I suoni
Cultura
I SUONI
Il suono e' la sensazione data dalla vibrazione di un corpo in oscillazione. Tale vibrazione, che si propaga nell'aria o in un altro mezzo elastico, raggiunge l'apparato uditivo dell'orecchio che, tramite un complesso meccanismo interno, crea una sensazione "uditiva" correlata alla natura della vibrazione; in particolar modo la membrana timpanica subendo variazioni di pressione entra in vibrazione. Le oscillazioni sono spostamenti delle particelle intorno alla posizione di riposo e lungo la direzione di propagazione dell'onda; gli spostamenti sono provocati da movimenti vibratori, provenienti da un determinato oggetto, chiamato sorgente del suono, il quale trasmette il proprio movimento alle particelle adiacenti grazie alle proprieta' meccaniche del mezzo; le particelle a loro volta, iniziando ad oscillare, trasmettono il movimento alle altre particelle vicine e queste a loro volta ad altre ancora, provocando una variazione locale della pressione; in questo modo, un semplice movimento vibratorio si propaga meccanicamente originando un'onda sonora (o onda acustica), che e' pertanto onda longitudinale. Si ha un'onda longitudinale quando le particelle del mezzo in cui si propaga l'onda, oscillano lungo la direzione di propagazione. Le onde meccaniche longitudinali sono anche denominate onde di pressione.
Come tutte le onde, anche quelle sonore sono caratterizzate da una frequenza (che nel caso del suono e' in diretta, ma non esclusiva, relazione con la percezione dell'altezza) e un'intensita' (che e' in diretta, ma non esclusiva, relazione con il cosiddetto "volume" del suono). Inoltre, caratteristica saliente delle onde sonore e' la forma d'onda stessa, che rende in gran parte ragione delle differenze cosiddette di timbro che si percepiscono tra diverse tipologie di suono. Il campo uditivo dell'uomo si estende da una frequenza di circa 20Hz fino a 20.00Hz (ossia 20kHz). La lunghezza d'onda rappresenta lo spazio percorso dall'onda sonora in un periodo completo di oscillazione. La velocita' del suono dipende molto dalla densita' del mezzo: e' circa 1.500m/s nell'acqua e circa 5.000m/s nel ferro. Essendo un movimento di materia, nel vuoto non si trasmette, poiche' non c'e' materia da far oscillare. Conoscendo la velocita' e la frequenza di un suono, possiamo dunque calcolare la sua lunghezza d'onda; alla frequenza di 20Hz, la lunghezza d'onda e' pari a 17 metri, mentre a 20kHz e' pari a soltanto 17mm. La velocita' di propagazione del suono dipende dalle caratteristiche del mezzo, in particolare l'elasticita' e la densita'. E' direttamente proporzionale all'elasticita' ed inversamente proporzionale alla densita'. Spesso materiali di elevata densita' presentano anche moduli di elasticita' elevati e questo ha contribuito al diffondersi della convinzione che la velocita' del suono sia piu' elevata in un mezzo ad alta densita' rispetto ad un altro di densita' più ridotta.
Lo spettro sonoro e' un grafico che si utilizza nell'analisi di un rumore o di un suono: vi si riportano i livelli sonori in funzione della frequenza. Mentre per un tono puro il grafico e' formato da una semplice linea e per un suono musicale da una serie di linee in corrispondenza alle frequenze fondamentali e alle loro armoniche, per un rumore lo spettro e' costruito per banda (raggruppamento di frequenze): per esempio banda di ottava e banda di terzo di ottava.
L'analizzatore di spettro e' uno strumento che permette l'analisi dello spettro dei segnali posti al suo ingresso. Puo' essere considerato il duale nel dominio della frequenza dell'oscilloscopio, che fa invece l'analisi nel dominio del tempo, ma non e' a banda larga bensi a banda stretta, per questo motivo introduce anche meno rumore e riesce ad avere una sensibilita' piu' elevata. Tale strumento puo' essere di due tipi diversi.
Real Time: Il segnale in ingresso viene suddiviso in n sottobande da n filtri a banda stretta, in ogni sottobanda si periodicizza il segnale al suo interno e si esegue la trasformata di Fourier discreta. Questi tipi di analizzatori sono molto veloci, ma hanno il problema di dover decidere in fase di realizzazione il numero n di filtri che nei vari casi puo' essere sovradimensionato o sottodimensionato, quindi sono poco versatili.
L'analizzatore di spettro e' uno strumento che permette l'analisi dello spettro dei segnali posti al suo ingresso. Puo' essere considerato il duale nel dominio della frequenza dell'oscilloscopio, che fa invece l'analisi nel dominio del tempo, ma non e' a banda larga bensi a banda stretta, per questo motivo introduce anche meno rumore e riesce ad avere una sensibilita' piu' elevata. Tale strumento puo' essere di due tipi diversi.
