Suono

Spieghiamo quali sono il suono, le sue caratteristiche, come si verifica e i tipi che sono

Figura 1. Rottura della barriera sonora

Qual è il suono?

Lui suono È definito come un disturbo che diffondendo in un mezzo come l'aria, produce alternativamente compressioni ed espansioni in esso. Questi cambiamenti nella pressione e nella densità dell'aria raggiungono l'orecchio e sono interpretati dal cervello come sensazioni uditive.

I suoni accompagnano la vita sin dal suo inizio, essendo parte degli strumenti che gli animali devono comunicare tra loro e con l'ambiente circostante. Alcune persone dicono che anche le piante ascoltano, ma in ogni caso potrebbero percepire le vibrazioni dell'ambiente anche se non hanno un apparato uditivo come gli animali superiori.

Oltre a usare il suono per comunicare attraverso il discorso, le persone lo usano come espressione artistica attraverso la musica. Tutte le culture, vecchie e recenti, hanno manifestazioni musicali di ogni tipo, attraverso le quali le loro storie, costumi, credenze religiose e sentimenti raccontano.

Caratteristiche del suono (Proprietà)

Nella sua forma più semplice, un'onda sonora può essere descritta come un'onda sinusoidale, che si diffonde nel tempo e nello spazio, come quella inferiore. Lì si osserva che l'onda è periodica, cioè ha una forma che si ripete nel tempo.

Essere un'onda longitudinale, la direzione di propagazione e la direzione in cui le particelle del mezzo che vibrano sono le stesse sono le stesse.

Parametri dell'onda sonora

figura 2. Il suono è un'onda longitudinale, il disturbo si diffonde nella stessa direzione in cui le molecole sperimentano il loro spostamento. Fonte: Wikimedia Commons.

I parametri di un'onda sonora sono:

• T -Periodo: È il momento necessario per ripetere una fase d'onda. Nel sistema internazionale viene misurato in pochi secondi.
• Ciclo: È la parte dell'onda contenuta nel periodo e copre da un punto all'altro che ha la stessa altezza e la stessa pendenza. Può essere da una valle all'altra, da una cresta all'altra o da qualsiasi punto all'altra che soddisfa le specifiche descritte.
• Lunghezza d'onda λ: È la distanza tra una cresta e un'altra dell'onda, tra una valle e un'altra, o in generale tra un punto e la successiva con la stessa altezza e in sospeso. Essere una lunghezza è misurato in metri, sebbene altre unità siano più appropriate a seconda del tipo di onda.
• Frequenza f: È definito come il numero di cicli per unità di tempo. La sua unità è l'Hertz (HZ).
• Ampiezza A: corrisponde all'altezza massima dell'onda rispetto all'asse orizzontale.

In che modo il suono produce e si propaga?

Il suono si verifica quando un oggetto immerso in un mezzo di materiale è vibrato. Man mano che il disturbo si diffonde, l'energia viene trasmessa alle molecole medi, che interagiscono tra loro, attraverso espansioni e compressioni. Un mezzo di materiale è sempre necessario per la diffusione del suono, solido, liquido o gas.

Quando il disturbo dell'aria raggiunge l'orecchio, le variazioni della pressione dell'aria rendono la viber del timpano. Ciò si traduce in impulsi elettrici che vengono trasmessi al cervello dal nervo uditivo e una volta che gli impulsi vengono tradotti in suono.

La velocità del suono

La velocità delle onde meccaniche in un determinato mezzo segue questa relazione:

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Il suono è un'onda meccanica, quindi la velocità del suono in un mezzo dipenderà da quanto sia comprimibile (proprietà elastica) e da quanto densa (proprietà inerziale).

Ad esempio quando si propagano in un gas come l'aria, la velocità del suono può essere calcolata come:

Dove b è il modulo di compressibilità aria o medio e ρ la sua densità. Nell'aria la velocità del suono è di 343 m/s, ma questo valore, sebbene possa essere considerato costante per molte applicazioni, è influenzato da altre variabili come la temperatura.

Quando la temperatura aumenta, anche la velocità del suono, poiché le molecole medi sono più disposte a vibrare e trasmettere la vibrazione attraverso i loro movimenti. La pressione d'altra parte non influisce sul suo valore.

Relazione tra lunghezza d'onda e frequenza

Abbiamo già visto che il tempo impiegato dall'onda per completare un ciclo è il periodo, mentre la distanza percorsa in quel periodo di tempo è equivalente a una lunghezza d'onda. Pertanto la velocità V del suono è definita come:

V = λ/t

D'altra parte, la frequenza e il periodo sono correlate, essendo un inverso dell'altro, come questo:

F = 1/t

Che conduce a:

v = λ.F

La gamma di frequenze udibili nell'uomo è compresa tra 20 e 20.000 Hz, quindi la lunghezza d'onda del suono è compresa.7 cm e 17 m quando si sostituiscono i valori nell'equazione precedente.

