È difficile immaginare una vita senza suono. È tutto ciò che ci circonda: quando le persone parlano, quando guardiamo la TV, ascoltiamo musica, ecc. Quello che non ci siamo mai chiesti però è: come si muove il suono? Come fa a propagarsi nell’aria? A che velocità viaggia?
Che cos’è il suono
Sebbene la domanda sembri semplice, la risposta è piuttosto complicata. Se dovessimo dare una risposta semplice e secca, secondo una definizione legata alla fisica: il suono è una vibrazione che si propaga come un’onda acustica, attraverso un mezzo di trasmissione come aria, un gas, un liquido o un solido.
Se ci riferiamo alla fisiologia e alla psicologia, il suono è la ricezione di tali onde e la loro percezione da parte del cervello. Solo le onde acustiche che hanno frequenze comprese tra una gamma di circa 20 Hz e 20 kHz, suscitano una percezione uditiva negli esseri umani.
Gli ultrasuoni sono onde sonore con frequenze superiori a 20.000 Hz. Gli ultrasuoni non sono diversi dal suono udibile nelle sue proprietà fisiche, semplicemente non possono essere ascoltati dagli esseri umani. I dispositivi a ultrasuoni funzionano con frequenze da 20 kHz fino a diversi gigahertz.
L’ecografia medica, comunemente usata per la diagnostica e alcuni trattamenti medici, fa uso degli ultrasuoni.
La quantità di lavoro svolto per generare l’energia che fissa le particelle in movimento si riflette nel grado di spostamento che viene misurato come l’ampiezza di un suono.
La frequenza f di un’onda è misurato come numero completo di vibrazioni avanti e indietro di una particella del mezzo per unità di tempo.
- 1 Hertz = 1 vibrazione/secondo
- f = 1/tempo
A seconda del mezzo il suono viaggia a una certa velocità c che definisce la lunghezza d’onda l: l = c/f
A che velocità si muove il suono
Le vibrazioni viaggiano nell’aria a una velocità di 343 m per secondo a temperatura ambiente di 20 °C. La velocità sale a 1482 m/s attraverso l’acqua e a 5960 m/s attraverso l’acciaio. Se è un mezzo gassoso, il suono andrà lentamente perché le molecole sono legate in modo lasco.
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Il suono viaggia dunque velocemente, ma non così rapidamente come fa la luce che si muove a 300.000 chilometri al secondo. Questa differenza di velocità ci consente di apprezzare il fatto che il suono richiede tempo per viaggiare. L’esempio classico è il fulmine: quando lo vediamo durante un temporale, il suono che produce viene spesso sentito pochi secondi dall’ apparire della luce.
Ma la sua velocità dipende anche dalle condizioni ambientali in cui si propaga e dalla densità del mezzo. Il mezzo può essere sottile o spesso che determinerà quindi la velocità con cui l’energia viaggerà attraverso di esso. La frequenza è il numero totale di vibrazioni prodotte dalla sorgente.
Devono percorrere una lunga distanza, nel qual caso si scontrano spesso con altre molecole. Quando è un mezzo solido, gli atomi sono molto fitti, quindi viaggiano velocemente. Se il mezzo è liquido, i frammenti non saranno così fortemente legati, quindi le onde non si muoveranno così velocemente come fanno con i mezzi solidi.
Insomma il suono si propaga differentemente a seconda dell’ ambiente in cui si trova ad “operare”.
Come è misurato il suono
Una sorgente sonora irradia potenza e questo si traduce in pressione sonora. La potenza sonora è la causa. L’effetto è la pressione sonora.
Quello che “ascoltiamo” è la pressione sonora, ma è causata dalla potenza sonora emessa dalla sorgente.
La pressione sonora che percepiamo o misuriamo dipende dalla distanza dalla sorgente e dall’ambiente acustico (o campo sonoro) in cui sono presenti le onde sonore. Questo a sua volta dipende dalle dimensioni della stanza e dall’assorbimento acustico delle superfici. Quindi, misurando la pressione sonora non possiamo necessariamente quantificare la quantità di rumore che fa una macchina.
La potenza sonora è la velocità con cui l’energia viene irradiata (energia per unità di tempo). L’intensità del suono descrive la velocità del flusso di energia attraverso un’unità di area.
L’intensità del suono fornisce anche una misura della direzione poiché ci sarà un flusso di energia in alcune direzioni ma non in altre. Pertanto, l’intensità del suono è una quantità vettoriale poiché ha sia intensità che direzione.
Il decibel , dB, è l’unità di misura dell’intensità di un suono. I decibel sono un’unità relativa che confronta due pressioni; pertanto deve essere indicata anche una pressione di riferimento.
Nell’aria, gli scienziati hanno concordato di utilizzare una pressione di riferimento di 20 microPascal. Pertanto, la vera unità di intensità per i suoni nell’aria è dB riferito a 20 microPascal. Poiché utilizzano pressioni di riferimento diverse, l’intensità sonora espressa in dB nell’acqua non è la stessa dell’intensità sonora espressa in dB nell’aria.
