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  • Lunedì 15 Giugno 2009 17:02
  • Ultimo aggiornamento Domenica 28 Giugno 2009 09:22
  • Scritto da David Guanciarossa

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Il suono

(II parte)

 

II - Propagazione dei suoni

La fonte sonora, vibrando, investe l'aria ad essa adiacente, comprimendola quando si espande e aspirandola quando si contrae.

L'aria compressa dalla prima espansione spinge l'aria ad essa adiacente e la compressione si sposta per far spazio alla successiva espansione, seguita dalla seconda compressione che insegue la prima, e così di seguito formando le onde sonore.

onde sonore

Queste onde sonore si propagano nello spazio senza uno spostamento apprezzabile d'aria, un po' come farebbero delle sferette sospese al centro di corde tese una accanto all'altra quando si facesse vibrare la prima corda.

Non si ha trasporto materiale di particelle materiali, ma solo un trasferimento di una perturbazione intorno ad una posizione di equilibrio.

Lo spostamento delle onde sonore avviene secondo una velocità che dipende dalla pressione, dalla temperatura, e dalla densità dell'aria.

Più la pressione diminuisce (per es. con l'altitudine), più la temperatura scende, piu l'aria è leggera, tanto più la velocità del suono diminuisce.

In condizioni normali la velocità del suono e circa 340 metri il secondo (oltre 1200 km/h). Un suono dalla frequenza costante si sposterà con la velocità del suono, per cui è possibile calcolare la distanza fra due onde di pressione successive (lunghezza d'onda). Se in un secondo un'onda percorre 340 metri e si emette un suono dalla frequenza poniamo, di 100 Hz, avremo che fra una vibrazione e l'altra vi saranno circa 3,40 metri (340/100) e diremo perciò la lunghezza d'onda del suono di 100 .Hz e di m 3,40. Ogni frequenza ha una lunghezza d'onda determinata.

 

Siccome sappiamo che i suoni udibili hanno la frequenza che va da 16 a 15.000 Hz, possiamo calcolare le lunghezze d'onda minima e massima. 340 diviso 16 fa 21 metri, mentre 340 diviso 15.000 fa 0,0225 metri pari a cm. 2,25 e quindi tutte le lunghezze d'onda dei suoni udibili saranno comprese fra questi due valori.

Con un semplice diagramma potremo sapere comodamente il valore delle lunghezze d'onda delle varie frequenze sonore.

Sapere le lunghezze d'onda dei vari suoni può essere interessante per le considerazioni che seguono.

I suoni quando incontrano un ostacolo, sia esso un muro o un oggetto, vengono in parte assorbiti ed in parte riflessi. La riflessione è più o meno accentuata a seconda del materiale e le dimensioni dell'ostacolo. Un materiale morbido e poco compatto tende ad assorbire un suono, mentre un materiale elastico e solido tendera a respingerlo. Non solo, ma ogni corpo può vibrare a determinate frequenze, quindi a queste determinate frequenze il fenomeno dell'assorbimento e della riflessione sarà maggiore. Queste frequenze (frequenze di risonanza) dipendono molto dalle dimensioni dell'oggetto che sono legate a loro volta a quelle delle lunghezze d'onda di tali frequenze. Le lunghezze d'onda maggiori tenderanno a superare piu facilmente i piccoli ostacoli di quanto non facciano le frequenze piu alte e saranno meno direzionali di queste.

Un altro fatto importante legato alla lunghezza d'onda e che un certo ambiente chiuso non potrà «contenere» suoni che siano più «lunghi» di certi valori legati alle dimensioni dell'ambiente stesso. Infatti i suoni bassi saranno più presenti negli ambienti grandi piuttosto che in quelli piccoli.

Abbiamo detto che i suoni quando incontrano gli ostacoli, pareti, oggetti, sul loro percorso vengono in parte riflessi. Avremo perciò, in corrispondenza di questi ostacoli altrettante sorgenti sonore che agiscono con un ritardo che dipende dalla loro distanza dalla sorgente originale. A questo fatto è dovuto it fenomeno della riverberazione, dell'eco che ovviamente ha maggior rilevanza negli ambienti grandi.

