Vi siete mai chiesti che cos'è il suono?
Perchè udiamo ? Ma soprattutto perchè distinguiamo un tipo di suono da un altro ?
Tale concetto, è molto articolato e vi sono infiniti libri di fisica e anatomia che descrivono questo fenomeno nello specifico, tuttavia cercheremo di spiegare ciò in modo tale che chiunque possa comprendere almeno le basi di questo affascinante argomento.
Incominciamo nel dire che il/i suono/i, sono onde di pressione sonora che arrivano alle nostre orecchie come una variazione di pressione atmosferica; in pratica dallo stato di quiete, le molecole dell'aria si comprimono e si espandono per poi rarefarsi.
Tali valori vengono espressi in db SPL.
Le nostre orecchie poi, trasformano questo fenomeno fisico in un processo sensoriale che. attraverso determinati meccanismi, viene interpretato dal nostro cervello come suono.
Una cosa molto importante è la velocità del suono, essa è condizionata da molte variabili : viaggia a 344 m/s oppure 1238,4 km/h in pratica poco più di Mac1 , questo però ad una temperatura media di 20°C; tale valore può aumentare di 0,6m/s oppure 2,16Km/h ogni °C . La cosa estremamente importante è il metodo di propagazione, che nel caso del suono è la densità dell'aria.
Ad esempio nello spazio l'aria è quasi del tutto assente, infatti i suoni non possono essere uditi in quanto non possono propagarsi.
Ma che cos'è il suono fisicamente ?
E come può essere rappresentato per riuscire a comprenderlo ?
E' presto detto: il suono è rappresentato come un onda aperiodica il più delle volte; noi però per semplificare le cose, prenderemo in esame solamente le onde periodiche di tipo sinusoidale, in quanto sono più facili da studiare.
Le cose importanti da sapere su un onda sinusoidale sono fondalmentalmente sette :
- Ampiezza
- Frequenza
- Fase
- Lunghezza d'onda
- Velocità
- Contenuto armonico
- Inviluppo
[Introduciamo con poche parole ognuna di queste caratteristiche]
AMPIEZZA:
E' un intervallo di energia trasportata da un punto minimo ad un punto massimo, oscillante attorno alla sua posizione di equilibrio; possiamo dire che ad una maggiore pressione di molecole dell'aria corrisponde una maggiore ampiezza. In pratica detto in un termine poco scientifico "è la potenza del suono".
FREQUENZA:
La frequenza è il numero di cicli completi che una particella compie nell'unità di tempo.
La frequenza è anche il reciproco del periodo e viceversa, infatti una volta trovata la frequenza, possiamo trovare anche il periodo dei cicli.
Essendo un segnale sinusoidale, abbiamo a che fare con una velocità angolare; essa viene espressa con la lettera greca ω (omega) ed ha un valore costante di ω=314=2IIf [rad/s]
Invertendo la formula possiamo trovare la frequenza f=ω/2II; f=314/2II [s^exp-1]
Per trovare il periodo sarà sufficiente fare il reciproco della frequenza quindi : T=1/f [f^exp-1]
In altre parole la frequenza è quel fenomeno che ci permette di distinguere un tipo di suono da un altro.
FASE
La fase per quel che ci riguarda non determina una condizione importante nella percezione del suono, tuttavia spiegheremo l'andamento di fase di una sinusoide.
Pensiamo ad una sinusoide come un cerchio, si può quindi osservare l'andamento del segnale:
Parte da 0° arriva ad un massimo di 90°, poi si porta a 180° quindi a zero nell'asse delle ascisse, poi scende ad un massimo negativo 270°, per tornare nuovamente a 0°.
LUNGHEZZA D'ONDA
La lunghezza d'onda è l'effettiva distanza dall'inizio del segnale alla fine di un ciclo, viene espressa con la lettera greca λ (lambda); per calcolare la lunghezza d'onda si applica la formula
λ = v/f
VELOCITA'
Come detto in precedenza, la velocità di un onda dipende dal tipo e dal mezzo di propagazione, nel caso del suono la velocità è poco più di Mac1, invece nel caso della luce e circa c = 300000 km/s
CONTENUTO ARMONICO
Il contenuto armonico, sono tutte quelle caratteristiche finora studiate e messe assieme; cioè, nessun suono in natura è uguale, ognuno di essi avrà una determinata ampiezza, una certa frequenza e fase, con una sua appropriata lunghezza d'onda; le diversità di questi parametri fanno si che la nostra percezione dei suoni sia diversa, altrimenti il nostro udito rivelerà sempre lo stesso suono.
INVILUPPO
Quando sentiamo un suono o rumore che sia, in realtà percepiamo solo l'inizio e la fine di questo, però se studiamo approfonditamente un segnale, scopriremo che esistono altri parametri importanti.
Per Inviluppo si intende l'ampiezza di un suono dal momento che ha inizio fino alla sua fine con tutto ciò che sta in mezzo.
L'Inviluppo quindi si distingue in quattro fasi ben definite:
1)Attack: L'ampiezza parte da zero, e arriva ad un valore massimo
2)Decay: Arrivato al suo massimo valore, parte di energia viene persa quindi l'ampiezza diminuisce
3)Sustain: L'ampiezza decresce fino ad un livello tale da rimanere costante per un tempo determinato
4)Release: l'ampiezza cala iperbolicamente fino ad estinguersi completamente.
