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Acustica – Parte 2: comportamenti dell’onda sonora

Nel precedente articolo abbiamo visto i parametri e le principali caratteristiche dell’onda sonora, quali frequenza (altezza), ampiezza (intensità) e forma (timbro). Qui vedremo i comportamenti che tale onda assume nelle varie circostanze.

Velocità del suono

Quando si produce un suono, che esso sia di basso o di alto volume, grave o acuto, o di un timbro piuttosto che di un altro, l’onda sonora si allontana dalla sorgente sempre alla stessa velocità. Infatti, la velocità di propagazione del suono dipende solo ed esclusivamente dalle caratteristiche del mezzo di propagazione.

Nell’aria, a 15°C, alla pressione di 1 bar e in assenza di vento, la velocità del suono e di 340 metri al secondo (340 m/sec). Con l’umidità, la velocità aumenta a seconda della quantità di acqua presente nell’aria (infatti nell’acqua il suono viaggia alla velocità di circa 1430 m/sec).

Nel legno la velocità del suono varia con il variare del legno (cedro, abete, ecc..), dalla stagionatura e dal verso che prendono le onde sonore: dai 3000 ai 4500 m/sec nel senso delle fibre, dai 600 ai 1000 m/sec trasversalmente ad esse.

La velocità dell’onda sonora supera i 5000 m/sec nel ferro e nel vetro, ma la massima velocità scoperta finora che può raggiungere il suono è quella di 36.000 m/sec (36 km/sec) nell’idrogeno atomico solido! Se vuoi approfondire ti rimando a questo articolo di greenme.it: Scoperta la massima velocità del suono. Lo studio.

Riflessione

Si parla di riflessione dell’onda sonora quando questa incontra nel suo cammino un ostacolo: in questo caso l’onda acustica si riflette con con angolo di riflessione uguale all’angolo di incidenza (figura 1.1).

figura 1.1

Come si può vedere dalla figura 1.1, un’onda sonora oltre a essere riflessa può penetrare nell’ostacolo, nel o dopo il quale subisce un cambio di direzione.

L’onda sonora, però, non si propaga in forma lineare, bensì sferica. L’esempio nella figura 1.1 è esatto se preso in esame un singolo raggio sonoro (il quale rappresenta la direzione di propagazione), ma bisogna correggerlo per descrivere gli infiniti raggi sonori del suono (figura 1.2):

figura 1.2

Un altro elemento da tenere in considerazione è la superficie dell’ostacolo. Immagina uno specchio: se è piano, l’immagine si riflette alla perfezione, al contrario se è deforme, perché l’immagine riflessa sarà alterata a seconda del punto di impatto della luce. La stessa e identica cosa avviene con l’onda sonora.

Interferenze

Per ora abbiamo preso in esame un singolo suono prodotto da una singola sorgente. Ma cosa succede se due o più suoni entrano in contatto tra di loro? Vediamo insieme quali sono i principali effetti di questo ordinario evento.

Sovrapposizione delle onde

Quando due o più onde si incontrano, danno origine a un’onda risultante con ampiezza uguale alla somma della loro singole ampiezze. Se due onde sonore della stessa frequenza si incontrano, la risultante consisterà in un suono rafforzato nel caso siano in concordanza di fase (interferenza costruttiva) e indebolito se sono in opposizione di fase (interferenza distruttiva) (figura 2.1).

figura 2.1

Battimenti

Un fenomeno molto comune è la sovrapposizione di due onde sonore con frequenza leggermente diversa. Quando questo accade, il risultato sarà un’onda che ha zone periodiche in cui il suono è rafforzato, e altre in cui è indebolito. Questo fenomeno prende il nome di “battimenti”.

Per vedere graficamente cosa sono e come si verificano i battimenti, prendiamo come esempio due onde sinusoidali: una da 21 Hz e l’altra da 23 Hz (figura 2.2):

figura 2.2

L’onda risultante ha una frequenza di 22 Hz (calcolata dalla media delle due onde) e oscilla in ampiezza con una frequenza data dalla differenza dei due suoni originari: (23 – 21) Hz = 2 Hz

I battimenti, sorprendentemente, possono essere prodotti anche a livello cerebrale: infatti, se si ascoltano in cuffia due suoni con frequenza leggermente diversa, ciascuno su un auricolare diverso, si possono percepire ugualmente i battimenti!

Suono differenziale

I battimenti possono essere avvertiti come sfarfallii quando la differenza tra le frequenze è compresa tra 1 e 16 Hz. Dai 16-20 Hz in poi il battimento si avverte come un debole suono di bassa frequenza. Questo suono prende il nome di suono differenziale o, dal nome del musicista che l’ha scoperto, terzo suono di Tartini.

Se con un violino si suonano consecutivamente due note distanti, ad esempio, una quinta, il suono differenziale risulta un’ottava sotto la fondamentale. Con un intervallo di quarta il terzo suono di Tartini si troverà due ottave sotto la quarta, ecc.. (figura 3).

figura 3: suoni differenziali

Questi sono i principali comportamenti delle onde acustiche. Nel prossimo articolo ne vedremo altri soffermandoci sui comportamenti del suono nei vari ambienti.

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