3. Il suono

Il suono è prodotto da turbolenze ondulatorie dell'aria: onde di pressione che sono percepite come suoni dall'orecchio umano.

Una sorgente sonora circondata da un mezzo, solido, liquido o aeriforme, trasmette ad esso in tutte le direzioni variazioni di pressione e di densità che si propagano sotto forma di onde elastiche di compressione e rarefazione. Un suono per propagarsi ha bisogno di un mezzo fisico; nel vuoto c’è assenza di suono. 
La velocità di propagazione del suono v dipende dalla densità del mezzo. In particolare si ha:

• nell’aria        v =   340 m/sec;

• nell’acqua   v =  1200 m/sec;

• nel ferro      v =  5000 m/sec.

Gli elementi fondamentali del suono sono l'ampiezza, la frequenza e il timbro.

3.1. Ampiezza

Un suono con ampiezza (o intensità) nulla non è percepito dal nostro orecchio; un suono con elevata ampiezza viene percepito con una intensità elevata che risulta molto fastidioso. In realtà il nostro orecchio presenta una curva di sensibilità che va dalla cosiddetta soglia di udibilità alla soglia del dolore.

L’intensità o volume o ampiezza di un suono è una variabile psicologica strettamente legata al livello di percezione di ciascun individuo. L’intensità di un suono dipende dal flusso di potenza che investe l’orecchio umano e si misura in Watt/cm². In tabella 1 si riportano alcuni valori dell’intensità ricavati sperimentalmente con metodi statistici su un considerevole numero di individui. I valori dell’intensità sono stati ottenuti mediante confronto con un suono puro a 1 KHz.  Ad ogni individuo soggetto a sperimentazione, si è fatto ascoltare un certo suono ambientale e successivamente un suono alla frequenza di riferimento di 1 KHz generato da un opportuno strumento. Si varia l’intensità del suono di riferimento finché l’ascoltatore non giudica i due suoni uguali. Tale intensità è assunta come intensità del suono ambientale.

Tabella 1 . Livelli di intensità sonora.

L'ampiezza dipende dal flusso di potenza che investe l'orecchio umano e si misura in Watt/cm².

Sperimentalmente si è ricavato che la soglia di udibilità e del dolore alla frequenza di 1KHz valgono, rispettivamente:

Il flusso di potenza J, alla frequenza di 1KHz, è proporzionale alla pressione acustica emessa dalla sorgente sonora per cui è possibile esprimere la sensazione sonora S in deciBel secondo la formula:

S_dB = 20 log (p/p_o)

Ove p_o rappresenta la pressione acustica in corrispondenza della soglia di udibilità.

Dalla formula si evince che se la pressione acustica corrisponde alla soglia di udibilità, la sensazione sonora vale 0dB mentre se la pressione acustica corrisponde alla soglia del dolore la sensazione sonora vale 140dB.

Poiché l'intensità sonora di un ambiente silenzioso vale 10^-8 µWatt/cm², possiamo dedurre che il "rumore di fondo" corrisponde a circa 40dB.

3.2. Frequenza

In Fisica la frequenza è definita come il numero di oscillazioni complete compiute nell'unità di tempo. La frequenza di un suono corrisponde al numero di vibrazioni al secondo dell'aria emesse dal generatore di suoni. La frequenza dipende dalle caratteristiche fisiche e geometriche del generatore di suoni. Il diapason, la laringe, la corda di una chitarra emettono particolari valori di frequenze.

Una sorgente sonora si dice semplice se emette una nota pura ad una ben determinata frequenza, si dice composta se è costituita dall’insieme di suoni semplici.

Il suono generato da un diapason è un esempio di suono semplice, mentre quello emesso dalla laringe umana è un suono composto. Nel caso di suoni semplici l’energia è concentrata in un moto armonico caratterizzato da una singola frequenza di vibrazione. A tale frequenza si dà il nome di altezza del suono.  I suoni a frequenza bassa sono detti gravi quelli a frequenza più alta acuti. L’orecchio umano è in grado di percepire suoni con frequenze comprese tra 20 Hz e 20 KHz Il nostro orecchio ha una elevata sensibilità alle variazioni di frequenza potendo distinguere con facilità suoni che differiscono anche di pochi Hertz.
Tale sensibilità è, comunque, soggettiva e consente di percepire sotto forma di suono le onde acustiche di frequenza compresa tra 20Hz e 16KHz tipicamente. Quelle all'esterno di tale intervallo non sono percepite dall'orecchio umano.

I suoni a frequenza bassa (20-500 Hz) sono detti gravi, quelli a frequenza elevata (2K-20KHz) sono detti acuti.
Le onde con frequenza inferiore a 20Hz sono dette subsoniche o infrasuoni mentre quelle superiori a 20KHz sono dette ultrasuoni.
I cani, come è noto, sono in grado di percepire gli ultrasuoni: esistono fischietti che emettono ultrasuoni percepiti dai cani ma non dall'uomo.

3.3. Timbro

I suoni sinusoidali puri sono definiti esclusivamente conoscendo la frequenza di oscillazione e l'intensità sonora.

Le sorgenti sonore più complesse, come gli strumenti musicali o la nostra voce, generano suoni non puri, caratteristiche della sorgente stessa, che si possono pensare costituiti dalla somma di due o più suoni puri ognuno avente una certa ampiezza ed una certa frequenza.

Il "La" emesso da una chitarra non è un suono puro ma è costituito dalla somma dei suoni puri contemporaneamente generati dalla chitarra. In particolare ciascuno di questi suoni puri ha frequenza multipla della frequenza fondamentale (armoniche) ma ampiezze differenti caratteristiche della chitarra.

La stessa nota emessa da una tromba presenta stesse armoniche aventi, però, ampiezze differenti da quelle della chitarra.

Per questo motivo il nostro orecchio è in grado di discriminare facilmente se il suono del "La" proviene dalla chitarra o dalla tromba.

Questo terzo attributo del suono prende il nome di timbro.

3.4. Esempi di suoni

Si riportano in figura 2 le rappresentazioni grafiche di suoni puri a diversa ampiezza, frequenza e timbro. Facendo click sui relativi grafici si ottiene il corrispondente suono attivato per un secondo.

Fig.2 Esempi di forme d'onde:

1. ampiezza 1V, frequenza 1KHz;
2. ampiezza 0.2V, frequenza 1KHz;
3. ampiezza 1V, frequenza 1.5KHz;
4. ampiezza 0.5V, frequenza 1KHz + ampiezza 0.5V, frequenza 2KHz.

Ultimo aggiornamento: 2 febbraio 2004