Queste lunghezze d'onda hanno la dimensione di oggetti comuni, che influenzano la propagazione del suono, poiché essendo un'onda, sperimenta riflesso, rifrazione e diffrazione quando si incontrano ostacoli.

Sperimentazione della diffrazione significa che il suono è influenzato quando funziona con ostacoli e aperture le cui dimensioni sono simili alla sua lunghezza d'onda o più piccola.

Suoni gravi possono diffondersi meglio attraverso lunghe distanze, quindi gli elefanti usano infrasonic (suoni di frequenza molto bassa, impercettibili all'orecchio umano) per comunicare attraverso i loro vasti territori.

Anche quando c'è musica in una stanza vicina, quelli bassi sono ascoltati meglio di quelli acuti, perché la loro lunghezza d'onda è più o meno simile alle dimensioni di porte e finestre. D'altra parte, quando lasciano la stanza, i suoni acuti sono facilmente persi ed è per questo che smettono di ascoltare.

Come viene misurato il suono?

Il suono è costituito da una serie di compressioni e rarefazioni dell'aria, in modo che quando si diffonde, il suono provoca aumenti e diminuisce nella pressione. Nel sistema internazionale, la pressione viene misurata in Pascal, che è abbreviata PA.

Quello che succede è che questi cambiamenti sono molto piccoli rispetto alla pressione atmosferica, che vale circa 101.000 pa.

Anche i suoni più intensi producono fluttuazioni di circa 20-30 pa (soglia del dolore), una quantità piuttosto piccola rispetto. Ma se questi cambiamenti vengono misurati, allora c'è un modo per misurare il suono.

La pressione sonora è la differenza tra la pressione atmosferica con il suono e la pressione atmosferica senza suono. Come abbiamo detto, i suoni più intensi producono pressioni sonore di 20 pa, mentre la causa più debole di circa 0.00002 PA (soglia sonora).

Poiché la gamma di pressioni audio copre diversi poteri di 10, sarebbe conveniente utilizzare una scala logaritmica per indicarli.

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D'altra parte, è stato determinato che le persone percepiscono i cambiamenti in piccoli suoni intensi, rispetto ai cambiamenti di uguale grandezza ma in suoni intensi più intensi.

Ad esempio, se la pressione sonora aumenta di 1, 2, 4, 8, 16 ..., l'orecchio percepisce aumenti di 1, 2, 3, 4 ... Questo è il motivo per cui è conveniente definire una nuova grandezza chiamata Livello di pressione sonora (Livello di pressione sonora) l_P, definito come:

L_P = 20 log (P₁ / P_O)

Dove p_O È la pressione di riferimento prevista come soglia dell'udito e p₁ È il Pressione media effettiva o pressione RMS. Questo RMS o la pressione media è quello che percepisce l'orecchio come l'energia del segnale sonoro medio.

Decibel

Il risultato dell'espressione precedente per l_P, Se valutato per vari valori P₁, È somministrato in decibel, Un importo aggiuntivo. Esprimere il livello di pressione sonora è molto conveniente, perché i logaritmi trasformano grandi numeri in numeri più piccoli e più gestibili.

Tuttavia, in molti casi si preferisce usare il intensità del suono Per determinare i decibel e non la pressione sonora.

L'intensità del suono è l'energia che scorre per un secondo (potenza) attraverso una superficie unitaria orientata perpendicolarmente alla direzione in cui l'onda si propaga. Come la pressione sonora, è una grandezza scalare e indica come io. Le unità di I sono W/M², cioè, potenza per unità di area.

Si può dimostrare che l'intensità del suono è proporzionale al quadrato della pressione sonora:

I = p² /ρc

In questa espressione, ρ è la densità del mezzo e C è la velocità del suono. Poi il Livello di intensità del suono L_Yo COME:

L_Yo = 10 log (i₁ / Yo_O)

Che è anche espresso in decibel e talvolta appare indicato con la lettera greca β. Il valore di riferimento i_O è 1 x 10^-12 W/m². In questo modo, 0 dB rappresenta il limite inferiore dell'udito umano, mentre la soglia del dolore è in 120 dB.

Poiché si tratta di una scala logaritmica, è necessario sottolineare quali piccole differenze la quantità di decibel fanno una grande differenza in termini di intensità del suono.

Il soundometro

Un suono o decibelimetro è un dispositivo utilizzato per misurare la pressione sonora, indicando la misura nei decibel. È progettato per risponderla nello stesso modo in cui l'orecchio umano lo farebbe.

Figura 3. Il sometro o il decibelimetro viene utilizzato per misurare il livello di pressione sonora. Fonte: Wikimedia Commons.

