Il muro del suono

Perché sentiamo un forte boato quando un aereo a reazione supera una data velocità?

Noi sappiamo che le onde sonore si muovono nell’aria alla velocità di 340 metri al secondo, cioè di 1224 km all’ora, (infatti 340 x 60 secondi = 20.400 metri al minuto x 60 minuti = 1224 km all’ora).

Quando un aereo raggiunge i 1224 km all’ora si sposta alla medesima velocità delle onde sonore da lui stesso prodotte: in altre parole le onde sonore non si distanziano dal velivolo, ma gli si “ammucchiano” intorno e giungono così a formare il cosiddetto “muro del suono”.

Ora, se l’aereo aumenta ancora la sua velocità, se cioè supera i 1224 km all’ora, “sfonda” per così dire, questo muro e produce il boato di cui si parlava: un boato così forte che, se è prodotto a bassa quota vicino a centri abitati, può facilmente mandare in frantumi i vetri delle abitazioni.

Buona Musica!

Musica e Mito nelle civiltà antiche

Vi propongo la lettura di tre brani che parlano della musica e degli strumenti musicali presso popoli di civiltà e di epoche diverse.

La Finlandia possiede un suo antico poema mitologico, il Kàlevala, che nel secolo scorso, per opera di un abile studioso, Elias Lönnrot, venne pazientemente raccolto e trascritto dalle bocche di vari cantori dei villaggi che, di generazione in generazione, si tramandano oralmente quei versi cantati.

Il protagonista è Väinämöinen, un vecchio saggio simbolo della forza dello spirito umano, che ha ideato e costruito il kàntele, una specie di cetra dal suono dolcissimo ancora oggi in uso in Finlandia; con la musica del suo strumento egli riesce a richiamare ed incantare tutti gli essere viventi, e questo ci dimostra che alla musica venivano attribuiti poteri soprannaturali.

La partenza di Väinämöisen, di Akseli Gallen-Kallela, 1896-1906

Il vecchio, intrepido Väinämöinen, l’etero cantore preparò le sue dita, lavò e purificò i suoi pollici; poi si sedette sulla pietra della gioia, sulla roccia del canto, in cima alla collina d’argento, alla collina d’oro. E prese lo strumento fra le dita, appoggiò la sonora casa alle ginocchia, pose il kàntele sotto le dita e, alzando la voce, disse:

"Vengano adesso coloro che vogliono udire la gioia dei canti eterni, i melodiosi accordi del kàntele, vengano coloro che non li hanno ancora sentiti! Ed il vecchio Väinämöinen incominciò a suonare stupendamente (...) e la gioia splendeva veramente dentro la gioia, la letizia infiammava la letizia (...). E mentre il vecchio pizzicava il kàntele non vi fu alcuno nel bosco, neppure un animale dalle quattro zampe, dagli zoccoli pelosi, che non accorresse ad ascoltare lo strumento, ad ammirare i suoni della gioia. Gli scoiattoli saltano di ramo in ramo, gli ermellini s'arrampicano sui pali degli steccati, gli altri galoppano attraverso le pianure, le linci trasaliscono di gioia. Ed anche il lupo si muove nelle paludi, si sveglia l'orso nella macchia, in fondo alla sua tana nascosta fra i cespugli (...). Tutto ciò che era uccello dell'aria, tutto ciò che volava su due ali scese dal cielo come tempesta di neve e si precipitò verso il cantore per ascoltare il magnifico suono, per ammirare i canti della gioia. L'aquila udì dall'altro delle sue nubi i bei canti del vecchio, lascio nel nido i suoi piccini e venne in gran fretta (...), scendeva dalle sublimi altezze e così lo sparviero si slanciò dal grembo del cielo, le anitre dalle onde profonde, i cigni dai laghi pantanosi, i piccoli fringuelli e tutti gli uccelli cinguettanti (...). Non vi fu un essere sulla terra, non un essere in fondo alle acque, non un pesce dalle sei pinne che non accorresse a sentire i suoni del kàntele, i canti della gioia."

