Cenni di teoria: produzione, trasmissione, percezione del suono
摘要
Il suono è una vibrazione coerente delle molecole dell’aria. Coerente vuol dire che nella stessa regione di spazio ogni molecola oscilla intorno ad una posizione media assieme alle molecole vicine. Non si tratta di una vera oscillazione sinusoidale, in quanto il moto della singola particella è dominato dal moto termico casuale e dagli urti con le altre molecole; ma mediando su regioni di spazio sufficientemente grandi e su intervalli di tempo abbastanza lunghi si nota che le molecole si muovono da zone in cui la densità è più alta rispetto al valore medio verso zone in cui la densità è più bassa. Perché si verifichi un movimento oscillatorio deve essere presente un oggetto in grado di produrre le vibrazioni: ad esempio, pensiamo alla membrana di un altoparlante fissata ad un pannello rigido. La membrana dell’altoparlante si può spingere in avanti aumentando la densità delle molecole sulla sua superficie: questo aumento di densità porterà le molecole a spostarsi verso l’esterno; nel ciclo di vibrazione successivo la membrana tornerà indietro generando al contrario una zona di depressione che richiamerà indietro le molecole: le molecole più lontane nel frattempo si sono già messe in moto, e hanno trasmesso energia a molecole via via sempre più lontane. Quindi in definitiva, mentre le singole molecole si limitano ad andare avanti ed indietro seguendo il moto dell’altoparlante, la loro energia si trasmette a distanze sempre più grandi. Le zone di alta e bassa pressione che si succedono a causa del movimento della membrana dell’altoparlante si spostano, loro sì, allontanandosi dalla sorgente ad una velocità detta velocità del suono, che vedremo essere vicina ai 340 ms, e che non ha nulla a che fare con la velocità della singola molecola d’aria. Dopo essersi spostate, le zone di alta o bassa pressione e densità possono raggiungere un oggetto, urtarlo, spingerlo o tirarlo, ed in definitiva metterlo in moto fornendogli energia. Questo trasporto di energia senza trasporto di materia attraverso un mezzo elastico, come l’aria, è proprio caratteristico dei fenomeni ondosi. Quando l’onda raggiunge infine il nostro orecchio, una parte di questa energia viene trasformata in un segnale nervoso che giunge al cervello dove viene elaborato. Conviene dire subito che il nostro orecchio risulta sensibile a oscillazioni che avvengono con frequenza di qualche decina al secondo fino a qualche decina di migliaia: anzi, per essere precisi, il range delle oscillazioni che definiamo suono (con una visione antropocentrica) è quello compreso tra 20 Hz e 20 kHz: oscillazioni di frequenza inferiore costituiscono gli infrasuoni, ed oscillazioni di frequenza superiore gli ultrasuoni.