Il suono

Materie:Appunti
Categoria:Fisica

Voto:

1.5 (2)
Download:993
Data:24.01.2002
Numero di pagine:83
Formato di file:.doc (Microsoft Word)
Download   Anteprima
suono_1.zip (Dimensione: 540.9 Kb)
readme.txt     59 Bytes
trucheck.it_il-suono.doc     746.5 Kb


Testo

- Il suono -
Cos’è un suono.
Ogni oggetto, di qualunque materiale, dimensione e forma, se percosso o strofinato produce un suono. Ciò accade perché il diverso materiale (atomi, molecole..) che costituisce gli oggetti, se sollecitato dall’esterno, comincia a muoversi in modo particolare: vibra.
Osservando un elastico teso che vibra è facile verificare in cosa consiste la particolarità del movimento vibratorio: l’elastico si muove in senso verticale compiendo un’oscillazione tra due punti estremi, uno superiore e uno inferiore, movimenti la cui ampiezza diminuisce progressivamente fino ad annullarsi; l’elastico allora torna alla sua posizione iniziale di equilibrio.
La vibrazione dell’elastico, come di qualunque materiale, si trasmette anche all’aria circostante, che inizia a sua volta a vibrare. Ciò avviene attraverso il succedersi di due fasi: una di compressione delle molecole, sotto la spinta dell’elastico, e una di rarefazione, determinata dal ritrarsi dell’elastico. E’ tipico andamento delle onde (sonore).
Le onde sonore sono longitudinali: le molecole del mezzo in cui si propaga il suono si muovono parallelamente alla direzione di propagazione dell'onda.
Sviluppo storico
I fenomeni acustici elementari sono sempre stati oggetto di speculazione presso gli antichi ma, con l'eccezione di sporadiche intuizioni, si sapeva ben poco del suono prima del XVII secolo. Da allora in poi la conoscenza dei meccanismi e dei fenomeni riguardanti il suono crebbe molto più rapidamente di quella riguardante le proprietà della luce, più difficili da osservare e da misurare.
Gli antichi greci non si curarono molto degli aspetti scientifici del suono, anche se coltivarono grande interesse per la musica, considerandola l'applicazione più naturale dell'aritmetica pura. Il filosofo Pitagora scoprì che un'ottava rappresenta un rapporto di frequenze di due a uno, ed enunciò la legge che mette in relazione le armonie di note con i rapporti numerici; egli considerava le note musicali come dei "numeri applicati" in relazione ai "numeri puri" dell'aritmetica. Aristotele, in una breve annotazione sul suono, avanzò ipotesi corrette e accurate sul suo meccanismo di generazione e trasmissione; tuttavia, fino al 1600, mancarono studi scientifici sperimentali sull'argomento. Il primo a intraprendere uno studio rigoroso del suono fu Galileo. Nella sua opera Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attinenti alla meccanica, egli enunciò la relazione tra altezza e frequenza, le leggi dell'armonia e della dissonanza di cui si è parlato sopra, e diede inoltre una spiegazione teorica di come la frequenza naturale di vibrazione di una corda tesa, e quindi degli strumenti a corde, dipenda dalla lunghezza, dal peso e dalla tensione della corda. Grazie a Galileo l'acustica entra finalmente nel dominio della scienza, e non è più solo una branca dell'arte musicale.
Alcuni studi sperimentali furono eseguiti nel corso del XIX secolo dal matematico francese Marin Mersenne che, misurando il tempo di ritorno dell'eco, diede una stima della velocità del suono con un errore inferiore al 10%. Mersenne si cimentò per primo anche nella determinazione della frequenza di una nota di altezza data. Egli misurò la frequenza di vibrazione di una lunga, pesante corda, il cui movimento di vibrazione era così lento da poter essere facilmente seguito a occhio nudo; poi, in base a considerazioni di carattere teorico, dedusse la frequenza di una corda corta e leggera, capace di produrre suoni udibili.
Nel 1660, lo scienziato Robert Boyle dimostrò la necessità di un mezzo, solido, liquido o gassoso, per la propagazione dei suoni. Egli sospese una campana in un contenitore chiuso in cui era stato praticato il vuoto, e mostrò che, nonostante la campana venisse sollecitata, non si avvertiva alcun suono.
La trattazione matematica della teoria del suono fu iniziata dal matematico e fisico Isaac Newton che, nella sua opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (I principi matematici della filosofia naturale, 1687) dimostrò come la propagazione del suono attraverso qualunque fluido dipendesse solo da proprietà misurabili, come elasticità e densità, e calcolò la velocità del suono nell'aria.
