Le onde sonore sono onde longitudinali, che si possono propagare sia nei messi solidi, che nei liquidi e nei gas. L’unico mezzo in cui le onde non possono propagarsi è il vuoto.
Questo tipo di onda è generata dalla vibrazione un corpo: le corde vocali che ci permettono di parlare, infatti, sono delle membrane tese, che possono vibrare quando sono colpite dall’aria che fuoriesce dai nostri polmoni.
Anche il funzionamento di molti strumenti musicali è dovuto alla vibrazione di alcune corde, come nel caso delle chitarre, o dei pianoforti.
Le onde sonore sono onde longitudinali, e sono generate da compressioni e decompressioni continue del mezzo di propagazione; se le onde si propagano nell’aria, quindi, vi saranno compressioni e rarefazioni delle masse di aria che circondano l’onda, come nel caso in cui viene pizzicata una corda tesa:
Nel primo caso, l’aria al di sopra della corda viene compressa, mentre quella al di sotto è più rarefatta; nel secondo caso, invece, l’oscillazione della corda provoca una compressione dell’aria sottostante e una rarefazione di quella al di sopra.
La velocità del suono
La velocità di propagazione del suono dipende dal mezzo i cui si propaga, oltre che dalla temperatura e dalla pressione in cui si trova tale mezzo; le velocità maggiori vengono raggiunte quando il suono attraversa materiali come il ferro e il granito, mentre le velocità minori si raggiungono con la gomma vulcanizzata.
La velocità di propagazione del suono nell’aria è pari a 330 m/s alla temperatura di 0° C e alla pressione atmosferica.
L’altezza del suono
L’altezza del suono distingue i suoni più acuti da quelli più gravi, ed è strettamente collegata alla frequenza dell’onda sonora.
Maggiore è la frequenza dell’onda, infatti, tanto più il suono risulterà alto; negli strumenti musicali, infatti, i suoni più alti sono prodotti dalle corde più fine, che quando vengono pizzicate oscillano con frequenze maggiori di quelli più spesse.
Le onde sonore hanno frequenza compresa tra i 20 Hz e i 20000 Hz, cioè l’intervallo di frequenza che è percepibile dall’orecchio umano.
Al di sotto di questi valori, l’orecchio umano non è in grado di percepire i suoni, come invece possono fare alcuni animali, e si parla di infrasuoni.
Al di sopra di 20000 Hz, invece, i suoni possono provocare danni all’udito, anche permanenti; in questo caso si parla di ultrasuoni.
L’intensità del suono
L’intensità del suono, invece, riguarda il livello di volume che viene percepito; elevate intensità corrispondono a volumi più alti, mentre intensità basse a volumi più bassi. L’intensità dipende dall’ampiezza dell’onda sonora, e aumenta con l’aumentare di questa.
L’intensità del suono può essere misurata considerando l’energia trasportata dalle onde sonore che attraversano una determinata superficie piana nell’intervallo di tempo; l’intensità, infatti, è espressa come rapporto tra l’energia e il prodotto dell’area della superficie per il tempo:
$ I = frac(E)(A * ∆t) $
La sua unità di misura è $W/m^2$ ; tuttavia, per misurare l’intensità sonora è spesso utilizzata un’altra unità di misura, il decibel (dB). Questa grandezza, valida nel Sistema Internazionale, si ottiene mediante la seguente formula:
$ L_s = 10log_10frac(I)(I_0) $
dove $L_s$ indica il livello di intensità sonora, mentre I è l’intensità dell’onda che viene percepita e $I_0$ rappresenta la minima intensità percepibile.
La minima intensità percepibile, che può per certi aspetti essere soggettiva, vale all’incirca $10^-12 W/m^2$; ad esso corrisponde l’intensità di 0 dB. Sopra la soglia di 90 dB il suono può dare fastidio, e in certi casi può anche provocare danni all’udito. Intensità più elevate, come 140 dB, corrispondono alla soglia del dolore, e causano danni permanenti.
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