 

Nella pratica quotidiana ascoltiamo sempre suoni che hanno subito la riverberazione, se non altro quella dovuta al terreno. Un ambiente artificiale dove la riverberazione è praticamente assente e la « camera anecoica » in cui si fanno esperimenti acustici, ma si tratta di un caso particolarissimo.

Ogni ambiente ha un particolare tempo di riverberazione, che viene calcolato misurando it tempo che impiegano i suoni per diminuire di 1 milione di volte (60 dB) dopo che la sorgente ha smesso di suonare. Siamo talmente abituati alla riverberazione che la riproduzione di un suono non ci parrà fedele fin tanto che non saremo riusciti a ricreare anche l'atmosfera in cui tale suono viene in genere creato.

Questa atmosfera non è dovuta ad altro se non al fenomeno della riverberazione.

Le onde sonore non vengono attenuate solo dagli ostacoli che inco­trano, ma anche perchè si allontanano dalla sorgente secondo delle sfere per cui, dovendo coprire a mano a mano aree più vaste, avremo una diminuzione dell'intensità fisica pare al quadrato della distanza stessa.

Ad una distanza doppia, per esempio, il suono sarà sceso ad un'intensità di un quarto del valore precedente, anche se al nostro orecchio ciò sembrerà meno evidente per le considerazioni esposte in precedenza nella parte riguardante l'intensità del suono e che svilupperemo meglio nella terza parte di questo articolo.



III - Percezione dei suoni

Abbiamo già accennato che il nostro orecchio si comporta in modo del tutto particolare nella valutazione dei suoni.

Per ciò che riguarda l'altezza e timbro sono stati fatti studi molto interessanti, ma, per quel che ci concerne, converrà soffermarci sull'intensità.

Per quanto riguarda l'intensità sonora possiamo partire dal diagramma che rappresenta la soglia media della udibilità, che, come sappiamo, è il livello minimo di intensità necessaria per percepire il suono alle varie frequenze.

Intensità percezione

Questo diagramma mette in evidenza che, per udire come ugualmente intensi (al limite minimo) i suoni, occorre che le intensità siano differenti a seconda della frequenza.

Come base di valutazione viene presa l'intensita del suono a 1000 Hz (0 dB).

I suoni bassi richiederanno un'intensita maggiore da un massimo di 70 dB per le frequenze minime, via via diminuendo fino alla frequenza di 700 Hz, con un'ulteriore caduta dopo i 1000 Hz, per arrivare al minimo (-10 dB) intorno ai 3000-4500 Hz, dopo di che, al salire della frequenza, sono richieste intensità crescenti finoad un rinforzo di 30 dB all'estremo alto della gamma.

intensità suono

Con lo stesso procedimento potremo completare il diagramma aumentando l'intensità del suono di riferimento di 1000 Hz di 10 dB per volta. Otterremo il diagramma sopra riportato (Audio­gramma normale medio).

Su ogni linea, contraddistinta dal Ii­vello di intesita in dB del suono di 1000 Hz, avremo le intensity necessa­rie affinch6 i suoni ci sembrino ugual­mente intensi nonostante tl variare della frequenza.

Come si vede, le differenze di intensità delle varie frequenze diminuiscono col crescere del suono considerato, senza però mai annullarsi completamente.

L'estrenno alto delle intensità è dato dalla «soglia del dolore», che è il massimo che il nostro apparato uditivo può sopportare senza danni. Anche per la «soglia del dolore» occorrono intensità fisiche maggiori agli estremi della gamma delle frequenze, mentre il minimo e sempre intorno ai 4000 Hz.

Per esempio, se consideriamo un suono di 100 Hz, la sua intensità dovrà essere di + 120 dB al disopra della soglia di audibilità a 1000 Hz per arrecare danni all'apparato auditivo, ma basteranno soltanto 105 dB circa, per provocare gli stessi effetti con un suono dalla frequenza di 4000 Hz.

Ogni curva dell'Audiogramma normale medio indica una certa intensità del suono secondo quella che l'impressione del nostro orecchio.

 

Il valore di tale intensità viene misurato in Phon ed altro none se non il valore in dB che ha il suono di 1000 Hz di ciascuna curva.

Quindi, in corrispondenza della linea di 50 Phon, avremo i valori delle intensità fisiche dei suoni necessarie perchè alle varie frequenze, un suono ci sembri ugualmente forte rispetto ad un suono di 1000 Hz di 50 dB
intenso del valore della soglia di audibilita.

