"IL PROCESSO DI UNA SCOPERTA SCIENTIFICA È, IN EFFETTI, UN CONTINUO CONFLITTO DI MERAVIGLIE"
(ALBERT EINSTEIN)
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Suono


 

La nostra quotidiana è costellata di voci, rumori, melodie: in una parola suoni. Ma ci siamo mai chiesti cosa è il suono?

Il laboratorio del suono è nato proprio per rispondere a questa domanda. Il suono è la sensazione originata dalle vibrazioni generate da un corpo messo in oscillazione, trasmesse attraverso l’aria, che raggiungono le nostre orecchie. Si propaga sotto forma di onde un po’ come avviene quando si lancia un sasso in uno stagno.

Nell’acqua le onde si vedono, nell’aria invece no; a meno di utilizzare degli strumenti particolari.

Nelle onde sonore, così come per qualsiasi tipo di onda, non vi è trasporto di materia ma solo di energia.

Come è fatto un suono?

Il suono è un’onda. Tra le caratteristiche principali delle onde troviamo: l’ampiezza, la frequenza, la lunghezza, direzione e velocità di propagazione.

Nelle onde sonore, l’ampiezza corrisponde al volume: maggiore è l’ampiezza, maggiore sarà il volume. La frequenza, corrisponde all’altezza del suono: frequenze elevate corrispondono a suoni acuti mentre frequenze più lente corrispondono a suoni più gravi.

Nella prima area nella stanza del suono si può addirittura creare un’onda sonora esattamente con le caratteristiche che preferiamo. Su di un computer si disegna la forma dell’onda che poi verrà emessa da due diffusori e, quindi, sentita.

Normalmente non sentiamo mai un solo suono alla volta. Cosa succede quando due onde si “incontrano” o, in termini scientifici, si sovrappongono?

Possiamo fare diversi esempi che potranno essere riprodotti nel nostro laboratorio. Vediamone alcuni:

Caso 1
pensiamo a due onde sonore di frequenza molto diversa, uno acuto e uno grave, come il suono del campanello di una bicicletta e il clacson di un camion. Quando queste onde si sovrappongono, continuo a percepire i due suoni distinti, sono solamente contemporanei ma, ognuna dei due mantiene la propria peculiarità.

Caso 2
le due onde sonore di partenza hanno esattamente la medesima frequenza ma sono in controfase. L’onda sonora che si ottiene dalla sovrapposizione delle due di partenza è molto particolare: non si propaga più ma punto per punto la sua intensità oscilla nel tempo, a meno di alcuni punti particolari detti “nodi” dove l’intensità dell’onda è sempre zero, non la sento più. Quest’onda è detta STAZIONARIA.

Grazie ad uno strumento particolare, il TUBO DI KUNDT, è possibile addirittura “vedere” un’onda stazionaria sonora! Attraverso un altoparlante viene generato un suono ad un’estremità di un tubo trasparente di lunghezza opportuna. Una polvere molto leggera è stata introdotta preventivamente nel tubo; una volta generata l’onda stazionaria, la polvere si accumula in presenza dei nodi dell’onda, mentre, il moto prodotto dall’onda non permette l’accumulo della polvere in presenza delle creste (massimi). La distanza tra due cumuli consecutivi di polvere è pari a metà della lunghezza d’onda.

Dove vanno i suoni?

Una volta generati, i suoni si diffondono in qualsiasi direzione dello spazio. Cosa accade quando incontrano un ostacolo? La luce, a seconda delle proprietà ottiche del materiale che incontra, riesce o non riesce ad essere trasmessa, facendolo apparire trasparente, opaco o riflettente. Per il suono può accadere qualcosa di simile?

Attraverso un corridoio speciale, possiamo scoprire che anche per il suono, esistono dei materiali che lo riflettono e altri che lo assorbono.

All’interno della stanza del suono è stato costruito un corridoio diviso in due porzioni. Nella prima metà del corridoio le pareti e il soffitto sono realizzati con materiali molto fonoassorbenti, cioè il suono che arriva fino alle pareti del corridoio viene intrappolato nel materiale che le costituisce e viene prontamente smorzato. La sensazione che si prova è quella di trovarsi in un ambiente molto silenzioso, ovattato. Nella seconda metà del corridoio, le pareti e il soffitto sono realizzati con dei materiali molto fono-riflettenti; in questo porzione del corridoio, il suono rimbalza in continuazione da una parete all’altra, dando la sensazione di un ambiente molto rumoroso anche se i suoni diffusi sono i medesimi di quelli uditi nella prima metà del corridoio, in cui la sensazione uditiva era opposta.

Dei suoni particolari: come si producono le note musicali?