Real Time: Il segnale in ingresso viene suddiviso in n sottobande da n filtri a banda stretta, in ogni sottobanda si periodicizza il segnale al suo interno e si esegue la trasformata di Fourier discreta. Questi tipi di analizzatori sono molto veloci, ma hanno il problema di dover decidere in fase di realizzazione il numero n di filtri che nei vari casi puo' essere sovradimensionato o sottodimensionato, quindi sono poco versatili.
Sweep Tuned: Il segnale viene fatto traslare attraverso un'operazione di mixaggio sotto un solo filtro a frequenza fissa che pian piano analizza il segnale frequenza per frequenza. Stringendo la banda di questo unico filtro si riesce ad avere un'ottima risoluzione in frequenza a scapito pero' della velocita' di analisi in quanto poi per eseguire l'intera scansione del segnale ci vuole molto piu' tempo. Gli analizzatori Sweep Tuned sono di tre tipi:
1) - Con filtro a sintonia variabile: La sintonia del filtro in questione e' regolata da un generatore di rampa. Il problema e' che il filtro non puo' essere a banda stretta su un'ampia gamma di frequenze e la risoluzione in frequenza non risulta costante.
2) - A supereterodina: Lo spettro viene scansionato mescolando il segnale d'ingresso con un segnale sinusoidale a frequenza variabile generato da un oscillatore interno all'analizzatore.
3) - A FFT (Fast Fourier Transform): il principio e' lo stesso del tipo a supereterodina ma il tutto e' in forma numerica e non analogica. Il segnale d'ingresso viene campionato e convertito in forma digitale applicando un'elaborazione numerica.
L'oscilloscopio e' uno strumento di misura elettronico che consente di visualizzare, su un grafico bidimensionale, l'andamento nel dominio del tempo dei segnali elettrici e di misurare abbastanza semplicemente tensioni, correnti, potenze ed energie elettriche. L'asse orizzontale del grafico solitamente rappresenta il tempo, mentre l'asse verticale rappresenta la tensione. Spesso l'oscilloscopio si utilizza per analizzare segnali periodici. La frequenza massima dei segnali visualizzabili, cosi come la risoluzione temporale, ovvero la piu' rapida variazione rilevabile, dipende dalla banda passante dello strumento, a sua volta dipendente dalla qualita' e in ultima analisi dal costo. Si spazia dalle decine di MHz adatti per lavorare con segnali audio e televisivi, ai costosi modelli digitali da diversi GHz. Puo' essere considerato uno strumento universale. Collegandovi appropriati trasduttori, si puo' analizzare qualsiasi fenomeno fisico, anche eventi casuali e non ripetitivi.
Gli ultrasuoni sono delle onde meccaniche sonore. A differenza dei fenomeni acustici propriamente detti, le frequenze che caratterizzano gli ultrasuoni sono superiori a quelle mediamente udibili da un orecchio umano. La frequenza convenzionalmente utilizzata per discriminare onde soniche da onde ultrasoniche e' fissata in 20 kHz. Lo stesso termine ultrasuono chiaramente indica cio' che e' al di la' (ultra) del suono, identificando con suono solo il fenomeno fisico udibile. Come ogni altro tipo di fenomeno ondulatorio gli ultrasuoni sono soggetti a fenomeni di riflessione, rifrazione e diffrazione e possono essere definiti mediante parametri quali la frequenza, la lunghezza d'onda, la velocita' di propagazione, l'intensita' (misurata in decibel), l'attenuazione (dovuta all'impedenza acustica del mezzo attraversato). Un pipistrello mentre effettua una cattura nella notte, grazie al suo sistema sensoriale ad ultrasuoni. Nonostante, come detto, l'essere umano non sia in grado di udire gli ultrasuoni, altri animali hanno tale capacita':
I cani (per i quali sono in commercio appositi fischietti di richiamo agli ultrasuoni).
I delfini e le balene che li usano per comunicare tra loro.
I pipistrelli che li usano per vedere gli ostacoli mentre volano di notte e gli animali murini, ad esempio topi e ratti per i quali sono in commercio apposite apparecchiature professionali ad ultrasuoni.
1) - Con filtro a sintonia variabile: La sintonia del filtro in questione e' regolata da un generatore di rampa. Il problema e' che il filtro non puo' essere a banda stretta su un'ampia gamma di frequenze e la risoluzione in frequenza non risulta costante.
2) - A supereterodina: Lo spettro viene scansionato mescolando il segnale d'ingresso con un segnale sinusoidale a frequenza variabile generato da un oscillatore interno all'analizzatore.