Quello che segue è un esempio di canto funebre dell’Antico Egitto; conosciuto come Il canto dell’arpista, venne composto in onore del capomastro Nefer-hetep;

La musica significa vita e quindi ci è indispensabile nella nostra esistenza, mentre l’aldilà è il regno della pace e del silenzio.

"Vi siano musica e 
canto dinanzi a te, getta alle spalle tutte le pene e volti l'animo alla gioia, fino a quando verrà quel giorno in cui noi viaggeremo verso quella terra che ama il silenzio..."

Infine, facendo ora un salto nella Grecia Antica, leggiamo una parte del primo di due Inni di chiaro argomento musicale che vennero ritrovati a Delfi.
L’Inno, rivolto alle nove Muse, che sono le protettrici delle arti e figlie di Giove nonché sorelle di Apollo, abitano su vari monti, come l’Elicona ed il Parnàso.
Presso quest’ultimo si trova la sorgente Castàlia, a loro sacra.

La musica di questo brano, giunta quasi totalmente sino a noi, è stata trascritta ed anche incisa su dischi: essa ha un grande fascino, poiché è in grado di ricreare l’atmosfera sacra che doveva animare i riti di Delfi.

"O voi, figlie dalle belle braccia di Zeus tuonante, voi che avete ricevuto l'Elicona selvoso, venite ad esaltare con i canti il fratello Febo dalla bella chioma, egli che sul doppio vertice di questa cima del Parnàso avanza assieme alle nobili abitatrici di Delgi verso le limpide acque della fonte Castàlia spingendosi lungo il promontorio di Delfi sino al colle fatidico (...).
Sui sacri altari il dio del fuoco Efesto sacrifica cosce di giovani tori e misto alle fiamme un profumo d'Arabia s'innalza verso l'Olimpo. L'aulo acuto intona la melodia con arie variate e la cetra dorata risuona con dolce voce per intonare inni. Tutti i musici che abitano in Grecia, presso questo monto dalle cime nevose, sulle cetre celebrano per te, glorioso figlio di Zeus, te che annunci a tutti i mortali profezie divine e veritiere..."

Buona Musica!

Tuoni e Fulmini!

Avrete sicuramente notato che durante un temporale prima vediamo il fulmine, poi udiamo il tuono; questo deriva dal fatto che la luce viaggi assai più velocemente del suono toccando i 300.000 km al secondo contro la velocità del suono che viaggia ad “appena” 340 metri.

Conoscendo questi dati, è possibile stabilire, durante un temporale, a quale distanza approssimativa si è formato un fulmine: se fra il momento in cui si vede il fulmine e si ode il suono sono passati ad esempio, cinque secondi, è sufficiente moltiplicare:

340 x 5 = 1700

per stabilire quindi la distanza dal punto in cui si vede il fulmine allo stesso in 1700 m.

Buona Musica!

Eco e Scandaglio Sonoro

Tutti voi certo avrete già sentito parlare o avrete direttamente sperimentato l’effetto dell’eco: tale fenomeno si produce quando le onde acustiche vanno a colpire una superficie in grado di farlo rimbalzare e ritornare indietro; ecco perché dopo un certo tempo è possibile riudire, totalmente o parzialmente, un suono od un rumore.

La superficie colpita dalle onde sonore funziona in modo simili a uno specchio: come questo è in grado di riflettere i raggi di luce, così una data superficie in una data posizione è in grado di rimandare sino a noi le onde sonore: con la differenza che, mentre i raggi di luce sono velocissimi, le onde sonore sono più lente e quindi impiegano più tempo per ritornare sino a noi, da qui l’effetto di ripetizione.

Questo principio viene sfruttato in particolare da speciali apparecchiature marine come lo:

  • Scandaglio Sonoro
  • Ecogoniometro
  • Ecòmetro

Poste in genere sotto la chiglia di una nave esse emettono, a distanze regolari di tempo, onde acustiche che si propagano nell’acqua, vanno a colpire il fondale e ritornano alla nave.

Misurando il tempo impiegato dall’onda sonora a propagarsi ed a ritornare indietro si può conoscere la profondità di quel dato specchio d’acqua: è infatti sufficiente dividere tale valore per due, ottenendo così il tempo impiegato dall’onda sonora per andare a urtare il fondale, e quindi moltiplicare il risultato per la velocità dell’onda sonora nell’acqua marina (che è di 1545 metri al secondo) si otterrà la profondità richiesta.

