sorgente dell'onda del puntoconsiderato ;

• t è il tempo trascorso;

• y0 è l'ampiezza delle oscillazioni,

• c è la velocità dell'onda;

• ω è la velocitàangolare dell'onda.

La quantità x/c è il tempo necessario all'onda perpercorrere la distanza x.La frequenza f, in hertz, dell'onda è data da:

f =ω

2π.

Per le onde sonore, l'ampiezza dell'onda è la differenzatra la pressione del mezzo non perturbato e la pressionemassima causata dall'onda.La velocità di propagazione delle onde sonore dipen-de dalla temperatura e pressione del mezzo attraverso ilquale si propagano.Come tutte le onde, anche quelle sonore sono caratteriz-zate da una frequenza (che nel caso del suono è in diretta,ma non esclusiva, relazione con la percezione dell'altezza)e un'intensità (che è in diretta, ma non esclusiva, relazionecon il cosiddetto “volume” del suono). Inoltre, caratteri-stica saliente delle onde sonore è la forma d'onda stessa,che rende in gran parte ragione delle differenze cosiddet-te di timbro che si percepiscono tra diverse tipologie disuono.Il campo uditivo dell'uomo si estende da una frequenzadi circa 20 Hz fino a 20.000 Hz (ossia 20 kHz). La lun-ghezza d'onda rappresenta lo spazio percorso dall'ondasonora in un periodo completo di oscillazione. Le re-lazioni tra periodo T (tempo necessario perché si com-pia un'oscillazione completa), frequenza f, e lunghezzad'onda L sono date da:f = c/L; f = 1 /T; c = L/T; c = Lfdove c è la velocità del suono nell'aria (344 m/s; nell'aria,alla temperatura di 20 °C ed alla pressione atmosfericadel livello del mare).La velocità del suono dipende molto dalla densità delmezzo: è circa 1.500 m/s nell'acqua e circa 5.000 m/s nelferro. Essendo un movimento di materia, nel vuoto nonsi trasmette, poiché non c'è materia da far oscillare.Conoscendo la velocità e la frequenza di un suono, pos-siamo dunque calcolare la sua lunghezza d'onda; alla fre-quenza di 20 Hz, la lunghezza d'onda è pari a 17 metri,mentre a 20 kHz è pari a soltanto 17 mm.La velocità di propagazione del suono dipende dalle ca-ratteristiche del mezzo, in particolare l'elasticità e la den-sità. È direttamente proporzionale all'elasticità ed inver-

1

2 4 TIMBRO

samente proporzionale alla densità, secondo la relazionedove:

c

k

E

ρ

Spesso materiali di elevata densità presentano anche mo-duli di elasticità elevati e questo ha contribuito al diffon-dersi della convinzione che la velocità del suono sia piùelevata in un mezzo ad alta densità rispetto ad un altro didensità più ridotta.

2 Altezza

L'altezza è la qualità che fa distinguere un suono acuto dauno grave. Dipende in massima parte dalla frequenza maanche dalla intensità. L'orecchio umano percepisce solo isuoni che vanno da 16 a 20.000 oscillazioni al secondo. Aldi sotto abbiamo gli infrasuoni, al di sopra gli ultrasuoni.Il sonar, ma anche i delfini ed i pipistrelli percepisco-no gli ultrasuoni mentre gli elefanti, i pesci ed i cetaceipercepiscono gli infrasuoni.La pratica musicale copre una gamma di suoni, le cui fon-damentali vanno dal do grave che ha circa 65 oscillazionisemplici al secondo al do acuto che ha 8276 oscillazionisemplici. La voce umana ha un registro ancora più limi-tato. Per calcolare l'altezza dei suoni, è stato scelto comepunto di riferimento il La4 (= ottava centrale del piano-forte) che chiamiamo diapason o corista. La frequenzadel diapason, che fino al XIX secolo variava di Paese inPaese e anche a seconda del tipo di musica da esegui-re (sacra, da camera etc. è stata determinata da diver-si congressi: nel 1885, il governo austriaco stabilì che ilLa4 corrispondesse a 870 oscillazioni semplici che, a lo-ro volta, corrispondevano a 435 oscillazioni doppie. Orainvece il valore di riferimento, stabilito dalla Conferenzadi Londra del 1939, è 440 vibrazioni doppie, quindi 880semplici.