È costituito da un microfono per raccogliere il segnale, più circuiti con amplificatori e filtri, che sono responsabili della trasformazione corretta di questo segnale in una corrente elettrica e infine una scala o uno schermo dove mostrare il risultato della lettura.

Sono usati molto per determinare l'impatto che alcuni rumori hanno sulle persone e nell'ambiente. Ad esempio rumore in fabbriche, industrie, aeroporti, rumore del traffico e molti altri.

Tipi di suono

Il suono è caratterizzato dalla sua frequenza. Secondo quelli che l'orecchio umano può catturare, tutti i suoni sono classificati in tre categorie: quelli che possiamo sentire o Spettro udibile, Quelli che sono spesso al di sotto del limite inferiore dello spettro udibile o Infrasonides, E quelli che sono al di sopra del limite superiore, chiamati ultrasuoni.

In ogni caso, poiché le onde sonore possono essere sovrapposte linearmente, i suoni quotidiani, che a volte interpretiamo come unici, sono in realtà su suoni diversi con frequenze diverse ma ravvicinate.

Può servirti: circuito elettrico chiusoFigura 4. Spettro sonoro e gamme di frequenza. Fonte: Wikimedia Commons.

Spettro udibile

L'orecchio umano è progettato per catturare una vasta gamma di frequenze: tra 20 e 20.000 Hz. Ma non tutte le frequenze in questo intervallo sono percepite con la stessa intensità.

L'orecchio è più sensibile nella banda di frequenza tra 500 e 6.000 Hz. Tuttavia ci sono altri fattori che influenzano la capacità di percezione del suono, come l'età.

Infrasonides

Sono i suoni la cui frequenza è inferiore a 20 Hz, ma il fatto che gli umani non possano ascoltarli, non significa che altri animali non possano farlo. Ad esempio, gli elefanti li usano per comunicare, poiché gli infrasonidi possono percorrere lunghe distanze.

Altri animali, come la tigre, li usano per stordire la loro preda. Gli infrasonidi sono anche usati nel rilevamento di oggetti di grandi dimensioni.

Ultrasuoni

Hanno frequenze superiori a 20.000 Hz e sono ampiamente utilizzati in molti campi. Uno degli usi più notevoli degli ultrasuoni è come strumento di medicina, sia diagnostico che di trattamento. Le immagini ottenute da ultrasuoni sono non invasive e non fanno uso di radiazioni ionizzanti.

Gli ultrasuoni vengono anche utilizzati per trovare guasti delle strutture, determinare le distanze, rilevare ostacoli durante la navigazione e altro ancora. Gli animali usano anche gli ultrasuoni, e in effetti era il modo in cui fu scoperta la loro esistenza.

I pipistrelli emettono legumi e quindi interpretano l'eco che producono per stimare le distanze e individuare le dighe. Da parte loro, i cani possono anche ascoltare gli ultrasuoni ed è per questo che rispondono ai fischi per cani che il loro proprietario non può sentire.

Suono singolo e suono stereo

Figura 4. In uno studio di registrazione il suono è correttamente modificato dai dispositivi elettronici

Il suono monofonico è un segnale registrato con un singolo microfono o canale audio. Quando si ascoltano con cuffie o bugle sonore, entrambe le orecchie sentono esattamente lo stesso. D'altra parte, i record sonore stereo segnali con due microfoni indipendenti tra loro.

I microfoni si trovano in diverse posizioni in modo che possano raccogliere diverse pressioni sonore di ciò che si desidera registrare.

Quindi ogni orecchio riceve uno di questi set di segnale e quando il cervello si riunisce e li interpreta, il risultato è molto più realistico di quando si ascolta suoni monofonici. Pertanto è il metodo preferito quando si tratta di musica e cinema, sebbene il suono singolo o monoaurale sia ancora usato alla radio, in particolare per interviste e conversazioni.

Oomofonia e polifonia

Musicalmente parlando, l'omofonia è costituita dalla stessa melodia interpretata da due o più voci o strumenti. D'altra parte, due o più voci o strumenti compaiono nella polifonia che seguono melodie e persino ritmi diversi. Il set che deriva da questi suoni è armonioso, come la musica di Bach.

Suoni gravi e acuti

L'orecchio umano discrimina le frequenze udibili come acute, gravi o calze. Questo è ciò che è noto come il tono suono.

Le frequenze più alte, tra 1600 e 20.000 Hz, sono considerati suoni acuti, la banda tra 400 e 1600 Hz corrisponde a suoni toni medi e infine le frequenze nell'intervallo da 20 a 400 Hz sono i toni gravi.

Suoni seri differiscono da quelli acuti in cui i primi sono percepiti come profondi, buio e rumble, mentre i secondi sono leggeri, chiari, allegri e penetranti. L'orecchio li interpreta anche come più intensi, a differenza dei suoni seri, che producono la sensazione di minore intensità.