Ad esempio se il tempo impiegato dall’onda per andare e ritornare è di 10 secondi, si divide tale durata per due e si moltiplica per 1545, cioè: (10:2) x 1545 = 7725, rileveremo che in quel punto la profondità dell’acqua è di 7725 metri.

Queste apparecchiature possono essere utilizzate anche per rilevare sott’acqua la presenza di eventuali ostacoli (Bachi di pesci, relitti, etc.).

Tipico a questo proposito fu l’uso nella Seconda Guerra Mondiale del cosiddetto “SONAR” (Sound Navigation And Ranging) con il quale era possibile localizzare la presenza di sommergibili o mine: quando l’onda sonora incontrava un ostacolo e rimbalzava prima del dovuto, cioè prima di giungere al fondale, segnalava la presenza di un corpo “estraneo”.

Buona Musica!

Altezza, Intensità, Timbro

Suoni e rumori presentano tre principali particolarità: Altezza, Intensità, Timbro.

Altezza

L’Altezza di un suono è il suo essere più acuto, più grave oppure uguale rispetto ad un altro suono.

Questa prima componente dell’acustica, in base alla quale ciò che noi udiamo ci risulta più o meno grave e profondo, oppure più o meno acuto e stridulo, dipende dal numero di oscillazioni compiute dalla sorgente acustica in una data porzione di tempo (in genere si assume, come unità di tempo, il minuto secondo): quanto più numerose, e quindi più fitte, sono queste oscillazioni, tanto più alto, cioè tanto più acuto e stridulo, ci risulta l’effetto acustico.

Ora, mentre il rumore, a causa dell’irregolarità delle sue onde ha un’altezza difficilmente misurabile con precisione, il suono, grazie all’uniformità delle sue vibrazioni, può essere distinto in varie frequenze. In altre parole, il suono ha un moto oscillatorio periodico, cioè dotato dello stesso numero di vibrazioni nella medesima unità di tempo.

Questo numero costante di vibrazioni si chiama periodo o anche Hertz (abbreviato Hz), dal nome del fisico tedesco Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) che studiò questo fenomeno.
Ecco pertanto,come si possono graficamente rappresentare due suoni diversi in base alla loro altezza. Il suono superiore il numero delle vibrazioni comprese in un secondo è maggiore che nel suono inferiore, il suono superiore è pertanto più acuto di quello inferiore.

Nei confronti dell’altezza il nostro orecchio possiede limiti abbastanza precisi: in particolare per essere da noi avvertito un effetto acustico deve possedere almeno 16 frequenze al minuto secondo, ossia vibrare 16 volte in un secondo, infatti un numero inferiore di 16 vibrazioni non è udibile da orecchio umano e si entra nel campo degli infrasuoni. D’altra parte un effetto acustico non deve neanche superare le 20.000 vibrazioni al minuto secondo, perché sarebbe inudibile per il nostro orecchio, il suono infatti apparterrà al campo degli ultrasuoni.

Questi limiti valgono solo per l’uomo: molti animali infatti hanno possibilità ben più ampie, soprattutto per quanto riguarda il campo delle alte frequenze;

Intensità

L’Intensità del suono è la forza con cui si sente un suono, che può essere perciò: forte, fortissimo, piano, pianissimo, pur restando immutata la sua altezza.

Questa seconda componente acustica, in base alla quale ciò che noi udiamo ci risulta più o meno forte o più o meno debole, dipende dall’ampiezza delle vibrazioni, cioè dal maggiore o minore spostamento compiuto dalle oscillazioni della sorgente acustica.

Ecco come si rappresenta lo stesso suono (cioè un suono sempre con la stessa altezza) ora debole, ora forte: Nel secondo caso le creste e gli avvallamenti dell’onda sono più accentuati, cioè più ampi rispetto al primo.