3 Volume e pressione

Il volume[1] che viene spesso anche chiamato - colloquial-mente ed erroneamente - pressione, è la qualità sono-ra associata alla percezione della forza di un suono, edè determinato dalla pressione[2] che l'onda sonora eser-cita sul timpano: quest'ultima è a sua volta determinatadall'ampiezza della vibrazione e dalla distanza del puntodi percezione da quello di emissione del suono.[3] In par-ticolare, la pressione di un'onda sonora sferica emessa dauna sorgente puntiforme risulta essere proporzionale alreciproco della distanza:

p̃ ∼ 1

r

p̃1p̃2

=r2r1

p̃1 = p̃2r2r1

p = pressionePer misurare il volume percepito di un suono si faspesso riferimento al livello sonoro, che viene calcola-to in decibel,[4] come segue: Lp = 10 log10

(p2

p02

)=

20 log10(

pp0

)dB

nella formula, p indica la pressione quadratica media,mentre p0 è una pressione sonora di riferimento (sogliadel silenzio o udibile. È la più piccola variazione di pres-sione che l'orecchio umano è in grado di percepire[5])comunemente posta 20 µPa (2 10−5 N/m²) in aria e a 1µPa in acqua. La misura in decibel risulta più appropriataper indicare il livello sonoro percepito, perché la rispostadell'orecchio umano è all'incirca logaritmica.[6]

L'intensità di un'onda sonora è invece definita come laquantità di energia che passa attraverso l'unità di areanell'intervallo di tempo unitario. Quindi se l'energia Epassa attraverso l'areaA nel tempo t, l'intensità I dell'ondaè I = E/At = Pac/A , dove si è tenuto conto della de-finizione di potenza Pac come rapporto fra l'energia e iltempo in cui viene sviluppata ( Pac = E/t ).[7]

L'intensità si può esprimere anche a partire dalla pressio-ne e dalla velocità dell'onda (indicando con T il periododell'onda): I = 1

T

∫ T

0p(t) · v(t) dt

Nel caso di un'onda sferica (sorgente puntiforme),l'intensità, in funzione della distanza è data da

Ir =Pac

A=

Pac

4πr2

Come si può vedere l'intensità decresce come il recipro-co del quadrato della distanza: I ∼ p2 ∼ 1

r2e quindi

molto più rapidamente della pressione p ∼ 1r[8]

Anche per l'intensità si dà una definizione di livello inunità logaritmiche (decibel[9]):

LI = 10 log10I

Io

In questo caso l'intensità di riferimento Io vale10−12W/m².

4 Timbro

Il timbro, è la qualità che, a parità di frequenza, distin-gue un suono da un altro. Il timbro dipende dalla forma

3

dell'onda sonora, determinata dalla sovrapposizione del-le onde sinusoidali caratterizzate dai suoni fondamentalie dai loro armonici. Dal punto di vista della produzionedel suono, il timbro è determinato dalla natura (forma ecomposizione) della sorgente del suono e dalla manierain cui questa viene posta in oscillazione.La scomposizione di un suono nelle proprie componen-ti sinusoidali fondamentali è detta analisi in frequenza.Le frequenze vengono misurate in Hz, ovvero oscillazio-ni al secondo. Le armoniche di un suono sono suoni confrequenze che sono multipli interi del suono principale.Nella musica, tanto più un suono è composto da diversecomponenti, tanto più esso risulta complesso: si va dalsuono di un flauto dolce, composto dalla fondamenta-le e da pochissime armoniche, al suono degli strumentiad arco, composto da moltissime frequenze armonichesecondarie.Tanto più le frequenze secondarie che si sovrappongonoalla principale non sono armoniche (ovvero hanno fre-quenze che non sono multipli interi della fondamentale),tanto più ci si avvicina al rumore.

5 Suoni e rumori

Si può distinguere il concetto di suono da quello di ru-more. Il suono è in generale una sensazione che nascenell'uomo quando una perturbazione meccanica si propa-ga in un mezzo elastico facendolo vibrare. Per questa ra-gione molto spesso abbiamo a che fare con suoni i cui sti-moli acustici hanno le componenti in frequenza multiplidella frequenza fondamentale. Il rumore è comunementeidentificato come una sensazione uditiva sgradevole e fa-stidiosa o intollerabile. Tuttavia alcuni studiosi ritengonoche la differenza di significato tra “suono” e “rumore” sialegata alla controllabilità dell'emissione acustica, e non al-la sua gradevolezza. L'orecchio umano non è ugualmentesensibile a tutte le frequenze, ma è più sensibile nel campocompreso fra 2 kHz e 5 kHz, ed è molto meno sensibi-le alle frequenze estremamente elevate o estremamentebasse. Questo fenomeno è molto più pronunciato ai bas-si livelli di pressione sonora che non agli alti livelli. Adesempio, un segnale a 50 Hz con un livello di pressionesonora di 85 dB dà luogo alla stessa intensità soggettivadi un segnale di 70 dB a 1.000 Hz. Pertanto affinché unostrumento per la misura del rumore reagisca nella stessamaniera dell'orecchio umano, si deve dotarlo di un filtrodi ponderazione che ne simuli la risposta. Questo filtro,definito dalla norma CEI è denominato “A”.

