Ilsuono crea una "sensazione uditiva"[1] correlata alla natura delle vibrazioni delle particelle del mezzo di trasmissione, come una successione di microcompressioni ed espansioni tra le suemolecole (pressione sonora), che lo fa giungere al nostro apparato uditivo, dallasorgente sonora.
Ilsuono non viene trasmesso nelvuoto: nellospazio, in assenza di aria o altro mezzo fluido/gassoso, il suono non è percepibile in quanto non riesce ad essere trasmesso.
Le oscillazioni sono spostamenti delle particelle intorno alla posizione di riposo e lungo la direzione di propagazione dell'onda; gli spostamenti sono provocati da movimenti vibratori, provenienti da un determinato oggetto, chiamato sorgente del suono, il quale trasmette il proprio movimento alle particelle adiacenti grazie alle proprietà meccaniche del mezzo; le particelle a loro volta, iniziando ad oscillare, trasmettono il movimento alle altre particelle vicine e queste a loro volta ad altre ancora, provocando una variazione locale della pressione; in questo modo, un semplice movimento vibratorio si propaga meccanicamente originando un'onda sonora (o onda acustica), che è pertantoonda longitudinale. Si ha un'onda longitudinale quando le particelle del mezzo in cui si propaga l'onda, oscillano lungo la direzione di propagazione. Le onde meccaniche longitudinali sono anche denominateonde di pressione. Il suono è un'onda che gode delle seguenti proprietà:riflessione,rifrazione ediffrazione, ma non dellapolarizzazione (a differenza dellaluce che è un'onda elettromagnetica). Un'onda ha la frequenza e lunghezza d'onda che possono essere messe in relazione con la formula:
dove:
è lo spostamento di un punto seguendo l'onda sonora;
è la distanza dalla sorgente dell'onda del punto considerato;
Per le onde sonore, l'ampiezza dell'onda è la differenza tra la pressione del mezzo non perturbato e la pressione massima causata dall'onda.
La velocità di propagazione delle onde sonore dipende dalla temperatura e pressione del mezzo attraverso il quale si propagano.
Come tutte leonde, anche quellesonore sono caratterizzate da unafrequenza (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, relazione con il cosiddetto "volume" del suono). Inoltre, caratteristica saliente delle onde sonore è la forma d'onda stessa, che rende in gran parte ragione delle differenze cosiddette ditimbro che si percepiscono tra suoni di tipo diverso.
Il campo uditivo dell'uomo si estende da una frequenza di circa fino a (ossia).La lunghezza d'onda rappresenta lo spazio percorso dall'onda sonora in un periodo completo di oscillazione. Le relazioni tra periodo (tempo necessario perché si compia un'oscillazione completa), frequenza, e lunghezza d'onda sono date da:
dove è la velocità del suono nell'aria ( nell'aria alla temperatura di ed alla pressione atmosferica al livello del mare[3]).
La velocità del suono dipende molto dalla densità del mezzo: è circa nell'acqua e circa nel ferro. Essendo un movimento di materia, nel vuoto non si trasmette, poiché non c'è materia da far oscillare.
Conoscendo la velocità e la frequenza di un suono, possiamo dunque calcolare la sua lunghezza d'onda; alla frequenza di, la lunghezza d'onda è pari a, mentre a è pari a soltanto.
La velocità di propagazione del suono dipende dalle caratteristiche del mezzo, in particolare l'elasticità e la densità.È direttamente proporzionale all'elasticità ed inversamente proporzionale alla densità, secondo la relazione dove:
= velocità del suono nel mezzo considerato
= costante
= modulo di elasticità di Young
= densità del mezzo
Spesso materiali di elevata densità presentano anche moduli di elasticità elevati e questo ha contribuito al diffondersi della convinzione che la velocità del suono sia più elevata in un mezzo ad alta densità rispetto ad un altro di densità più ridotta.
L'altezza è la qualità che fa distinguere un suono acuto da uno grave. Dipende in massima parte dallafrequenza, ma anche dallaintensità. L'orecchio umano percepisce solo i suoni che vanno da 16 a 20.000 oscillazioni alsecondo. Al di sotto abbiamo gliinfrasuoni, al di sopra gliultrasuoni. Ilsonar, ma anche idelfini ed ipipistrelli, percepisce gli ultrasuoni, mentreelefanti,pesci ecetacei percepiscono gli infrasuoni.