3) - A FFT (Fast Fourier Transform): il principio e' lo stesso del tipo a supereterodina ma il tutto e' in forma numerica e non analogica. Il segnale d'ingresso viene campionato e convertito in forma digitale applicando un'elaborazione numerica.
L'oscilloscopio e' uno strumento di misura elettronico che consente di visualizzare, su un grafico bidimensionale, l'andamento nel dominio del tempo dei segnali elettrici e di misurare abbastanza semplicemente tensioni, correnti, potenze ed energie elettriche. L'asse orizzontale del grafico solitamente rappresenta il tempo, mentre l'asse verticale rappresenta la tensione. Spesso l'oscilloscopio si utilizza per analizzare segnali periodici. La frequenza massima dei segnali visualizzabili, cosi come la risoluzione temporale, ovvero la piu' rapida variazione rilevabile, dipende dalla banda passante dello strumento, a sua volta dipendente dalla qualita' e in ultima analisi dal costo. Si spazia dalle decine di MHz adatti per lavorare con segnali audio e televisivi, ai costosi modelli digitali da diversi GHz. Puo' essere considerato uno strumento universale. Collegandovi appropriati trasduttori, si puo' analizzare qualsiasi fenomeno fisico, anche eventi casuali e non ripetitivi.
Gli ultrasuoni sono delle onde meccaniche sonore. A differenza dei fenomeni acustici propriamente detti, le frequenze che caratterizzano gli ultrasuoni sono superiori a quelle mediamente udibili da un orecchio umano. La frequenza convenzionalmente utilizzata per discriminare onde soniche da onde ultrasoniche e' fissata in 20 kHz. Lo stesso termine ultrasuono chiaramente indica cio' che e' al di la' (ultra) del suono, identificando con suono solo il fenomeno fisico udibile. Come ogni altro tipo di fenomeno ondulatorio gli ultrasuoni sono soggetti a fenomeni di riflessione, rifrazione e diffrazione e possono essere definiti mediante parametri quali la frequenza, la lunghezza d'onda, la velocita' di propagazione, l'intensita' (misurata in decibel), l'attenuazione (dovuta all'impedenza acustica del mezzo attraversato). Un pipistrello mentre effettua una cattura nella notte, grazie al suo sistema sensoriale ad ultrasuoni. Nonostante, come detto, l'essere umano non sia in grado di udire gli ultrasuoni, altri animali hanno tale capacita':
I cani (per i quali sono in commercio appositi fischietti di richiamo agli ultrasuoni).
I delfini e le balene che li usano per comunicare tra loro.
I pipistrelli che li usano per vedere gli ostacoli mentre volano di notte e gli animali murini, ad esempio topi e ratti per i quali sono in commercio apposite apparecchiature professionali ad ultrasuoni.
Tali apparecchiature, denominate derattizzatori ad ultrasuoni, generano in loro un vero e proprio stress psicofisico senza tuttavia ucciderli, costringendoli quindi ad abbandonare un luogo precedentemente occupato ed ora diventato per loro ostile. Gli ultrasuoni trovano utilizzo per lo piu' in campo medico ed industriale essendo ampiamente utilizzati nelle ecografie, nei controlli non distruttivi e in molti apparecchi utilizzati per la pulizia superficiale di oggetti di piccole dimensioni. Anche il sonar impiega intervalli di frequenze che non di rado sconfinano nella gamma degli ultrasuoni.
Oscilloscopi portatili
Gli infrasuoni e' un'onda sonora con frequenza di vibrazione inferiore a 20 Hz (ossia 20 vibrazioni al secondo), quindi inferiore alla soglia di udibilita' dell'orecchio umano. Lo studio della gamma di frequenza degli infrasuoni (dai circa 16 o 17 Hz fino a limite minimo di 0,001 Hz) e' la stessa che viene registrata dai sismografi e utilizzata per il monitoraggio dei terremoti. Gli infrasuoni sono caratterizzati dalla capacita' di propagarsi su lunghe distanze e di aggirare gli ostacoli con poca dissipazione. Gli infrasuoni possono essere prodotti da fenomeni naturali (ad esempio i tuoni o il vento), da alcuni animali (come elefanti, coccodrilli e balene) oppure da fonti artificiali (il traffico stradale, gli aerei, le fabbriche). Gli infrasuoni possono essere prodotti da fenomeni naturali come i tuoni in atmosfera, il vento, terremoti, eruzioni vulcaniche, valanghe, cascate, cadute di iceberg. Gli infrasuoni possono anche essere generati da macchine costruite dall'uomo come il boom sonico prodotto dagli aerei, dalle macchine come i motori diesel o le turbine eoliche, da trasduttori meccanici appositamente progettati e su vasta scala da altoparlanti subwoofer, oppure da esplosioni, sia chimiche che nucleari.