Visto ciò, cerchiamo di capire cosa succede quando queste variazioni di pressione sonora arrivano alle nostre orecchie.
L'orecchio lo possiamo considerare come un trasduttore il quale trasforma queste variazioni di pressione in suoni, cioè : da un elemento fisico in un elemento sensoriale.
Le parti dell'orecchio sono molte e assai complicate da studiare, tuttavia introduciamo solo quelle principali per comprendere al meglio il funzionamento del nostro apparato uditivo.
Quando le onde sonore arrivano all'ascoltatore, vengono catturate dalla Pinna, cioè quella parte di cartilagine esterna che tutti noi associamo impropriamente con il nome di orecchio.
Poi vengono incanalate nel Timpano, che in sostanza è una membrana tesa e molto delicata facile da bucare, lavora come un soffietto di un woofer e trasforma queste onde in picolissime "vibrazioni meccaniche", mediante tre ossicini chimati Martello, Incudine e Staffa.
Queste vibrazioni poi vengono gestite dalla Coclea, la quale contiene due camere ricoperte da Ciglia immerse in un liquido, tali vengono sollecitate dalle diverse frequenze, traducendo queste sollecitazioni in stimoli neurali le quali generano la sensazione sonora per poi essere interpretate dal cervello.
Ricordiamo inoltre dei parametri:
La soglia di udibilità che può produrre un fenomeno uditivo, è di 0,0002 microbar ed è indicato come 0db SPL .
Al di sotto di questo valore, si riuscirebbe ad udire il movimento delle molecole dell'aria.
Un altro fattore da non trascurare è il range di frequenze che l'orecchio riesce a captare, che vanno da un minimo di 200 Hz (toni bassi) ad un massimo di 10 Khz (toni acuti).
Abbiamo introdotto il termine db SPL cioè (decibel Sound-Pressure-Level) ma cosa vuol dire ciò ?
Come abbiamo detto in precedenza il nostro orecchio rileva le variazioni di pressione sonora nell'atmosfera, ed il nostro orecchio percepisce ciò in una scala di tipo logaritmico e non lineare.
Una scala lineare vista in un piano cartesiano con i valori riportati nella tabella, avanza sempre di uno stesso valore sia nell'asse delle ascisse che in quella delle ordinate, questo perchè la variabile indipendente X fa variare la variabile dipendente Y dando come risultato una retta.
Invece in una scala logaritmica come si vede dalla tabella nal grafico, i valori non rispondono in modo lineare ma in modo appunto logaritmico: la variabile indipendente X, fa variare la variabile dipendente Y non linearmente creando una linea con andamento "esponenziale"
Senza inoltrarci troppo su questo complesso mondo matematico, è sufficiente sapere che ogni 3db, la nostra percezione uditiva rileva circa il doppio o la metà della pressione sonora:
in poche parole, se si ascolta un suono a 30w, poi aumentiamo il volume di 3db, in realtà la nostra percezione uditiva è aumentata del doppio quindi 60w.
Stessa cosa se si diminuisce il volume di 3db la nostra percezione uditiva è calata della metà quindi 15w.
Quanto detto è estremamente importante, in quanto ci fa capire come funziona il nostro apparato uditivo e come è sensibile al variare della pressione sonora. Tuttavia il nostro orecchio ha dei limiti, considerando sempre il range uditivo di frequenze descritto poco fa, è indispensabile porre attenzione a questi tre parametri :
1)118db SPL: soglia del fastidio es: (urlo di un bambino)
2)140db SPL: soglia del dolore es: (decollo di un aereo Jet a 30m)
3)180db SPL: rottura del timpano (decollo si uno Space-Shuttle nelle vicinanze)
La nostra percezione uditiva varia al variare della frequenza e dell'ampiezza, infatti questi due parametri possiamo definirli facce della stessa medaglia.
Se si ascolta un brano musicale a volume relativamente basso ad una certa frequenza il nostro canale uditivo non riesce a rilevare i suoni bassi, ma solamente i suoni medi e alti, invece se alziamo il volume i suoni bassi come per magia ricompaiono.
Questo fenomeno è possibile dimostrarlo utilizzando la tabella delle Curve Isofoniche
Il grafico è basato su assi cartesiani dove le frequenze sono segnalate sull'asse delle ascisse, invece le ampiezze espresse in db SPL sono segnalate sull'asse delle ordinate; le linee blu sono la percezione uditiva.
Come possiamo osservare a basse frequenze non c'è percezione uditiva, questo per volumi (db SPL) troppo esigui: perchè la nostra percezione uditiva sia tale da rilevare anche i suoni bassi, sarà quindi necessario salire di frequenza.
Infatti la nostra percezione uditiva ad esempio per un suono a 1 Khz a 40db SPL è identica ad un suono di 100 Hz a 52db SPL sebbene un dislivello di 12db.
Questi ulteriori esempi dimostrano che la nostra percezione uditiva è basata come detto poco fa su su una scala non lineare ma bensì logaritmica.
Abbiamo cercato di spiegare questo argomento dedicato al suono nel modo più semplice possibile, speriamo vi sia piaciuto!
Grazie a tutti.
Grazie a tutti.
Se per i più svariati motivi vi interessa questa semplice relazione potete scaricarla in Pdf cliccando QUI, oppure la trovate nella colonna sx del blog sotto l'area download.