La pratica musicale copre una gamma di suoni, le cui fondamentali vanno daldo grave, con circa 65 oscillazioni semplici al secondo, al do acuto, con 8276 oscillazioni semplici. La voce umana ha un registro ancora più limitato. Per calcolare l'altezza dei suoni, è stato scelto come punto di riferimento il La4 (= ottava centrale del pianoforte), anche chiamiatodiapason ocorista. La frequenza del diapason, che fino al XIX secolo variava diPaese in Paese e anche a seconda del tipo di musica da eseguire (sacra, da camera, ecc.) è stata determinata da diversi congressi: nel 1885, il governo austriaco stabilì che il La4 corrispondesse a 870 oscillazioni semplici che, a loro volta, corrispondevano a 435 oscillazioni doppie. Ora invece il valore di riferimento, stabilito dalla Conferenza di Londra del 1939, è 440 vibrazioni doppie, quindi 880 semplici.
Le varie altezze si possono suddividere in diverse gamme di frequenza, tra 16Hz e 20kHz. Così, 3 divisioni portano allebasse (~ 16 ÷ 170 Hz), allemedie (~ 170 ÷ 1900 Hz) e allealte frequenze (~ 2 ÷ 20 kHz), mentre 5 divisioni, invece, vedono solitamente lebasse (16 ÷ 70Hz),medio-basse (70 ÷ 300 Hz),medie (300 ÷ 1200 Hz),medio-alte (1,2 ÷ 5 kHz) edalte (5 ÷ 20 kHz).
Ilvolume[4] che viene spesso anche chiamato - colloquialmente ed erroneamente - pressione, è la qualità sonora associata alla percezione dellaforza di un suono, ed è determinato dallapressione[5] che l'onda sonora esercita sultimpano: quest'ultima è a sua volta determinata dall'ampiezza della vibrazione e dalla distanza del punto di percezione da quello di emissione del suono.[6] In particolare, la pressione di un'onda sonora sferica emessa da una sorgente puntiforme risulta essere proporzionale al reciproco della distanza:
= pressione
Per misurare il volume percepito di un suono si fa spesso riferimento allivello sonoro, che viene calcolato indecibel,[7] come segue:
nella formula, indica la pressionequadratica media, mentre è una pressione sonora di riferimento (soglia del silenzio o udibile. È la più piccola variazione di pressione che l'orecchio umano è in grado di percepire[8]) comunemente posta a in aria e a in acqua. La misura in decibel risulta più appropriata per indicare il livello sonoro percepito, perché la risposta dell'orecchio umano è all'incirca logaritmica.[9]
L'intensità di un'onda sonora è invece definita come la quantità dienergia che passa attraverso l'unità di area nell'intervallo di tempo unitario. Quindi se l'energia passa attraverso l'area nel tempo, l'intensità dell'onda è, dove si è tenuto conto della definizione dipotenza come rapporto fra l'energia e il tempo in cui viene sviluppata ().[10]
L'intensità si può esprimere anche a partire dalla pressione e dalla velocità dell'onda (indicando con T il periodo dell'onda):
Nel caso di un'onda sferica (sorgente puntiforme), l'intensità, in funzione della distanza è data da
.
Come si può vedere l'intensità decresce come il reciproco delquadrato della distanza:e quindi molto più rapidamente della pressione[11]
Anche per l'intensità si dà una definizione di livello in unità logaritmiche (decibel[12]):
Il timbro è la qualità che più distingue un suono da un altro; immaginiamo la voce di unElefante o di unaTigre (ad esempio). In ambito musicale, il timbro è la qualità che distingue uno strumento musicale dall'altro, a parità dellanota suonata. Il timbro dipende dallaforma d'onda del suono (quantità e intensità dellearmoniche, oltre lafondamentale), determinato dalla sovrapposizione delle onde caratterizzanti. Il timbro è determinato anche dalla natura della sorgente sonora (forma e composizione) e dalla maniera in cui questa viene fatta vibrare o posta in oscillazione (lecorde vocali, unviolino o lefoglie mosse dalvento, ecc).
