Estratto dal sito dell’Istituto Tecnico Luca Paciolo, Fidenza http://www.paciolo.com
Periodo (T)
È l’intervallo di tempo necessario per compiere una vibrazione completa.
Si misura in secondi (s).
Y = Spostamento della particella
t = Tempo
Se, ad esempio, il periodo è di 1/30 di secondo la sorgente sonora compie in 1 secondo 30 vibrazioni (frequenza).
Frequenza (f)
È il numero di vibrazioni complete che avvengono in un secondo. Si misura in hertz (Hz).
L’intervallo di udibilità dell’orecchio umano è compreso tra i 20 e i 20000 Hz.
Ciò significa che, pur esistendo onde sonore che si propagano a frequenze più basse (infrasuoni) o più alte (ultrasuoni),noi non possiamo percepirle.
Lunghezza d’onda (l)
È la distanza percorsa dall’onda in un periodo.
Perciò, se "v" è la velocità di propagazione, l = v . T oppure l = v / f
Si misura in metri (m).
Ampiezza
L’ ampiezza dell’onda rappresenta lo spostamento massimo delle molecole d’aria che oscillano intorno alla posizione di equilibrio al passaggio della perturbazione acustica.
All’aumentare di questo spostamento aumenta la forza con cui le molecole colpiscono la membrana timpanica e, quindi,l’intensità del suono che percepiamo.
Velocità di propagazione
E’ la velocità con cui il suono si propaga nel mezzo attraversato e dipende dalla densità dello stesso e dal modulo di compressione (K = Costante) ;
il modulo di compressione, può descrivere a livello macroscopico,la forza di legame tra le molecole di un materiale.
L’ unità di misura di "K" si ricava dalla formula :
D V = D P
V K
Dove il primo membro non ha dimensioni, essendo il rapporto di volumi,e così deve succedere per il secondo.
Allora " K " ha la stessa unità della pressione, che nel S.I. è N / m2
La velocità di propagazione del suono dipende dalla radice quadrata del rapporto fra K e la densità del mezzo
Nella tabella sono riportati i valori di "v" per alcune sostanze.
Sostanza V (m/s)
Aria 344
Anidride Carbonica 259
Alcool Etilico 1207
Acqua 1498
Rame 3750
Ferro 5120
Vetro 5170
Caratteristiche del suono
Altezza
L’altezza (o Acutezza) è la caratteristica che determina l’elevazione di un suono dovuta alla rapidità delle vibrazioni che lo producono e ci consente di distinguere i suoni acuti da quelli gravi.
Essa cambia a seconda della frequenza a cui l’ onda vibra.
Al crescere della frequenza corrisponde l’ aumento dell’ altezza.
Onde sonore aventi uguali ampiezza ma frequenza diversa generano suoni di diversa altezza.
Intensità
L’ intensità (I) è definita come il flusso medio di energia che, nell’ unità di tempo, attraversa un superficie di area unitaria disposta perpendicolarmente alla direzione di propagazione.
È la grandezza che permette di distinguere i suoni deboli da quelli forti, un suono è tanto più forte quanto maggiore è l’ampiezza delle oscillazioni della sorgente che lo genera.
Tenendo presente il carattere tridimensionale delle onde sonore, l’ intensità (I), viene definita:
I = E tot / S · t = W / 4 · p · r©˜
Dove W indica la potenza (W = E / t) ed E indica la quantità di energia emessa dalla sorgente e trasportata dall’ onda.
E = K · f ©˜ · A©˜ (joule)
L’ intensità si misura in Decibel (dB).
dB =10 . log 10 (I /IO)
Dove I0, è il valore d’intensità per cui la sensazione fisiologica è nulla:
I0 = 10-12 W/m2
La scala delle intensità è logaritmica, perciò ogni incremento di 10 dB corrisponde ad un aumento in intensità di un fattore 10: Il fruscio delle foglie, infatti, e 10 volte più intenso dei mormorii.
Timbro
Il timbro rappresenta la qualità del suono e dipende essenzialmente dalla forma d’onda dello stesso.
Permette di distinguere suoni emessi da sorgenti diverse, anche se essi hanno la stessa frequenza e la stessa intensità.