Nella terza area della stanza del suono, sono raccolti degli strumenti in cui è possibile sperimentare il rapporto tra forma dell’ oggetto e il suono che si può generare con esso:

– RISUONATORI DI HELMHOLTZ: sono delle particolari cavità acustiche costituite da sfere di metallo con un breve e stretto collo terminante con un’apertura. Soffiando di taglio sull’apertura o mettendo in contatto il risuonatore con una sorgente di onde, è possibile ottenere la produzione di una singola nota che sarà più o meno grave a seconda della forma del risuonatore, in particolare risuonatori con uguale collo e apertura producono note via via più acute diminuendo di volume.

-TUBO DI QUINCKE: è un interferometro acustico, ovvero uno strumento grazie a cui è possibile sperimentare l’effetto della sovrapposizione ( o interferenza) tra due onde sonore. Attraverso un altoparlante si immette un suono nell’apertura iniziale del tubo che, subito dopo, si divide in due diramazioni una di lunghezza fissa e l’altra di lunghezza variabile. All’uscita del tubo è possibile udire un suono di intensità più o meno elevata a seconda della lunghezza del condotto mobile. Questo fenomeno accade perché l’onda che si propaga nel condotto mobile arriva all’uscita presentando un massimo, un minimo o una configurazione intermedia a seconda della lunghezza che ha dovuto percorrere. Una volta all’uscita si ricombina con l’onda che ha propagato nel condotto di lunghezza fissa, costruito in modo da presentare un’onda con la sua ampiezza massima. Se le onde si trovano all’uscita entrambe con ampiezza massima, allora il suono risultante sarà più intenso delle due onde prese singolarmente ( avrà ampiezza pari alla somma delle due di partenza), in qualsiasi altro caso, il suono risultante avrà un volume (ampiezza) minore.

La riflessione delle onde sonore: l’eco

Condizione necessaria per ottenere l’effetto dell’eco è di avere un ostacolo contro cui le onde sonore si riflettono, tornando verso la sorgente che le ha generate, nel caso dell’eco, noi stessi. Infatti, quando un suono incontra una superficie, una sua parte viene riflessa con un angolo uguale a quello incidente. Esattamente come quando la luce incontra uno specchio o una superficie che la riflette.

Come è stato già sperimentato nel corridoio fonoassorbente/fonoriflettente, non tutti i materiali sono adatti ad essere dei buoni riflettori, in generale servono materiali lisci e duri. Le pareti delle montagne sono perfette!

Nella stanza del suono è stato creato un sistema particolare per sperimentare in modo sorprendente la riflessione delle onde sonore.

Due riflettori parabolici di metallo sono posizionati uno di fronte all’altro. Nel fuoco di un riflettore è stata posta una piccola sveglia, il cui ticchettio non è udibile una volta posti in prossimità del secondo riflettore a meno che….non si avvicini l’orecchio nel punto in cui si trova il fuoco del paraboloide. In questo punto si sente perfettamente il ticchettio della sveglia! Questo avviene perché le onde sonore – in questo caso il tic-tac della sveglia – vengono riflesse dal primo paraboloide verso il secondo che, a sua volta le riflette, “concentrandole” in un punto ben preciso, il suo fuoco.

 


Come è fatto un suono? A cosa corrispondono il tono e il volume di un suono se lo consideriamo come un’onda?

Ascoltiamo con attenzione. La sovrapposizione di suoni diversi, simili, uguali: effetti sonori sorprendenti.

I cinema e i teatri : suoni che vengono riflessi o assorbiti. Tutto dipende dal materiale che un suono incontra.

Come si producono le note musicali. La forma e il materiale degli strumenti musicali sono fondamentali.

Anche i suoni possono “specchiarsi”: l’eco in una stanza.


 

Il suono è un’onda. Le caratteristiche fondamentali delle onde (ampiezza, frequenza, lunghezza d’onda, velocità e direzione di propagazione) riportate ai suoni e la risposta dell’orecchio umano.

Sovrapposizione di onde sonore e risonanza: i casi particolari dei battimenti e delle onde stazionarie, provati dal vivo.

Assorbimento, riflessione e interferenza di onde sonore: fondamenti di acustica geometrica e interazione con i materiali.

Un caso particolare: la riflessione da specchi acustici parabolici.


 

Le caratteristiche fondamentali delle onde (ampiezza, frequenza, lunghezza d’onda, velocità e direzione di propagazione) riportate ai suoni. Dall’equazione delle onde all’esperienza.

Il principio di sovrapposizione delle onde in generale e nei casi particolari dei battimenti e delle onde stazionarie, dal punto di vista del profilo d’onda e sperimentato dal vivo.

Acustica geometrica. La relazione tra suono e ambienti chiusi: i fenomeni di assorbimento, riflessione e interferenza.

Un caso di particolare interesse matematico: la riflessione da specchi acustici parabolici.