suono - Rete Licei Musicali e Coreutici

1 - SUONO
1.1 - SUONO
• Il suono (dal latino soninus) è la sensazione data dalla
vibrazione di un corpo in oscillazione.
• Questa vibrazione, nel propagarsi nell'aria o in un altro
mezzo elastico, raggiunge l'orecchio che, tramite un
complesso meccanismo interno, crea una sensazione
"uditiva" direttamente correlata alla natura della vibrazione.
Sorgente

Onda sonora

Orecchio
1.2 - SORGENTE
• • La percezione sonora è normalmente legata alle vibrazioni
del timpano nell'orecchio.
•
• • Queste vibrazioni sono provocate da piccole variazioni di
pressione nell'aria.
•
• • La variazione di pressione dell'aria è quindi l'equivalente fisico
del suono.
•
• • Questo fenomeno può essere visualizzato appoggiando un
foglio di carta sopra il cono di un altoparlante: quando viene
emesso un suono, il foglio inizia a vibrare.
•
• - Il movimento verso l'esterno della membrana
dell'altoparlante determina un aumento di pressione e
quindi spinge in fuori il foglio di carta.
• - Il movimento verso l'interno della membrana determina
una diminuzione di pressione ed attrae il foglio verso
l'altoparlante.
• • Esempi di sorgenti sonore sono:
•
•
• - STRUMENTI MUSICALI: in cui la parte vibrante può essere una corda
percossa (come nel pianoforte) o strofinata con un archetto (come nel
•
violino), una membrana, una barra, un piatto percosso (come nelle
percussioni), o una colonna d'aria la cui vibrazione è comandata del fiato
dello
•
strumentista (come negli strumenti a fiato);
•
• - le nostre CORDE VOCALI che sono fatte vibrare dall'aria che esce dai
polmoni e danno origine alla voce;
•
• - qualunque fenomeno che provoca uno "spostamento d'aria" (il battito di
ali di un colibrì, un aereo che abbatte la barriera supersonica, una bomba
che esplode, un martello che batte su di un incudine...) avente
caratteristiche fisiche opportune (non ogni spostamento d'aria viene poi
da noi "sentito" come evento sonoro).
1.3 – MOTI DI VIBRAZIONE CORDE
• • Ogni sistema vibrante sia esso meccanico, elettrico, o
acustico, possiede particolari modi di oscillazione in cui
tutte le sue parti componenti vibrano di moto armonico, e
con la stessa frequenza.
• Questi sono appunto i modi normali del sistema.
•
•
• • Consideriamo una corda perfettamente elastica fissata ai suoi estremi:
•
•
•
•
- I suoi modi normali sono caratterizzati da un solo numero intero.
- Fissate le dimensioni della corda, il materiale di cui è composta, e la sua
tensione, la frequenza propria di ogni modo è determinata solo da questo
numero.
•
• - Esso indica direttamente il numero dei VENTRI che la corda forma nella sua
oscillazione.
•
• - Per esempio il modo 2 indica che ci sono 2 ventri, e, corrispondentemente, 3
nodi, contando anche i due agli estremi, che sono fissi per qualunque modo di
vibrazione.
1.4 – MOTI DI VIBRAZIONE MEMBRANA
CIRCOLARE
• • Consideriamo una membrana circolare sottile e
•
•
•
•
perfettamente elastica fissata lungo tutto il bordo esterno:
• Questo sistema fisico descrive bene, ad esempio la
membrana del rullante e dei timpani.
• I suoi modi normali sono caratterizzati da due numeri
interi n, m.
- Il primo numero ‘n’ caratterizza l'oscillazione
tangenziale, o angolare (cioè lungo i cerchi concentrici).
- Il secondo numero ‘m’ caratterizza l'oscillazione radiale
(cioè nella direzione che va dal centro al bordo).
• • Fissato il raggio della membrana, il materiale di cui è
•
•
•
•
•
composta la membrana e la sua tensione, la frequenza
propria di ogni modo è determinata
unicamente da questi due numeri.
• I numeri sono di facile interpretazione:
- Il primo indica il numero di diametri nodali.
- Il secondo indica il numero di cerchi nodali (incluso
quello al bordo, che è sempre presente, visto che
trattiamo la membrana fissata lungo tutto
il bordo).
