Il suono È definito come un disturbo che, quando si propaga in un mezzo come l'aria, produce alternativamente compressioni ed espansioni in esso. Questi cambiamenti nella pressione e nella densità dell'aria raggiungono l'orecchio e sono interpretati dal cervello come sensazioni uditive..
I suoni hanno accompagnato la vita sin dal suo inizio, formando parte degli strumenti che gli animali hanno per comunicare tra loro e con il loro ambiente. Alcuni dicono che anche le piante ascoltano, ma comunque potrebbero percepire le vibrazioni dell'ambiente anche se non hanno un dispositivo uditivo come gli animali superiori.
Oltre a usare il suono per comunicare attraverso la parola, le persone lo usano come espressione artistica attraverso la musica. Tutte le culture, antiche e recenti, hanno manifestazioni musicali di ogni genere, attraverso le quali raccontano le loro storie, usanze, credenze religiose e sentimenti..
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Data la sua importanza, l'umanità si interessò allo studio della sua natura e creò l'acustica, una branca della fisica dedicata alle proprietà e al comportamento delle onde sonore..
È noto che il famoso matematico Pitagora (569-475 a.C.) trascorse molto tempo a studiare le differenze di altezza (frequenza) tra i suoni. D'altra parte, Aristotele, che speculava su tutti gli aspetti della natura, affermava correttamente che il suono consisteva in espansioni e compressioni nell'aria..
Successivamente il famoso ingegnere romano Vitruvio (80-15 aC) scrisse un trattato sull'acustica e le sue applicazioni nella costruzione dei teatri. Lo stesso Isaac Newton (1642-1727) studiò la propagazione del suono in mezzi solidi e determinò una formula per la sua velocità di propagazione.
Gli strumenti matematici di calcolo hanno permesso nel tempo di esprimere adeguatamente tutta la complessità del comportamento ondoso.
Nella sua forma più semplice, un'onda sonora può essere descritta come un'onda sinusoidale, che si propaga nel tempo e nello spazio, come quella mostrata in figura 2. Qui si osserva che l'onda è periodica, cioè ha una forma che si ripete in tempo.
Trattandosi di un'onda longitudinale, la direzione di propagazione e la direzione in cui si muovono le particelle del mezzo vibrante sono le stesse.
I parametri di un'onda sonora sono:
Periodo T: è il tempo necessario per ripetere una fase dell'onda. Nel Sistema Internazionale si misura in secondi.
Ciclo: è la parte dell'onda contenuta nel periodo e copre da un punto all'altro che ha la stessa altezza e la stessa pendenza. Può essere da una valle all'altra, da una cresta all'altra, o da qualsiasi punto a un altro che soddisfi le specifiche descritte..
Lunghezza d'onda λ: è la distanza tra una cresta e l'altra dell'onda, tra una valle e l'altra, o in generale tra un punto e l'altro di uguale altezza e pendenza. Essendo una lunghezza, si misura in metri, anche se altre unità sono più appropriate a seconda del tipo di onda..
Frequenza f: è definito come il numero di cicli per unità di tempo. La sua unità è l'Hertz (Hz).
Ampiezza A: corrisponde all'altezza massima dell'onda rispetto all'asse orizzontale.
Il suono viene prodotto quando un oggetto che è immerso in un mezzo materiale viene fatto vibrare, come mostrato nella parte inferiore della figura 2. La membrana tesa dell'altoparlante a sinistra vibra e trasmette il disturbo attraverso l'aria fino a raggiungere l'ascoltatore.
Man mano che il disturbo si diffonde, l'energia viene trasmessa alle molecole presenti nell'ambiente, che interagiscono tra loro, attraverso espansioni e compressioni. Un mezzo materiale è sempre necessario per la propagazione del suono, sia esso solido, liquido o gassoso.
Quando il disturbo nell'aria raggiunge l'orecchio, le variazioni della pressione dell'aria fanno vibrare il timpano. Questo dà origine a impulsi elettrici che vengono trasmessi al cervello attraverso il nervo uditivo, e una volta lì gli impulsi vengono tradotti in suono.
La velocità delle onde meccaniche in un dato mezzo segue questa relazione:
Ad esempio, quando si propaga in un gas come l'aria, la velocità del suono può essere calcolata come:
All'aumentare della temperatura, aumenta anche la velocità del suono, poiché le molecole nel mezzo sono più disposte a vibrare ea trasmettere la vibrazione attraverso i loro movimenti. La pressione, invece, non influisce sul suo valore.
