Suono: definizione, tipi, caratteristiche e frequenze

Il suono è tutto intorno a noi. Usiamo il nostro senso del suono per navigare nel nostro ambiente, per comunicare e per goderci la musica. Ma cos'è il suono? Com'è fatto e come si trasmette da un luogo all'altro?

Il suono è un tipo di onda meccanica o un'oscillazione della materia. Un'onda è un disturbo che viaggia da un luogo all'altro in un mezzo. La chiave qui è che i punti nel mezzo oscillano sul posto mentre il disturbo stesso viaggia.

Ad esempio, considera un'onda fatta da una folla a una partita con la palla. I fan ai loro posti servono come mezzo d'onda. Individualmente, si alzano, alzano le braccia e poi si siedono di nuovo - oscillano sul posto. La perturbazione, però, percorre tutto lo stadio.

Le oscillazioni in un mezzo tendono ad essere di due tipi: le onde trasversali oscillano ad angolo retto rispetto alla direzione di viaggiano (come con il pubblico allo stadio, o un'onda su una corda) e le onde longitudinali oscillano parallele alla direzione di viaggio.

Le onde sonore sono onde longitudinali. Quando un'onda sonora si propaga attraverso un mezzo, come l'aria, lo fa facendo vibrare le molecole d'aria, che provocano cambiamenti nella pressione dell'aria, con conseguente compressioni (regioni di alta pressione) e rarefazioni (regioni di bassa pressione) nell'aria come l'onda viaggi.

Pensa a una molla giocattolo come uno Slinky disteso su un tavolo con una persona che tiene entrambe le estremità. Se una persona tira lo Slinky verso di sé, invierà un'onda longitudinale lungo lo Slinky. Vedrai le regioni delle bobine Slinky che sono più ravvicinate (compressioni) e meno distanziate (rarefazioni). Ogni dato punto nello Slinky oscilla avanti e indietro sul posto mentre il disturbo si sposta da un'estremità all'altra.

Di nuovo, questo è esattamente ciò che accade con le onde sonore nell'aria, o in qualsiasi altro mezzo, del resto.

Proprio come con qualsiasi altra onda, le onde sonore sono create da un disturbo o da una vibrazione iniziale. Un diapason colpito, ad esempio, vibra a una frequenza specifica. Mentre si muove, urta contro le molecole d'aria che lo circondano, comprimendole periodicamente.

Le regioni compresse trasferiscono questa energia anche alle molecole d'aria vicine e il disturbo si muove attraverso l'aria fino a raggiungere il tuo orecchio, a quel punto trasferisce energia al tuo timpano, che vibrerà alla stessa frequenza e sarà interpretato dal tuo cervello come suono.

Quando parli, fai vibrare la laringe (un piccolo tubo cavo nella parte superiore della trachea), che a sua volta fa vibrare l'aria intorno a sé, che quindi propaga l'energia sonora all'ascoltatore. Contraendo ed espandendo il tessuto della laringe e manipolando gli articolatori della bocca (labbra, lingua e altre strutture della bocca), puoi creare suoni diversi.

Tutti gli oggetti possono essere sorgenti sonore che creano suoni allo stesso modo, vibrando e trasferendo tali vibrazioni a un mezzo adiacente, come l'aria.

Nell'aria secca, il suono viaggia a una velocità di

doveT_cè la temperatura in gradi Celsius. In un giorno standard di 20 gradi Celsius (68 gradi Fahrenheit), il suono viaggia a circa 343,4 m/s. Sono circa 768 miglia all'ora!

La velocità del suono è diversa nei diversi media. Ad esempio, la velocità con cui un'onda sonora viaggia nell'acqua può essere maggiore di 1.437 m/s; in legno è di 3.850 m/s; e in alluminio, oltre 6.320 m/s!

Come regola generale, il suono viaggia più velocemente nei materiali in cui le molecole sono più vicine tra loro. Viaggia il più veloce nei solidi, il secondo nei liquidi e il più lento nei gas.

Puoi eseguire un semplice esperimento per misurare la velocità del suono. Per fare ciò, avrai bisogno di una sorgente sonora (che potrebbe essere un diapason, un battito di mani o la tua voce) e un riflettore superficie a una distanza nota dalla sorgente (come una parete rocciosa solida diversi metri davanti a te, o l'estremità chiusa di un semplice tubo).

A condizione che tu disponga di attrezzature (e/o riflessi sufficientemente veloci) in grado di misurare il lasso di tempo tra quando viene emesso il suono e quando ritorna alla posizione di origine tramite un'eco fuori dalla superficie riflettente, avrai abbastanza informazioni per determinare il velocità.

Prendi semplicemente il doppio della distanza dalla sorgente alla superficie riflettente (poiché il suono viaggia da la sorgente in superficie, e poi di nuovo indietro) e dividerlo per il tempo tra l'emissione del suono e eco.

Ad esempio, supponiamo di urlare in un canyon profondo 200 m e di ricevere un'eco in 1,14 secondi. La velocità del suono sarebbe 2 × 200 / 1,14 = 351 m/s.

Potresti conoscere il fenomeno di alcuni aerei che infrangono la barriera del suono. Ciò significa che l'aereo vola più veloce della velocità del suono. Al momento supera questa velocità, crea un boom sonico.

Un aereo che viaggia aMach 1viaggia alla velocità del suono. Mach 2 è il doppio della velocità del suono e così via. L'aereo più veloce del mondo era l'X-15 nordamericano, che raggiunse una velocità di Mach 6,7 il 3 ottobre 1967.

