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Acustica – Parte 1: le basi del suono

Eccoci nella categoria di acustica del mio blog, in cui studieremo insieme cosa è un suono. Vedremo quali sono i suoi comportamenti in determinate circostanze, i suoi parametri, i tipi di suoni, e tanto altro. Iniziamo subito dando una definizione al suono.

Cos’è il suono

Il suono è il risultato della vibrazione di un corpo elastico, la quale si propaga per mezzo di conduttori (aria, acqua, legno, ecc..) dando origine a onde sonore. Per vibrazione si intende la ripetuta oscillazione del corpo intorno alla sua posizione di riposo: per questo si tratta di un fenomeno ciclico, cioè con un inizio, una durata, una fine e ripetizioni. Un esempio visivo di onde sonore si ha lanciando un sasso nell’acqua, quando perciò si altera lo stato di quiete di quest’ultima.

L’onda, che sia sonora o di qualunque altro tipo (luce, temperatura, ecc..), si raffigura graficamente tramite una sinusoide sul piano cartesiano (figura 1).

figura 1: sinusoide

Sulle ascisse (X) si raffigura il tempo (durata), sulle ordinate (Y) si descrive l’ampiezza dell’onda.

I parametri della vibrazione

In ogni fenomeno ciclico esistono diversi parametri. I più importanti sono quattro: il ciclo, il periodo, la frequenza e la fase.

Il ciclo è un singolo e completo dispiegarsi di un fenomeno vibratorio, il quale si ripete in modo, appunto, ciclico (figura 2).

figura 2: ciclo

Nella figura 2 è possibile vedere che ogni ciclo è formato da tre punti caratteristici (figura 3): la cresta (il punto più alto), la valle (il punto più basso), e il nodo (punto in cui la sinusoide cambia curvatura: nella figura 2 corrisponde al punto in cui il tracciato interseca con l’asse orizzontale).

figura 3

Il periodo è la durata di ogni ciclo, espressa in sec/n. cicli.

La frequenza è il numero di cicli in un determinato tempo, il quale è quasi sempre un secondo. Si esprime con n. cicli/sec, e l’unità di misura è l’Hertz (Hz). Quindi, ad esempio, 1 Hz è uguale a un ciclo al secondo.

Infine, la fase è la frazione di periodo trascorsa rispetto a un punto fissato. Per esemplificare, si pensi alle fasi della giornata, cioè l’alba, il tramonto, la mattina, la sera, eccetera. In ogni evento ciclico, così come lo è l’alternarsi del giorno e della notte, esistono le fasi.

Tra due onde può esistere una concordanza di fase o una opposizione di fase. Nella figura 4 si può capire quando si verifica l’uno o l’altro fenomeno:

figura 4

Caratteristiche delle onde sonore

Come ben si capisce nell’ascoltare i molteplici suoni che ci circondano durante la nostra giornata, ognuno di essi è diverso dagli altri. I fattori che li contraddistinguono l’uno dall’altro sono tre: altezza, intensità e timbro.

L’altezza determina se un suono è grave o acuto. È determinata dal numero di cicli per secondo, ossia dal numero di Hertz: maggiore è il numero, più acuto risulterà il suono (figura 5).

figura 5

L’intensità definisce il volume del suono. È determinata dall’ampiezza dell’onda: maggiore è la sua ampiezza, più alto risulterà il volume (figura 6).

figura 6

Il timbro riguarda il profilo distintivo del suono, determinato dalla forma dell’onda, la quale dipende dalla quantità e i tipi di armonici che emette. Nella figura 7 riporto la raffigurazione di due onde sonore con forma diversa: la prima riguarda quella di un flauto, la seconda quella di un clarinetto:

figura 7

Il timbro è differente, se pur in minima parte, anche tra gli stessi strumenti. Infatti non si troveranno mai due chitarre, o due pianoforti con lo stesso timbro, perché ognuno di loro è sottoposto a materiali e metodi di costruzione differenti (anche tra stessi materiali ci sono differenze, dovute, per esempio, alla stagionatura, per quanto riguarda il legno). Ogni strumento musicale è perciò unico.

Con questo abbiamo concluso la prima parte riguardante l’acustica, in cui abbiamo visto le caratteristiche base del suono. Nel prossimo articolo vedremo i vari comportamenti dell’onda sonora.

COMPORTAMENTI DELL’ONDA SONORA —>

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