Abbiamo già visto che il tempo impiegato dall'onda per completare un ciclo è il periodo, mentre la distanza percorsa in quel periodo di tempo è pari a una lunghezza d'onda. Pertanto la velocità v del suono è definita come:
v = λ / T
D'altra parte, la frequenza e il periodo sono correlati, uno è l'inverso dell'altro, in questo modo:
f = 1 / T
Che porta a:
v = λ.f
La gamma di frequenze udibili nell'uomo è compresa tra 20 e 20.000 Hz, quindi la lunghezza d'onda del suono è compresa tra 1,7 cm e 17 m quando si sostituiscono i valori nell'equazione di cui sopra.
Queste lunghezze d'onda sono le dimensioni di oggetti comuni, che influenzano la propagazione del suono, poiché essendo un'onda, sperimenta riflessione, rifrazione e diffrazione quando incontra ostacoli.
Sperimentare la diffrazione significa che il suono viene influenzato quando incontra ostacoli e aperture di dimensioni simili alla sua lunghezza d'onda o inferiori..
I suoni bassi possono diffondersi meglio su lunghe distanze, motivo per cui gli elefanti usano gli infrasuoni (suoni a frequenza molto bassa, non udibili dall'orecchio umano) per comunicare attraverso i loro vasti territori..
Anche quando c'è musica in una stanza vicina, i bassi si sentono meglio degli acuti, perché la sua lunghezza d'onda è circa la dimensione di porte e finestre. D'altra parte, quando si lascia la stanza, i suoni acuti vengono persi facilmente e quindi smettono di essere ascoltati.
Il suono consiste in una serie di compressioni e rarefazioni dell'aria, in modo tale che durante la propagazione il suono provoca aumenti e diminuzioni di pressione. Nel Sistema Internazionale, la pressione è misurata in pascal, che è abbreviato Pa.
Quello che succede è che questi cambiamenti sono molto piccoli rispetto alla pressione atmosferica, che vale circa 101.000 Pa.
Anche i suoni più forti producono fluttuazioni di appena 20-30 Pa (soglia del dolore), una quantità piuttosto piccola in confronto. Ma se puoi misurare questi cambiamenti, allora hai un modo per misurare il suono.
La pressione sonora è la differenza tra la pressione atmosferica con il suono e la pressione atmosferica senza suono. Come abbiamo detto, i suoni più forti producono pressioni sonore di 20 Pa, mentre i più deboli provocano circa 0.00002 Pa (soglia sonora).
Poiché la gamma di pressioni sonore comprende diverse potenze di 10, per indicarle dovrebbe essere utilizzata una scala logaritmica..
D'altra parte, è stato determinato sperimentalmente che le persone percepiscono i cambiamenti nei suoni a bassa intensità in modo più evidente rispetto ai cambiamenti della stessa grandezza ma in suoni intensi..
Ad esempio, se la pressione sonora aumenta di 1, 2, 4, 8, 16…, l'orecchio percepisce aumenti di 1, 2, 3, 4… di intensità. Per questo motivo è conveniente definire una nuova quantità chiamata livello di pressione sonora (Livello di pressione sonora) LP, definito come:
LP = 20 logaritmo (P1 / Po)
Dove Po è la pressione di riferimento che viene presa come soglia uditiva e P1 è il pressione effettiva media o pressione RMS. Questo valore efficace o pressione media è ciò che l'orecchio percepisce come l'energia media del segnale sonoro.
Il risultato dell'espressione precedente per LP, se valutato per vari valori di P1, è ceduto decibel, una quantità adimensionale. Esprimere il livello di pressione sonora in questo modo è molto conveniente, perché i logaritmi convertono grandi numeri in numeri più piccoli e più gestibili..
Tuttavia, in molti casi si preferisce utilizzare l'estensione intensità del suono per determinare i decibel, non la pressione sonora.
L'intensità del suono è l'energia che scorre per un secondo (potenza) attraverso una superficie unitaria orientata perpendicolarmente alla direzione in cui si propaga l'onda. Come la pressione sonora, è una quantità scalare ed è indicata come I. Le unità di I sono W / mDue, cioè potenza per unità di superficie.
Si può dimostrare che l'intensità del suono è proporzionale al quadrato della pressione sonora:
I = PDue / ρc
In questa espressione, ρ è la densità del mezzo ec è la velocità del suono. Poi il livello di intensità del suono Lio Che cosa:
Lio = 10 log (I1 / IOo)
Che è anche espresso in decibel ed è talvolta indicato con la lettera greca β. Il valore di riferimento Io è 1 x 10-12 W / mDue. Pertanto, 0 dB rappresenta il limite inferiore dell'udito umano, mentre la soglia del dolore è 120 dB..
Trattandosi di una scala logaritmica, va sottolineato che piccole differenze nel numero di decibel fanno una grande differenza in termini di intensità sonora..