Due sono in particolare le misure con cui viene calcolata l’intensità: una si chiama watt, dal nome dell’inventore scozzese James Watt (1736-1819), indica la vera a propria energia posseduta dalle oscillazioni della sorgente acustica; l’altra invece,

detta decibel (abbreviato dB), dal nome del fisiologo scozzese Alexander Graham Bell (1847-1922) calcola l’intensità i base alla sensazione che l’intensità provoca in noi. Il massimo livello d’intensità che il nostro orecchio può percepire, prima di provare dolore e subire danni irreparabili, è di 120 dB, un livello che indica un’intensità un milione di milioni di volte più forte del minimo percepibile.

Il Timbro

Per Timbro del suono intendiamo quella qualità che ci permette di distinguere quale sia la fonte sonora del suono prodotto; in altre parole noi siamo in grado di riconoscere i vari strumenti, per esempio il suono del violino o del pianoforte, proprio grazie ai loro diversi timbri.

Questa terza componente di ogni effetto acustico, in base alla quale ciò che noi udiamo ci risulta dotato di un particolare “colore”, dipende dalla forma dell’onda generata dalla sorgente sonora. Poiché è facile immaginare che le forme di un’onda possano essere numerosissime, altrettanto numerosi possono essere i timbri.

La forma che determina il timbro del suono è data dalla presenza di altre onde, cioè di altri particolari suoni che si generano spontaneamente assieme al suono principale. Questi suoni sono chiamati armonici: ogni sorgente acustica che produce suono genera immancabilmente un dato numero ed un dato tipo di armonici conferendo così a quel suono un particolare timbro. Il maggiore o minore intervento di questo o di quegli armonici produce perciò un certo timbro, così come la maggiore o minore quantità di questa o quella vernice mescolata con altre di colore diverso, produce una certa sfumatura di colore.

In natura quindi non esistono suoni puri (cioè suoni privi di armonici): solo con particolari apparecchiature di laboratorio è possibile “costruire” suoni puri.

I suoni armonici hanno due caratteristiche:

  • Sono sempre puri
  • Sono sempre più acuti del suono fondamentale al quale conferiscono il timbro.

Per rendersi conto di come i suoni armonici, unendosi al suono fondamentale, diano origine a particolari forme d’onda, bisogna osservare gli schemi a fianco: Se al suono fondamentale uniamo il 2° ed il 3° armonico, otterremmo questa particolare forma d’onda, cioè questo timbro:

Riassumendo:

  • L’Acustica è la scienza che studia tutti gli effetti sonori.
  • La sorgente acustica è un qualsiasi corpo che, percorso, vibra producendo un effetto sonoro.
  • Il mezzo propagante trasmette le vibrazioni dalla sorgente acustica al ricevente.
  • Il ricevente (cioè l’orecchio) trasforma le onde sonore in stimoli che vanno a sollecitare il nostro cervello.
  • Timpano, martello, incudine, staffa nervo acustico sono le parti dell’orecchio che elaborano e trasmettono le onde acustiche al cervello.
  • Il suono è un effetto acustico determinato da onde perfettamente costanti e regolari.
  • Il rumore è un effetto acustico determinato da onde acustiche disuguali e irregolari.
  • L’Altezza è la caratteristica del suono che dipende dal numero di vibrazioni (Hz). Quanto maggiore è il numero delle vibrazioni, tanto più acuto risulta il suono.
  • Gli infrasuoni sono quegli effetti acustici che hanno un numero inferiori a 16.
  • Gli ultrasuoni sono quegli effetti sonori con un numero di Hz che supera i 20.0000.
  • L’Intensità è la caratteristica del suono che varia secondo l’ampiezza delle vibrazioni. Quanto maggiore è l’ampiezza delle vibrazioni, tanto più forte risulta il suono.
  • watt indicano la potenza fisica dell’intensità sonora.
  • decibel indicano la potenza dell’intensità in base alla sensazione suscitata nell’ascoltare.
  • L’Inquinamento acustico deriva da un eccessivo uso e abuso di decibel.
  • Il Timbro è la caratteristica del suono che dipende dalla forma delle vibrazioni.
  • suoni armonici sono quei suoni che concorrono, assieme al principale, alla formazione dell’onda sonora.

Buona Musica!