Ciascun strumento musicale ha un timbro diverso.
Fenomeni connessi con la propagazione delle onde sonore
Riflessione
Fenomeno che si verifica quando un’onda(sonora, per esempio) incontra un ostacolo e torna indietro dalla parte da cui proviene.
Leggi della riflessione
-1) L’angolo di incidenza(i) e l’angolo di riflessione (r)sono uguali
-2) L’angolo di incidenza(i) e l’angolo di riflessione (r)sono complanari
Un esempio di riflessione delle onde sonore è il fenomeno dell’ECO che si verifica quando un osservatore emette un suono trovandosi di fronte ad un ostacolo in grado di riflettere le onde incidenti, per cui percepisce lo stesso suono due volte (l’onda diretta e quella riflessa).
Il verificarsi dell’eco e’ comunque vincolato alla capacità dell’orecchio umano di separare due impulsi sonori in successione. Questa capacità si chiama "potere separatore "ed e’ dell’ordine di 1/10 di secondo.
Poiché la velocità del suono nell’aria è circa 340 m/s, in 1/10 di secondo il tratto percorso e’ 34 metri, per cui il fenomeno ha luogo solo quando la parete riflettente e’ posta ad una distanza minima di 17 m dall’osservatore, tenuto conto che il suono deve percorrere il cammino in andata e ritorno, prima di arrivare di nuovo all’orecchio.
Se questa condizione non è soddisfatta si ha il fenomeno del RIMBOMBO (sovrapposizione di suoni).
Rifrazione
Il fenomeno consiste in un cambiamento di direzione di propagazione dell’onda quando questa attraversa la superficie di separazione di mezzi di densità diversa .
Questo cambiamento dipende dal rapporto fra le diverse velocità di propagazione dell’onda nei due mezzi.
Leggi della rifrazione:
1) sen i/sen r = v1/v2 = K
2) L’angolo di incidenza (i) e l’angolo di rifrazione ( r)sono complanari.
Assorbimento
Il fenomeno consiste nel fatto che parte dell’energia trasportata dall’onda viene assorbita dall’ostacolo e si trasforma in calore .
Diffrazione
Il fenomeno della diffrazione delle onde sonore fa parte della nostra esperienza quotidiana .Stando in un una stanza siamo in grado di sentire una persona che parla nel corridoio vicino.
Questo avviene perché la lunghezza d’onda del suono emesso dalla voce umana è dello stesso ordine di grandezza degli ostacoli che incontra sul suo cammino .
Nel punto in cui l’onda incontra l’ostacolo si generano onde sferiche che si propagano in tutte le direzioni permettendo al suono di giungere in punti che si trovano dietro l’ostacolo.
Risonanza
Il fenomeno si verifica quando ad un sistema vengono trasmessi impulsi con frequenza uguale alla frequenza di vibrazione del sistema stesso, di conseguenza esso oscilla con oscillazioni di ampiezza massima.
Interferenza
Il fenomeno consiste nell’effetto prodotto dalla sovrapposizione di due o più onde che si propagano simultaneamente nello stesso mezzo, per cui lo spostamento in un dato punto e in un certo istante è pari alla somma vettoriale degli spostamenti prodotti dalle onde componenti in quel punto e in quell’istante.
Si ha interferenza costruttiva quando gli spostamenti hanno lo stesso verso e si ottiene un’onda di ampiezza maggiore di quelle dovute separatamente a ciascuna onda, viceversa si ha interferenza distruttiva quando gli spostamenti hanno verso opposto e si ottiene un’onda di ampiezza minore di quelle delle onde componenti.
Battimenti
Il fenomeno dei battimenti si ha quando interferiscono due onde di frequenza leggermente diversa. Se si tratta di onde sonore i battimenti consistono nella percezione di un suono di intensità variabile che raggiunge un massimo ad intervalli di tempo uguali.
Consideriamo, ad esempio, due onde della stessa ampiezza inizialmente in opposizione di fase, le cui frequenze differiscono di 2 Hz, che si sovrappongono nella stessa regione di spazio
Il risultato è il processo di battimenti caratterizzato da un suono di intensità variabile che raggiunge il massimo con frequenza pari alla differenza delle frequenze delle onde emesse dalle due sorgenti.