• • Il fisico Chladni nel 1787 ha ideato un sistema
ingegnoso per evidenziare le curve nodali, consiste nel
cospargere la membrana di una polvere fine,
• ed eccitarla con un arco (in tempi moderni con un
altoparlante), la polvere si addensa proprio lungo le curve
nodali, evidenziandole chiaramente.
• Aprire video chaldni 1 e 2
1.5 – MOTI DI VIBRAZIONE MEMBRANA
RETTANGOLARE
• • Consideriamo una membrana rettangolare sottile e
•
•
•
•
perfettamente elastica fissata lungo tutto il bordo esterno:
• Questo sistema fisico è una generalizzazione
bidimensionale del caso della corda.
• I suoi modi normali sono caratterizzati da due numeri
interi x, y.
- Il primo numero si riferisce all'oscillazione nella direzione
x.
- Il secondo numero si riferisce all'oscillazione nella
direzione y.
1.6 – ONDA SONORA
• • In fisica un'onda è una perturbazione che si propaga
nello spazio e che può trasportare energia da un punto
all'altro tramite la variazione di una grandezza fisica.
•
• • L'onda sonora è un particolare tipo di onda in cui la
perturbazione è la variazione di pressione indotta dal
corpo vibrante nel mezzo circostante (di solito l'aria).
•
• • Tale variazione di pressione è in grado di propagarsi nel
mezzo come una successione di rarefazioni e
condensazioni (cioè di variazioni di densità).
1.7 – PROPRIETA’ DEL MEZZO DI
PROPAGAZIONE
• • Possiamo, punto per punto nello spazio, e istante per istante nel tempo,
misurare:
•
• la differenza di pressione dell'aria rispetto alla normale pressione
atmosferica, questa differenza è detta PRESSIONE ACUSTICA.
•
L'insieme di tutte le pressioni acustiche nello spazio formerà un
"campo di pressione".
•
È il caso di sottolineare fin dall'inizio che la pressione acustica
rappresenta una piccola "increspatura" rispetto al valore standard di
pressione atmosferica: anche nel caso di suoni estremamente intensi, il
suo valore è di circa mille volte inferiore a quello della pressione
atmosferica.
•
• la differenza di densità dell'aria rispetto alla densità dell'aria in quiete.
•
• lo spostamento delle molecole d'aria dalla loro posizione di equilibrio, e
la loro velocità, avremo in tal caso "un campo di spostamenti" e "un
campo di velocità".
1.8 – ORECCHIO
• • Orecchio esterno: 1 pericondrio, 2 condotto uditivo, 3
padiglione auricolare
• • Orecchio medio: 4 timpano, 5 finestra ovale, 6 martello, 7
incudine, 8 staffa
• • Orecchio interno: 9 canali semicircolari, 10 coclea, 11 nervo
acustico, 12 tromba di Eustachio
• • Con il termine orecchio non intendiamo solo la parte visibile
•
•
•
•
(essa si chiama padiglione auricolare), bensì tutto un
complesso di apparati che
permette di trasformare una variazione della pressione dell'aria
indotta nel mezzo da una sorgente vibrante (una persona che
parla, uno strumento
musicale, un petardo che esplode, ..), in un impulso elettrico
capace di generare, a livello cerebrale, la sensazione sonora.
• Tecnicamente si dice che l'orecchio è un TRASDUTTORE,
cioè un dispositivo, un apparato in grado di trasportare energia
da un punto all'altro
dello spazio, eventualmente con trasformazioni dell'energia
stessa nelle sue varie forme.
• • L’ORECCHIO ESTERNO
• è costituito dal padiglione auricolare e dal condotto uditivo esterno, un
•
•
•
•
•
•
sottile tubo che termina in una membrana detta timpano.
Le funzioni del padiglione auricolare sono di :
- raccogliere una porzione significativa delle onde acustiche
(proporzionale all'area del padiglione) e di convogliarle, tramite il
condotto uditivo
alla membrana timpanica;
- determinare tramite un raffinato sistema basato sulla presenza di
due, e non uno, padiglioni auricolari di localizzare la sorgente sonora;
- di protezione della membrana timpanica da lesioni meccaniche ed il
mantenimento di tale delicata membrana a condizioni di temperatura
ed
umidità costanti, in modo da preservarne le preziose caratteristiche
elastiche.