La scomposizione nelle proprie componenti fondamentali (sinusoidali) di un suono registrato (o ripreso da unmicrofono), è dettaanalisi in frequenza. Con questo metodo si è in grado di semplificare (sampler ) i suoni ad una singola onda sonora (audio) perdigitalizzarli, e nel caso anche per valutare il timbro del suono analizzato (es:analizzatore di spettro, ecc).
Nella musica, tanto più un suono è composto da diverse componenti, tanto più esso risulta complesso. Ad esempio, si potrebbe andare da un suono più semplice di unflauto dolce, composto dalla fondamentale e da pochissime armoniche (piuttosto consonanti e di basso livello acustico), al suono ricco deglistrumenti ad arco, composto da moltissime frequenze armoniche secondarie.
Tanto più le frequenze secondarie che si sovrappongono alla principale non sono armoniche (ovvero hanno frequenze che non sono multipli interi della fondamentale), tanto più ci si avvicina al rumore.
La localizzazione uditiva, detta anche localizzazione sonora o acustica, è la capacità di identificare la posizione di una sorgente sonora nello spazio. Nell'uomo, questa si basa principalmente su tre fattori: la differenza di tempo interaurale, la differenza di intensità interaurale e le modifiche spettrali causate dalla forma del padiglione auricolare e dai volumi spaziali di testa e spalle. La localizzazione uditiva si avvale anche di cues secondari quali il riverbero ambientale ed il moto relativo tra sorgente ed ascoltatore, per determinare o migliorare la localizzazione della sorgente sonora[13].
Il suono è in generale una sensazione che nasce nell'uomo quando una perturbazione meccanica si propaga in un mezzo elastico facendolo vibrare. Per questa ragione molto spesso abbiamo a che fare con suoni i cui stimoli acustici hanno le componenti in frequenza multipli della frequenza fondamentale.[non chiaro] Il rumore è comunemente identificato come una sensazione uditiva sgradevole e fastidiosa o intollerabile. Tuttavia, alcuni studiosi ritengono che la differenza di significato tra "suono" e "rumore" sia legata più alla controllabilità dell'emissione acustica, che non alla sua gradevolezza. Inoltre, molti rumori vengono generati elettronicamente per ricreare l'equivalente del suono nella sua complessità, ad esempio ilrumore bianco, ilrumore rosa, ilrumore gaussiano, ecc. E ilrumore del mare (ad esempio) non è un suono udibile?
L'udito umano non è ugualmente sensibile a tutte le frequenze dei suoni, ma è più sensibile nel campo compreso fra e, e molto meno sensibile alle frequenze estremamente basse () o estremamente elevate (). Questo fenomeno è molto più pronunciato ai bassi livelli di pressione sonora che non agli alti livelli. Così, un segnale a con un livello di pressione sonora di (abbastanza alto), dà luogo alla stessa intensità soggettiva di un segnale a con livello di ( di differenza, non pochi); pertanto, affinché unostrumento per la misura del rumore reagisca nella stessa maniera dell'orecchio umano, è necessario dotarlo di unfiltro di ponderazione che ne simuli larisposta. E questo filtro, è definito dalle norme CEI 29-1, 29-10 e 29-14 (e successive modificazioni e/o integrazioni) come "ponderazione A".[14]
^Cioèforza per unità di area: nel Sistema Internazionale di unità di misura, la pressione è espressa inpascal (simbolo) cioèNewton sumetro quadro.
^Si tratta in effetti di una sovrapressione, cioè della variazione di pressione determinata dal suono.
^A volte indicati come dB spl (dB sound pressure level - livello di pressione sonora) per distinguerli dall'analoga misura di livello d'intensità.
^Oltre alla soglia del silenzio, si trovano anche riferimenti alla cosiddetta soglia del dolore, che però ha una definizione assai più soggettiva. I valori riportati variano tra i 120 e i 140 dB, corrispondenti a pressioni comprese tra 20 e 200 pascal.
^In realtà bisognerebbe anche tenere conto del fatto che la risposta dell'orecchio umano dipende anche dalla frequenza del suono.
^Nel Sistema Internazionale di unità di misura, l'intensità è quindi espressa inwatt sumetri quadri ()
^Valgono anche le relazioni (analogamente al caso della pressione)
^A volte indicati come dB-SIL (dB sound intensity level - livello di intensità sonora) per distinguerli dall'analoga misura di livello di pressione.
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