6 Note[1] Vedi anche:

• Corso di Fisica della Georgia State university• Calcolatore de pressione sonora

[2] Cioè forza per unità di area: nel Sistema Internazionale diunità di misura, la pressione è espressa in pascal (simboloPa) cioè Newton su metro quadro.

[3] Si tratta in effetti di una sovrapressione, cioè dellavariazione di pressione determinata dal suono.

[4] A volte indicati come dBspl (dB sound pressure level -livello di pressione sonora) per distinguerli dall'analogamisura di livello d'intensità.

[5] Oltre alla soglia del silenzio, si trovano anche riferimentialla cosiddetta soglia del dolore, che però ha una definizio-ne assi più soggettiva. I valori riportati variano tra i 120e i 140 dB, corrispondenti a pressioni comprese tra 20 e200 pascal.

[6] In realtà bisognerebbe anche tenere conto del fatto chela risposta dell'orecchio umano dipende anche dallafrequenza del suono.

[7] Nel Sistema Internazionale di unità di misura, l'intensità èquindi espressa in watt su metri quadri (W/m2 )

[8] Valgono anche le relazioni (analogamente al caso dellapressione)

I ∝ 1

r2I1I2

=r2

2

r12I1 = I2 · r22 · 1

r12

[9] A volte indicati come dB-SIL (dB sound intensity level- livello di intensità sonora) per distinguerli dall'analogamisura di livello di pressione.

7 Voci correlate

• Acustica

• Diffusore di Schroeder

• Infrasuono

• Ultrasuono

• Velocità del suono

• Altoparlante

• Coda sonora

8 Altri progetti

• Wikiquote contiene citazioni sul suono

• Wikizionario contiene il lemma di dizionario«suono»

• Wikimedia Commons contiene immagini oaltri file sul suono

4 9 COLLEGAMENTI ESTERNI

9 Collegamenti esterni• Video didattici sul suono

• Suono in Tesauro del Nuovo soggettario, BNCF,marzo 2013.

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10 Fonti per testo e immagini; autori; licenze

10.1 Testo• Suono Fonte: http://it.wikipedia.org/wiki/Suono?oldid=72359202 Contributori: Alfio, Iron Bishop, Twice25, Snowdog, Gianfranco, Gian-luigi, Gac, Berto, Viames, M7, Alien life form, Retaggio, Hill, Rdocb, Biopresto, YurikBot, Fredericks, Nick1915, Filippof, Zwobot,FlaBot, SunBot, CruccoBot, Al Pereira, Senpai, Lumage, Eskimbot, Gpvosbot, Mauro742, Elwood, Alexander VIII, Giannib, Ragazzofortunato, Eumolpo, Lusum, SashatoBot, Microsoikos, Luciodem, Assianir, Caulfield, Thijs!bot, Osk, Triquetra, Escarbot, RoboServien,SirAdam, .anacondabot, JAnDbot, Vituzzu, MalafayaBot, Adelchi, Rael, CommonsDelinker, MelancholieBot, RevertBot, Mox83, Rei-bot,Supernino, BRussell, Henrykus, Estel, TXiKiBoT, Vincenzo161, VolkovBot, LukeWiller, Z-angel, Ripepette, BetaBot, Abbot, Idioma-bot,Synthebot, AlnoktaBOT, Megalexandros, BotMultichill, Formica rufa, Gerakibot, SieBot, Nikbot, DaBot~itwiki, Melos, MaiDireChiara,Phantomas, Pracchia-78, RobertoD91, Buggia, BotSimo82, DragonBot, Dr Zimbu, Oiudeisnemo, Sandrobt, No2, Kibira, ^musaz, Tom-bot, SilvonenBot, Lcm, AssassinsCreed, Guidomac, Luckas-bot, Amirobot, Tino, FrescoBot, Daniele Pugliesi, Jotterbot, ArthurBot, Xqbot,Almabot, Euphydryas, GhalyBot, Contributi utente, RCantoroBot, MaxDel, IndyJr, TobeBot, TjBot, Alph Bot, Doc.mari, Nubifer, Emau-sBot, Lidiader, ZéroBot, Francescorussig, Taueres, Shivanarayana, ZimbuBot, WikitanvirBot, Massimiliano Panu, MerlIwBot, DamiansK,PandeF, JYBot, Legobot, AlessioBot, Addbot, Euparkeria, Leojack6399, Selvaggiavanessa17 e Anonimo: 138

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10.3 Licenza dell'opera• Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0