Un fonometro o decibelmetro è un dispositivo utilizzato per misurare la pressione sonora, indicando la misura in decibel. È progettato per rispondere allo stesso modo in cui farebbe l'orecchio umano..
Consiste in un microfono per raccogliere il segnale, più circuiti con amplificatori e filtri, che hanno il compito di trasformare adeguatamente questo segnale in una corrente elettrica, e infine una scala o uno schermo per mostrare il risultato della lettura..
Sono ampiamente utilizzati per determinare l'impatto che determinati rumori hanno sulle persone e sull'ambiente. Ad esempio rumori in fabbriche, industrie, aeroporti, rumore del traffico e molti altri.
Il suono è caratterizzato dalla sua frequenza. Secondo quelli che l'orecchio umano può catturare, tutti i suoni sono classificati in tre categorie: quelli che possiamo sentire o spettro udibile, quelli con frequenze al di sotto del limite inferiore dello spettro udibile o infrasuoni, e quelli che sono al di sopra del limite superiore, chiamati ecografia.
In ogni caso, poiché le onde sonore possono sovrapporsi linearmente, i suoni quotidiani, che a volte interpretiamo come unici, in realtà sono costituiti da suoni diversi con frequenze diverse ma vicine..
L'orecchio umano è progettato per captare un'ampia gamma di frequenze: tra 20 e 20.000 Hz. Ma non tutte le frequenze in questa gamma vengono percepite con la stessa intensità..
L'orecchio è più sensibile nella banda di frequenza compresa tra 500 e 6.000 Hz. Tuttavia, ci sono altri fattori che influenzano la capacità di percepire il suono, come l'età..
Sono i suoni la cui frequenza è inferiore a 20 Hz, ma il fatto che gli esseri umani non possano sentirli non significa che altri animali non possano sentirli. Ad esempio, gli elefanti li usano per comunicare, poiché gli infrasuoni possono percorrere lunghe distanze.
Altri animali, come la tigre, li usano per stordire la preda. Infrasound viene utilizzato anche per il rilevamento di oggetti di grandi dimensioni.
Hanno frequenze superiori a 20.000 Hz e sono ampiamente utilizzati in molti campi. Uno degli usi più notevoli degli ultrasuoni è come strumento di medicina, sia diagnostica che terapeutica. Le immagini ottenute con gli ultrasuoni sono non invasive e non fanno uso di radiazioni ionizzanti.
Gli ultrasuoni vengono utilizzati anche per trovare guasti nelle strutture, determinare distanze, rilevare ostacoli durante la navigazione e altro ancora. Anche gli animali usano gli ultrasuoni, e in effetti è così che è stata scoperta la loro esistenza.
I pipistrelli emettono impulsi sonori e quindi interpretano l'eco che producono per stimare le distanze e localizzare la preda. Da parte loro, i cani possono anche sentire gli ultrasuoni ed è per questo che rispondono al fischio per cani che il loro proprietario non può sentire..
Il suono monofonico è un segnale registrato con un singolo microfono o canale audio. Quando si ascolta con le cuffie o con le trombe, entrambe le orecchie sentono esattamente la stessa cosa. D'altra parte, il suono stereofonico registra i segnali con due microfoni indipendenti..
I microfoni si trovano in posizioni diverse in modo che possano captare diverse pressioni sonore di ciò che si desidera registrare.
Quindi ogni orecchio riceve uno di questi set di segnali e quando il cervello li raccoglie e li interpreta, il risultato è molto più realistico rispetto all'ascolto di suoni monofonici. È quindi il metodo preferito quando si tratta di musica e film, sebbene il suono monofonico o monofonico sia ancora utilizzato alla radio, soprattutto per le interviste e le conversazioni..
Musicalmente parlando, l'omofonia consiste nella stessa melodia suonata da due o più voci o strumenti. D'altra parte, nella polifonia ci sono due o più voci o strumenti di uguale importanza che seguono melodie e anche ritmi diversi. L'insieme risultante di questi suoni è armonioso, come la musica di Bach.
L'orecchio umano discrimina le frequenze udibili come alte, basse o medie. Questo è ciò che è noto come tono suono.
Le frequenze più alte, comprese tra 1600 e 20.000 Hz, sono considerate suoni acuti, la banda tra 400 e 1600 Hz corrisponde a suoni con tono medio e infine le frequenze comprese tra 20 e 400 Hz sono i toni bassi.
I suoni bassi differiscono dagli alti in quanto i primi sono percepiti come profondi, scuri e tonanti, mentre i secondi sono chiari, chiari, felici e penetranti. Allo stesso modo, l'orecchio li interpreta come più intensi, a differenza dei suoni bassi, che producono la sensazione di minore intensità..
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