L'aspetto fisico del suono,l'onda sinusoidale

[Daniele64]

Nel voler contribuire allo sviluppo di questa sezione,mi sono permesso di ”buttare”giu’un po’ di nozioni di base
che conosco e che potranno essere integrate,e se necessario corrette, da tutti specialmente dagli amici piu’ esperti di me.L’unico rammarico e’ quello di non avere in casa uno scanner,in quanto il postare qualche illustrazione avrebbe facilitato di molto l’apprendimento(per chi ne fosse digiuno) dei concetti riportati.
Per iniziare una trattazione dell'argomento e' necessario tenere sempre a mente una caratteristica dell'acustica e' cioe' che la stessa tratta due aspetti fondamentali del suono strettamente in relazione tra loro:
l'aspetto fisico,inteso come fenomeno ondulatorio che si propaga nell'aria;(stimolo)
l'aspetto psicofisico,inteso come percezione dell'orecchio indotta (sensazione)dallo "stimolo".
Quindi lo studio della perturbazione provocata da un altoparlante nell'aria,avra' un approccio di ordine fisico se invece interessa studiare l'effetto di un altoparlante verso una persona l'approccio sara' di tipo psicofisico.
Le onde sinusoidali(1)(aspetto fisico)
La sinusoide semplice
La sinusoide e’la forma d’onda fondamentale,strettamente correlata con il moto armonico semplice ed e’caratterizzata da” ampiezza” e “fase”;le onde "sonore"sono naturalmente onde sinusoidali che potremo considerare alla stregua di mattoni utilizzati per la costruzione di tutti i segnali musicali(che sono costituiti da una moltitudine di sinusoidi semplici in relazione tra loro).
Altre caratteristiche dell’onda sinusoidale sono la “frequenza” (e per tale si intende il numero di cicli al secondo ed e’ misurata in Hertz-Hz) e la “lunghezza d’onda” (che e’ intesa come la distanza percorsa da un onda nel tempo per completare un ciclo);l’equazione che mette in relazione la lunghezza d’onda e la frequenza e’
LUNGHEZZA D’ONDA=VELOCITA’ DEL SUONO/FREQUENZA e visto che le onde sonore viaggiano in aria a circa 344 m/sec l’equazione diventa:LUNGHEZZA D’ONDA = 344(m/s) / frequenza(Hz).Se,ad esempio,eseguiamo qualche calcolo noteremo che I suoni piu’ bassi udibili hanno lunghezze d’onda dell’ordine di di metri, i toni alti invece hanno lunghezze d’onda molto corte dell’ordine di millimetri.
Onde complesse
Le forme d’onda della voce umana e della musica sono ben diverse dalla sinusoide semplice,tuttavia e’ molto interessante osservare che non ha importanza quanto sia complessa un onda:a condizione che sia periodica,essa puo’ essere scomposta in un insieme di componenti sinusoidali.
Il ragionamento inverso porta alla conclusione che qualsiasi onda periodica complessa puo’ essere sintetizzata
partendo da onde sinusoidali di diversa frequenza,di diversa ampiezza e diversa relazione temporale(fase)[Charles Fourier].
Un aspetto di importanza fondamentale,e’il rapporto di fase e fase/ampiezza tra onde sinusoidali: due onde sinusoidali aventi la stessa frequenza possono differire in ampiezza e angolo di fase,il risultato elettrico o acustico sara’ determinato dalla relazione tra le ampiezze e gli angoli di fase delle singole onde sinusoidali che compongono l’onda sonora,cio’ premesso possiamo affermare che se sommiamo due o piu’segnali sinusoidali aventi la stessa frequenza e la stessa ampiezza otterremo come risultato un segnale che avra’comunque la stessa frequenza ma avra’ un ampiezza dipendente dalla relazione di fase dei singoli segnali originali:per esempio,in presenza di una differenza di fase di 120°(un completo ciclo sinusoidale corrisponde ad una rotazione di 360°,180°corrisponde a mezza onda,90°a un quarto d’onda),il segnale risultante avra’ esattamente la stessa ampiezza dei singoli segnali originali,se gli stessi sono combinati in fase il segnale risultante avra’ un ampiezza doppia del singolo segnale originale.
Per differenze di fase tra 120° e 240°il segnale risultante avra’piu’ o meno un ampiezza pari al segnale originale,se i segnali sono esattamente sfasati di 180°(in controfase)avremo una cancellazione totale.
Bisogna assimilare bene i principi che regolano i rapporti di fase e ampiezza tra segnali sinusoidali perche’capaci di condizionare pesantemente il “risultato”di ogni applicazione,in quanto sempre presenti,sia in campo elettrico che acustico.
In altri thread specifici potremo discutere di alcuni aspetti di relazione temporale,per citare qualche esempio:,
tra i trasduttori di un diffusore,tra fondamentale e armonica di un suono,tra emissione diretta e riverberata,tra il segnale in entrata e il segnale di uscita di un finale di potenza.

(1) Una grandezza il cui valore varia nel tempo viene definita “variabile”e dato che si ripete in maniera identica a intervalli uguali e cioe’periodicamente viene Detta “periodica”;trattandosi di grandezza variabile periodicamente nel tempo si chiama “periodo” il tempo”T”Che intercorre tra due successivi istanti in cui la grandezza si ripete identicamente.Una grandezza periodica viene detta “alternativa” se e’ nullo il suo valore medio in un “periodo”,tra tutte le grandezze periodiche si distinguono quelle sinusoidali e quelle con valore medio nullo in un periodo si chiamano “grandezze alternative sinusoidali” e vengono generalmente rappresentate mediante un diagramma cartesiano.

bibliografia : F.Alton Everest-manuale di Acustica.....G.Guarino-Elettrotecnica generale.......J.Eargle-Sound System Design Reference Manual

un saluto
Un saluto