breve storia delle misure acustiche

BREVE STORIA DELLE MISURE ACUSTICHE
Al filosofo greco Pitagora di Samo (?570-?500 a.C.) è attribuito il merito di aver scoperto che gli
intervalli musicali sono ritenuti concordi quando collegati da rapporti di numeri interi. E' probabile
che egli sia giunto a questo risultato
utilizzando un monocordo, cioè uno "strumento da
laboratorio" consistente in una sola corda di budello o di metallo, tesa fra due ponticelli appoggiati
su di una cassa armonica, e dotato di un terzo ponte che divideva la corda in segmenti di
proporzioni variabili. Le proporzioni del "sistema perfetto maggiore" sono illustrate nel frontespizio
del trattato Theorica Musice, pubblicato nel 1492 dal teorico musicale Franchino Gafurio (14511522). I martelli dei fabbri, le campane, i bicchieri, le corde, i tubi
rappresentati nella figura
riportano la sequenza 16, 12, 9, 8, 6, 4, che è alla base della scala musicale pitagorica.
Frontespizio del Theorica Musice . L'immagine in alto a sinistra
rappresenta il filosofo nell'officina di Jubal , il padre biblico della
musica, con sei fabbri che percuotono un'incudine con martelli
di diverso peso. In alto a destra Pitagora suona campane di
vario peso e bicchieri riempiti d'acqua in diverse proporzioni. In
basso Pitagora studia gli intervalli musicali su corde di
lunghezza definita e , con l'allievo Filolao su flauti di diversa
lunghezza.
Presso i Greci vennero inoltre sviluppate le prime importanti conoscenze nel campo dell'acustica
architettonica.
E' nota la conformazione a gradinata dei teatri all'aperto, che consentiva ad un pubblico molto
numeroso (fino a 20.000 spettatori) condizioni di ottime visibilità e intelligibilità, senza sistemi di
amplificazione acustica, a parte le maschere indossate dagli attori.
Il teatro greco di Epidauro
La possibilità che il suono si propaghi attraverso onde di pressione fu evidenziata già da Aristotele
(384-322 a.C.) nel trattato De Anima e più tardi dall'architetto romano Marco Vitruvio Pollione (90?20? a.C.) nel decimo volume dell'opera De Architectura..
Come per tutte le scienze, progressi sostanziali avvennero solo a partire dal XVI secolo con il
progressivo affermarsi del metodo matematico deduttivo basato su una descrizione quantitativa del
fenomeni. Le prime vere misure acustiche riguardarono la determinazione della velocità del suono.
Il primo esperimento in questo campo fu proposto da Francis Bacon (1571-1626) che, nella sua
opera Sylva Sylvarum, pubblicata un anno dopo la morte, discusse la possibilità di confrontare la
velocità del suono con quella della luce, che egli sapeva essere incommensurabilmente più
elevata, confrontando il tempo impiegato dal rintocco di una campana, con quello impiegato da un
segnale luminoso emesso contemporaneamente. Pochi anni dopo il matematico francese Marin
Mersenne (1588-1648), usando armi da fuoco come sorgenti sonore e le pulsazione del proprio
polso come orologio, determinò il primo valore noto di velocità del suono in aria, pari a 230 tese
francesi al secondo, corrispondente a 480 m/s, che non differisce di più del 10% da quello
misurato attualmente, in condizioni di pressione e temperatura standard. Si osservi che negli ultimi
anni l'accuratezza raggiunta nelle misure di velocità del suono in cavità sferiche contenenti argon
in fase gassosa ha permesso di rendere la tecnica più affidabile per la determinazioni della
temperatura termodinamica, della costante di Boltzmann e della costante molare dei gas.
A partire dalla fine del secolo XVIII furono compiuti importanti progressi anche sui fenomeni alla
base della produzione del suono, si consideri ad esempio lo studio delle vibrazioni dei corpi solidi
effettuato da Ernest Chladni (1756-1824), e sui meccanismi fisici e fisiologici della percezione
uditiva, con il contributo fondamentale di Hermann von Helmholtz (1822-1876).
La coclea uditiva [da Herman von Helmholtz, On the
Sensation of Tone, Dover, New York, 1954, p.139]
Nel 1877 il fisico inglese John William Strutt (1842-1919), universalmente noto come Lord
Rayleigh, pubblicò in due volumi, la Theory of Sound, che fu un'opera fondamentale per la
comprensione dei sistemi vibranti e della propagazione delle onde sonore in campo libero, inclusi i
fenomeni di diffusione e diffrazione.
John William Strutt, Lord Rayleigh
Mancavano tuttavia fino ad allora apparati sperimentali che consentissero una misura vera e
propria della pressione sonora e la riproduzione del suono. Anche se il primo microfono a carbone
e le cuffie acustiche fecero parte dell'invenzione dell' invenzione telefono, le innovazioni più
importanti furono determinate solo dallo sviluppo dell'elettroacustica, avviata dopo la scoperta nel
1907 da parte di Lee de Forrest, del principio di amplificazione elettronica dei segnali elettrici. I
primi altoparlanti a bobina mobile furono brevettati in Europa da Ernst Werner Siemens (18161892) nel 1877, mentre il primo microfono a condensatore, basato su un principio usato ancora
oggi per la maggior parte dei microfoni di misura, fu inventato da Edward Wente (1889-1972) nel
1917.
Altoparlante a bobina mobina di Ernst Siemens (1894)
Microfono a condensatoreWestern Electric 7° basato sul
progetto di Wente
Solo più tardi furono realizzati i primi trasduttori a ultrasuoni, relativi cioè ad un campo di frequenza
superiore a 20 kHz, avviando così l'ultracustica, che allo stato attuale trova numerose applicazioni
sia nel campo della scienza dei materiali, sia in quelli biomedico e medico.