A terra, la velocità del suono è stata interrotta il 15 ottobre 1997 da Andy Green che ha viaggiato a 763.035 miglia all'ora in un'auto a reazione ThrustSSC nel Black Rock Desert in Nevada.

La frequenza di un'onda è il numero di oscillazioni che si verificano in un dato punto nel mezzo al secondo. Viene misurato in unità di hertz (Hz) dove 1 Hz = 1/s. La lunghezza d'onda di un'onda sonora è la distanza tra due regioni consecutive di massima compressione. In genere è misurato in unità di metri (m).

La velocità di un'onda sonora,v,è direttamente correlato alla frequenzaflunghezza d'onda lambda viav = f​.

La velocità del suono in un particolare mezzo non dipende dalla frequenza o dalla lunghezza d'onda, ma è invece una costante di quel particolare mezzo. La frequenza di un'onda sonora corrisponderà sempre alla frequenza della sorgente sonora, quindi non dipende dal mezzo o dalla velocità dell'onda.

Quindi, in due diversi mezzi, le frequenze saranno le stesse, mentre le velocità saranno specifiche per i mezzi e le lunghezze d'onda varieranno di conseguenza. (L'alta frequenza corrisponde a piccole lunghezze d'onda e viceversa.)

Gli intervalli di frequenza che sono tipicamente rilevabili dall'orecchio umano vanno da 64 Hz a 23 kHz, sebbene le persone tendano a perdere la capacità di sentire le frequenze più alte con l'età. Al contrario, i cani possono sentire fino a circa 45 kHz (motivo per cui rispondono ai fischi dei cani non udibili dall'uomo), i gatti possono sentire fino a 64 kHz e le focene possono sentire fino a 150 chilocicli!

Senza dubbio ti sei imbattuto in questa citazione dal film del 1979alieno, ed è vero: il suono non viaggia nel vuoto. Questo perché ha bisogno di un mezzo. Deve esserci del materiale tra la sorgente sonora e te affinché il suono si propaghi.

Quindi tutte quelle scene di battaglia spaziale che vedi nei film con le forti esplosioni? Completamente falso! Non ci sarebbe alcun suono perché non c'è un mezzo attraverso il quale viaggiare.

intensità del suono,io, è la potenza sonora per unità di superficie. L'unità SI per l'intensità del suono è watt/m² doveio₀​ = 10^-12 W/m² è considerata la soglia per l'udito umano. Colloquialmente, l'intensità del suono è ciò che consideriamo il "volume" di un suono.

Un modo comune di presentare l'intensità del suono percepita è utilizzare la scala dei decibel (dB), dove l'intensità del suono è in decibel:

Questa scala è utile perché gli umani non percepiscono il volume in modo lineare. Cioè, un suono con il doppio dell'intensità può sembrare più del doppio più forte quando è iniziato in silenzio e meno del doppio se è già iniziato un po' forte. La scala dei decibel fornisce numeri più coerenti con le nostre percezioni.

Il suono della respirazione leggera è di circa 10 dB, mentre la conversazione in un ristorante è di circa 60 dB. Un cavalcavia di un jet a 1.000 piedi è di circa 100 dB. Un tuono doloroso al limite è di 120 dB e i timpani si rompono a 150 dB.

L'energia in un'onda sonora è direttamente correlata all'intensità. Le unità di intensità, W/m², sono gli stessi di J/(sm²) o energia in joule al secondo per metro quadrato.

Ricordiamo che la velocità del suono dipendeva solo dal mezzo e non dalla frequenza dell'onda. Questa è una buona cosa perché altrimenti ascoltare un concerto sarebbe un'esperienza terribile, con note musicali diverse che ti arrivano fuori ordine.

Diverse frequenze del suono corrispondono a diverse altezze o note musicali. Quando un cantante canta, produce frequenze diverse modificando le dimensioni e la forma della laringe. Gli strumenti musicali sono progettati per creare suoni di toni puri tipicamente creando onde stazionarie, sia in un tubo o un tubo, sia lungo una corda.

Considera uno strumento a corde come una chitarra. La frequenza alla quale vibra una corda pizzicata dipende dalla sua densità di massa (quanta massa per unità di lunghezza), dalla tensione della corda (quanto è stretta) e dalla sua lunghezza. Se guardi una chitarra, vedrai che ogni corda ha uno spessore diverso. Le manopole di accordatura all'estremità dell'impugnatura consentono di regolare la tensione delle corde e i tasti ti danno give posti dove mettere le dita per modificare le lunghezze delle corde mentre suoni, permettendoti di creare molti diversi Appunti.

I legni, al contrario, sono costituiti da tubi cavi in ​​cui le onde stazionarie possono essere create in colonne d'aria (proprio come nella laringe). I diversi fori di tono su uno strumento del genere consentono di modificare i tipi di onde stazionarie che possono formarsi, e quindi modificare le note che possono essere suonate.

Per uno strumento come un trombone, puoi anche regolare la lunghezza del tubo spostando la slitta avanti e indietro, consentendo di suonare onde stazionarie a frequenze diverse e quindi note diverse.

Gli strumenti a percussione, come la batteria, si basano sulle vibrazioni di una membrana (come la pelle di un tamburo). Proprio come pizzicare le corde di una chitarra, quando si colpisce la pelle del tamburo in punti diversi, si formano onde stazionarie sulla membrana, creando il suono. La frequenza e la qualità del suono dipendono dalle dimensioni della membrana, dal suo spessore e dalla tensione.