Acustica: acoustikos che concerne l`udito \(per gli antichi = musica\)

Sintesi di concetti utili per l’’acustica
Acustica: studio teorico della produzione e propagazione dei suoni.
Sorgente: oggetto da cui ha origine una perturbazione capace di propagarsi nello spazio circostante. Se
tale perturbazione avviene attorno ad una posizione di equilibrio avrà un carattere oscillatorio.
Onda: Tale perturbazione si propagherà nello spazio con un moto ondoso. Ovvero l’’onda è l’’agente fisico - la perturbazione - che propagandosi nello spazio trasporta l’’energia dovuta alla variazione (discostamento) dalla posizione di equilibrio di un mobile. Se a propagare l’’onda è un mezzo materiale
tale onda è detta elastica. Le onde acustiche sono onde elastiche: esse per propagarsi hanno bisogno
di un mezzo materiale (ad es. aria, acqua, roccia). Non si propagano nel vuoto come le onde luminose (elettromagnetiche).
Onde trasversali e longitudinali: Ciò che si propaga può essere caratterizzato da una direzione di
propagazione. Un’’onda è detta trasversale quando le particelle del mezzo oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione, se oscillano parallelamente l’’onda è detta longitudinale.
Onda periodica: Se l’’oscillazione della sorgente, oltre ad avere una durata opportuna, riproduce sempre lo stesso movimento oscillatorio di base si ha un’’onda periodica.
Grandezze fisiche caratteristiche delle onde:
ƒT, periodo: tempo necessario per compiere un’’oscillazione completa. Si misura in s.
ƒƭ, frequenza: numero di oscillazioni al secondo. Si misura in Hz [1Hz=1s -1].
ƒƫ, lunghezza d’’onda: distanza percorsa da una qualunque particella del mezzo in un periodo. Si
misura in m.
ƒA, ampiezza: massimo discostamento dalla posizione di equilibrio. A parità di ƭ, maggiore è A
maggiore è l’’energia trasportata dall’’onda.
ƒv, velocità di propagazione: v = ƫ/T = ƫ·ƭ. Si misura in m/s. Essa dipende dalla densità del mezzo
di propagazione. Nell’’aria secca, a 0°C ed alla pressione di 1atm vale 341m/s. Maggiore è la
densità del mezzo maggiore è v.
ƒƶ, fase, ovvero la situazione di oscillazione di un certo punto in un certo istante, di solito quello
iniziale: ƶ0.
o fronte d’’onda: superficie i cui punti oscillano con la stessa fase.
o Raggio di propagazione: linea retta perpendicolare al fronte d’’onda.
Salvo diversa indicazione sia la sorgente sia il mezzo sono considerati fissi l’’uno rispetto all’’altro.
Rumore: Effetto di una qualunque vibrazione di un oggetto trasmessa elasticamente da un mezzo.
Suono: Se la vibrazione della sorgente è caratterizzata da particolari, e piuttosto regolari, alternarsi delle
compressioni e delle rarefazioni del mezzo si parla di suono. È caratterizzato da un’’onda periodica.
Trasmissione elastica: Alternarsi continuo, e con continuità, di compressioni e rarefazioni delle particelle componenti il mezzo. Tali particelle riproducono il movimento oscillatorio della sorgente: anch’’esse si spostano avanti e indietro intorno ad una posizione di equilibrio. Questa posizione era
quella occupata dalle particelle prima di essere investite dalla perturbazione.
o Le particelle d’’aria investite da un’’onda acustica vibrano nella stessa direzione di propagazione dell’’onda: le onde sonore sono onde elastiche longitudinali.
o Il periodo è il tempo trascorso fra due compressioni (o rarefazioni) successive delle particelle del
mezzo. Si può chiamare anche periodicità temporale.
o La frequenza è il numero di compressioni (o rarefazioni) compiute dalle particelle del mezzo in un
secondo.
o La lunghezza d’’onda è la distanza fra due successivi stati di compressione (o di rarefazione). Ovvero
tale distanza equivale ad una oscillazione completa delle particelle del mezzo, essa è l’’immagine dell’’oscillazione (vibrazione) della sorgente. Potremmo anche definirla ““periodicità spaziale””.
o A fornire l’’energia che pone in vibrazione le particelle d’’aria è la sorgente. Dovendo tale energia rimanere costante, man mano che la perturbazione interessa più particelle si avrà una diminuzione
dell’’ampiezza dell’’oscillazione.
Limiti di udibilità: Il nostro udito percepisce i fenomeni acustici in un particolare range di frequenze
comprese fra i 16Hz e i 20000Hz. Per onde acustiche propagatesi ad una velocità v = 341 m/s,
le precedenti frequenze dei limiti di udibilità corrispondono ad una lunghezza d’’onda1 compresa
tra i 21m e i 0,017m (17mm). I suoni di frequenze maggiori di 20000Hz (inudibili per noi) sono
detti ultrasuoni.
Eco: L’’onda acustica incontra un ostacolo e rimbalza, se tale fenomeno ha una durata maggiore del decimo di secondo (0,1s) si ha l’’eco (altrimenti si parla di rimbombo). Considerando una velocità di
341m/s, la parete riflettente deve essere ad una distanza2 di almeno 17m..
1
O
2
d
v
1
m
u 341
21m; O
16 Hz
s
Q
1
m
u 0,1s u 341
17m
2
s
;O
1
m
u 341
20000 Hz
s
17mm .