Il magico mondo dell’acustica e delle onde sonore: comportamento e applicazioni pratiche

Comprendere il funzionamento di queste onde può portarci a scoprire una serie di applicazioni interessanti in vari settori.

In questo articolo esploreremo alcune peculiarità dei suoni e dei rumori, vedendo insieme come si propagano nei diversi mezzi e quali sono i possibili utilizzi delle onde sonore.

Onde sonore: caratteristiche e proprietà del suono

Le onde sonore sono oscillazioni e vibrazioni meccaniche che viaggiano attraverso un mezzo, come aria, acqua o solido.

Queste perturbazioni generano dei fenomeni ondulatori e variazioni di pressione che si propagano nello spazio e possono essere percepite dall’udito umano.

In questo caso si parla quindi di propagazione del suono, cioè di come un rumore o una sonorità si muovono all’interno di uno spazio e in che modo vengano percepite dal nostro orecchio.

I suoni e i rumori hanno diverse proprietà, tra cui frequenza, ampiezza e velocità di propagazione, che sono oggetto della fisica delle onde sonore e che sintetizziamo in questo modo:

• Frequenza: la frequenza di un’onda sonora è il numero di oscillazioni completate nell’unità di tempo. È misurata in Hertz (Hz) e determina l’altezza del suono percepito: più alta la frequenza, più alto sarà il suono.
• Ampiezza: l’ampiezza è l’intensità dell’oscillazione e determina il volume del suono percepito. Un’onda con ampiezza maggiore produrrà un suono più forte rispetto a una con ampiezza minore.
• Velocità di propagazione: la velocità con cui un’onda sonora si sposta all’interno di un mezzo dipende dalla densità e dall’elasticità del materiale. Ad esempio, il suono si propaga più velocemente nell’acqua rispetto all’aria.

Questi tre valori non vengono misurati senza finalità, ma la loro dimensione permette, come vedremo più avanti, di creare soluzioni molto utili per le persone.

Un esempio che vedremo è il sonar o l’ecografia, per senza dimenticare poi le soluzioni per migliorare l’abitabilità degli spazi e degli ambienti.

Nel caso in cui, ad esempio volessimo riuscire a ridurre l’inquinamento derivante da un suono o da un rumore ambientale, la misurazione dell’intensità sonora derivante dalla frequenza e dall’ampiezza ci permetterebbe di scegliere la migliore soluzione di isolamento acustico.

La propagazione dei suoni nei diversi mezzi

I suoni possono propagarsi attraverso diversi tipi di mezzo: gas, liquidi e solidi e la modalità di propagazione varia a seconda del mezzo in cui l’onda viaggia.

Nel caso dei gas, come l’aria, le onde si propagano tramite l’urto tra le particelle che compongono il gas stesso. Queste collisioni generano oscillazioni di pressione che si muovono nello spazio sotto forma di onde. Tuttavia, la propagazione in un gas è meno efficiente rispetto ai liquidi o ai solidi, a causa della minore densità delle particelle del gas.

I liquidi, come l’acqua, permettono una propagazione più efficace delle onde sonore rispetto ai gas, grazie alla maggiore densità delle loro particelle. L’energia dell’onda sonora viene trasmessa con maggiore facilità tra le particelle adiacenti, consentendo al suono di viaggiare più velocemente e con minor attenuazione.

Nei solidi, invece, si propagano attraverso vibrazioni delle particelle che compongono il materiale. Grazie alla struttura rigida dei solidi, l’energia dell’onda viene trasmessa con estrema efficienza tra le particelle, consentendo al suono di viaggiare a velocità ancora maggiori rispetto ai liquidi.

In merito ai solidi, possiamo fare un esempio con le pareti di una stanza. Potrebbe infatti accadere che le onde longitudinali e trasversali di un suono si propaghino dalle pareti esterne verso l’interno, oppure che rimbalzino e si riflettano all’interno dell’ambiente stesso.

In questi casi la fisica mette a disposizione diverse soluzioni, come ad esempio i dispositivi per la riduzione del rumore e della sua propagazione. Nei due casi specifici si potrebbero applicare delle soluzioni isolanti alle pareti per fare in modo che il rumore o il suono non arrivi così forte dall’esterno all’interno dell’ambiente.

Se invece abbiamo una riflessione di onde all’interno di uno spazio chiuso di grandi dimensioni, potrebbe generarsi un fenomeno molto scomodo denominato riverbero. Normalmente si tratta di un effetto molto simile all’eco, che si crea quando le onde incontrano un ostacolo in uno spazio all’aperto. La stessa cosa potrebbe anche verificarsi in una stanza chiusa molto grande, come ad esempio un locale pubblico, e per questa ragione potrebbe essere molto vantaggioso ridurre il riverbero con dei pannelli fonoassorbenti come quelli che vengono proposti da Marvin Acustica, sito web che vi suggeriamo di visitare.

Alcune applicazioni pratiche delle onde sonore

Grazie alle loro caratteristiche e proprietà, le onde sonore trovano numerose applicazioni in vari settori della scienza, tecnologia e medicina.

Un esempio è l’ecografia, una tecnica diagnostica basata sull’utilizzo di onde ad alta frequenza per visualizzare gli organi interni del corpo umano, come spiegato anche molto bene in questo articolo dove troverete un interessante approfondimento sulla questione.

L’apparato ecografico emette onde ultrasoniche che penetrano nel corpo e si riflettono sugli organi, creando un’immagine bidimensionale sulla base del tempo impiegato dall’eco a tornare al ricevitore.

Un altro ambito di applicazione è il sonar (acronimo di Sound Navigation And Ranging), che è un sistema utilizzato per determinare la posizione e la distanza di oggetti sottomarini tramite onde sonore. Il funzionamento è abbastanza semplice: gli apparecchi sonar emettono impulsi sonori che si propagano nell’acqua e si riflettono sugli oggetti circostanti e le eco risultanti vengono rilevati e analizzati per determinare la posizione degli oggetti.

Se desiderate comprendere ancora meglio il funzionamento di questa tipologia di apparecchi, vi consigliamo anche di leggere questo articolo di Geopop dove troverete alcune infografiche utili per riuscire a capire meglio.

Tornando all’ambito medico, la terapia ad ultrasuoni impiega le onde a frequenze elevate per il trattamento di diverse patologie, come disturbi muscoloscheletrici e lesioni dei tessuti molli. Gli ultrasuoni possono avere effetti antinfiammatori, analgesici e stimolanti sulla guarigione dei tessuti.

Lo studio dei suoni e della loro propagazione è anche oggetto dei vari dispositivi che utilizziamo nel nostro quotidiano.

Svariati dispositivi elettronici, come altoparlanti, microfoni e auricolari, si basano sul principio della trasduzione delle onde, cioè la conversione dell’energia sonora in energia elettrica e viceversa.

Sempre parlando di soluzioni utilizzate nel quotidiano, non dobbiamo infine dimenticare i dispositivi per la riduzione del rumore ambientale e dell’inquinamento acustico che vengono impiegate negli edifici di moderna costruzione e nei locali pubblici, utili per garantire un comfort migliore a tutte le persone al loro interno.

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