Come si vede i valori in dB e in Phon corrispondono sempre solo per le frequenze di 1000 Hz.

Facendo un altro esempio numerico, dal diagramma vediamo che due suoni, rispettivamente di 1000 e di 100 Hz, sono ugualmente percettibili al livello di soglia, solo se il suono di 100 Hz sarà di 35 dB (3160 volte) più intenso.

In questo caso diremo che entrambi i suoni hanno il valore di 0 Phon. Se aumentiamo l'intensita del suono di 1000 Hz portandolo a + 20 dB (100 volte più intenso), dovremo aumentare il suono di 100 Hz di 50 dB (100.000 volte) perchè le due intensità ci sembrino uguali. In questo secondo caso diremo che i due suoni hanno l'intensità di 50 Phon.

Se facciamo un diagramma con segnate le linee delle soglie di audibilità e del dolore (0 e 120 Phon), l'area in esse compresa indicherà il campo entro il quale possiamo collocare qualsiasi suono da noi udibile; entro questo campo si inseriscono perciò i suoni del nostro mondo. In aree piu piccole comprese in quest'area massima, possiamo collocare il campo sonoro interessato da una certa sorgente, come nel diagramma seguente:


campo interessato dalla musica sinfonica

Da questo diagramma possiamo vedere che la musica sinfonica abbraccia il campo delle frequenze da poco meno di 50 Hz in poi e che la differenza fra l'intensità minima e l'intensità massima (Dinamica)è di 70 dB, dato che abbiamo i minimi e i massimi rispettivamente a 30 e a 100 dB. La dinamica alle varie frequenze è minore agli estremi basso e alto ed è massima (60 dB e oltre) per i suoni fra i 300-400 e i 1000-2000 Hz.

Un'altra cosa importante sulla valutazione dell'intensità dei suoni da parte del nostro orecchio e che, a parità di frequenza, gli aumenti di intensità fisica dei suoni non vengono valutati con la stessa proporzione. Perchè un suono venga giudicato di intensità doppia rispetto ad un altro suono piu debole, è necessario, per il nostro orecchio, che il suono in questione sia superiore di circa 10 Phon, il che, a 1000 Hz, significa che l'intensità fisica dovrà aumentare di 10 volte.

Tenendo presente questo fatto, è stata creata con criterio statistico la scala delle intensità espressa in Son. La scala dei Son esprime it valore delle intensità sonore in proporzione a quanto giudica l'orecchio. Perciò un suono di 4 Son, per esempio, avrà una intensità doppia di un suono di 2 Son e quadrupla di quello di 1 Son.

Si è calcolato che 1 Son corrisponde all'intensità di 40 Phon, per cui sapendo che l'intensità apparente raddoppia ogni 10 Phon, avremo questa tabella di equivalenza:


Intensità in PHON / Intensità in SON

30 0,5
40 1
50 2
60 4
70 8
80 16
90 32
100 64
110 128
120 256
130 512

Riassumendo, per quanto riguarda l'intensità dei suoni, avremo misure che considerano I'aspetto fisico del fenomeno, nelle quali useremo la scala dei dB e misure relative alla sensibilità del nostro udito. Le unità di queste seconde misure possono essere. Il Phon, corrispondente alla scla indB del suono di 1000 Hz, e la scala dei Son, proporzionale alle impressioni di intensità sonora del nostro udito rilevate con criterio statistico su un campione di individui normali.

Da quanto detto risulta che nella riproduzione dei suoni bisognerà tener conto dell'intensità del suono riprodotto, che se diversa da quella dell'esecuzione originale, dovrà avere una distribuzione delle intensità delle varie frequenze diversa dalla realtà per essere giudicata fedele dal nostro orecchio. Anche per questo motivo esistono sulle apparecchiature i controlli di tono, come pure il controllo fisiologico del volume e i comandi loudness, contour, ecc. che servono ad adeguare le intensità delle varie frequenze riprodotte in modo che l'impressione resa sia più vicina possibile a quella della realtà, nonostante le variazioni del volume sonoro.


SUONO HIFI STEREO anno 1 - numero 4 ottobre 1971

 

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