• • Il condotto uditivo esterno ha un diametro di 7, 5 mm e
•
•
•
•
una lunghezza di 22-25 mm non sembra avere altra
funzione che non sia quella di
convogliare l'onda sonora verso la membrana timpanica,
in realtà la lunghezza di tale condotto gioca un ruolo
decisivo nel determinare la regione,
in frequenza, di massima sensibilità uditiva, con un rapido
calcolo è facile mostrare che se si tratta il condotto come
un tubo con una estremità
aperta esso entra in risonanza alla frequenza di circa
2700 Hz (anche se poi, per la concomitanza di altri
processi, la regione di massima
sensibilità uditiva si colloca attorno ai 3800 Hz).
• • L’ORECCHIO MEDIO
• è costituito dalla membrana timpanica, da una struttura formata
•
•
•
•
da tre ossicini (martello, incudine, staffa), da una seconda
membrana che
costituisce la finestra ovale, porta di accesso all'orecchio
interno.
• Il TIMPANO è una sottilissima membrana, tenuta in tensione
dal muscolo timpanico, e capace di entrare in vibrazione, se
investita dall'onda
sonora convogliata dall'esterno tramite il condotto
uditivo.raccogliere una porzione significativa delle onde
acustiche (proporzionale all'area del
padiglione) e di convogliarle, tramite il condotto uditivo alla
membrana timpanica;
• • Grazie alle proprietà di elasticità di tale membrana e ad un
•
•
•
•
•
meccanismo di amplificazione che descriveremo tra poco, la
sensibilità del timpano (o
meglio la capacità che l'intero apparato denominato orecchio,
ha di convertire un'onda di pressione in un impulso nervoso
capace di generare la
sensazione) è straordinaria:
- è sufficiente un livello di pressione pari 0, 2 miliardesimi della
pressione atmosferica per attivare la sensazione sonora;
- a questi livelli di pressione lo spostamento della membrana
timpanica è dell'ordine di 10-9 cm (un decimo circa del raggio
dell'atomo di
idrogeno).
• • La catena degli OSSICINI ha lo scopo di trasferire la
vibrazione della membrana timpanica alla finestra ovale
determinando al tempo stesso quel
• processo di amplificazione della vibrazione timpanica cui
si è sopra accennato.
• • Il martello è, con un'estremità, a diretto contatto con il
timpano, esso è poi incernierato all'altra estremità
all'incudine, la quale, a sua volta, spinge
• la staffa contro la membrana della finestra ovale.
• • L’ORECCHIO INTERNO
• • Le strutture fondamentali dell'orecchio interno sono:
• • La COCLEA: un canale a forma di chiocciola scavato
nell'osso temporale all'interno del quale corrono diverse
gallerie riempite di liquido
• endolinfatico (perilinfo) e quindi in grado di trasferire la
pressione esercitata dalla staffa sulla finestra ovale che
separa l'orecchio medio dalla
• coclea;
• • La MEMBRANA BASILARE, una sottile membrana che divide due
•
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•
gallerie (denominate zona vestibolare e zona timpanica) all'interno della
chiocciola e che va ispessendosi man mano che ci si allontana dalla
finestra ovale; essa termina in un'apertura detta elicotrema che mette in
comunicazione le due gallerie e per mettere al perilinfo di passare da
una parte all'altra della membrana basilare.
- La funzione di tale membrana è di entrare in oscillazione meccanica se
sollecitata dall'onda di pressione del liquido cocleare, in modo non
dissimile a quello di una corda pizzicata.
- L'apertura dell'elicotrema fa sì che l'onda di pressione si propaghi sia
sopra che sotto la membrana basilare.
- La comprensione delle modalità di oscillazione di tale membrana in
rapporto all'intensità, alla frequenza e alla composizione spettrale
dell'onda
sonora catturata dal padiglione auricolare, gioca un ruolo fondamentale
nel meccanismo di trasduzione, che è il primo livello alla base della
percezione dell'intensità, della percezione dell'altezza e del timbro dei
suoni.
• • L'ORGANO DEL CORTI, è una struttura gelatinosa
appoggiata alla membrana basilare e munita di ciglia
direttamente connesse alle fibre
• nervose, le ciglia vengono flesse partecipando del moto
oscillatorio della membrana basilare; tale movimento, si
pensa, ad indurre le cellule
• dell'organo del Corti a generare impulsi elettrici da inviare
alle terminazioni nervose che, tramite il nervo uditivo,
vengono convogliate al cervello.
• Il meccanismo di trasduzione vero e proprio avviene
quindi a livello dell'organo del Corti.