Nel XVIII secolo si fecero progressi soprattutto a livello teorico. Il calcolo differenziale si rivelò un nuovo potente strumento per l'indagine scientifica in molti campi. I matematici Jean-Baptiste le Rond d'Alembert, Giuseppe Luigi Lagrange, Johann Bernoulli ed Eulero si dedicarono allo studio di proprietà quali l'altezza e il timbro di suoni prodotti da particolari strumenti, nonché allo studio del meccanismo di trasmissione del suono in diversi mezzi. La completa trattazione matematica del suono, però, si fonda sull'analisi armonica, scoperta da Jean-Baptiste-Joseph Fourier nel 1822 e applicata alla teoria del suono da Georg Simon Ohm.
I battimenti, variazioni periodiche dell'ampiezza del suono, conseguenza del suo carattere ondulatorio, furono scoperti intorno al 1740 dal violinista italiano Giuseppe Tartini e dall'organista tedesco Georg Sorge.
Il XIX secolo fu un periodo di conquiste e progressi; alla prima misura accurata della velocità di propagazione del suono in acqua, effettuata nel 1826 dal matematico francese Jacques Sturm, seguirono numerosi esperimenti, eseguiti mediante strumenti come lo stetoscopio e la sirena, che portarono alla determinazione della legge fondamentale secondo cui la velocità di propagazione del suono dipende dalla densità e dall'elasticità del mezzo, ma non dalla frequenza dell'onda.
Gran parte dell'attenzione fu poi dedicata alla ricerca di un criterio di standardizzazione delle altezze; nel 1859, il governo francese stabilì che il la che segue il do centrale nella tastiera del pianoforte corrispondesse alla frequenza di 435 Hz, standard accettato in molte parti del mondo fino al XX secolo.
Durante il XIX secolo furono inoltre inventati apparecchi come il telefono, il microfono, e diversi tipi di registratore, ma solo nel XX secolo i fisici poterono disporre di strumenti che resero lo studio quantitativo del suono semplice e accurato. Mediante oscillatori elettronici si potevano produrre elettronicamente onde di qualunque tipo, che potevano poi essere convertite in suoni per via elettromagnetica o piezoelettrica. Al contrario, era possibile, per mezzo di un microfono, convertire i suoni in correnti elettriche che poi potevano essere amplificate elettronicamente e analizzate da un oscilloscopio a raggi catodici. La tecnologia moderna permette la registrazione e la riproduzione del suono ad alta fedeltà.
Necessità militari portarono nella prima guerra mondiale all'uso del sonar per l'individuazione di sommergibili; questo strumento ora viene impiegato per studi sulle correnti oceaniche e per l'esplorazione dei fondali marini. Onde sonore ad altissima frequenza sono ampiamente usate anche in applicazioni mediche e tecniche.
Il suono deve avere un mezzo di trasmissione (acqua, aria ….). Nel vuoto assoluto (come nello spazio interplanetario) non si sente nessun suono.
Il suono può venire suddiviso grossolanamente in suoni semplici (p.es. ad onda sinusoidale o toni puri), e suoni complessi (p.es. la voce o il rumore). Qualunque suono semplice, ad esempio una nota musicale, è descritto da altezza, intensità e timbro; queste caratteristiche percettive corrispondono a grandezze fisiche proprie dell'onda associata, quali, rispettivamente, frequenza fondamentale, ampiezza e spettro. Il rumore invece è un suono complesso, dato dalla sovrapposizione casuale di frequenze diverse, non armonicamente correlate, e non può essere descritto da questi parametri. Si può anche dire che un suono non è un rumore, ma un rumore è un suono: se suono il flauto ottengo dei suoni; se il flauto mi cade per terra...fa rumore! Allora, in generale, posso dire che un suono è piacevole, voluto e generato da me ( o da qualcuno o da qualcosa che suona), mentre il rumore non è piacevole ed è casuale. Ma per il resto sono uguali: sia il suono che il rumore sono costituiti da onde generate da qualcosa che ha vibrato.

Caratteristiche del suono
Intensità
La distanza a cui un suono può essere percepito dipende dalla sua intensità (volume), definita come il flusso medio di energia che, nell'unità di tempo, attraversa una superficie di area unitaria disposta perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Nel caso di onde sferiche generate da una sorgente puntiforme, l'intensità varia in modo inversamente proporzionale alla distanza, purché siano trascurabili gli effetti della viscosità e le variazioni di temperatura, pressione o umidità del mezzo di propagazione; nel caso di propagazione delle onde sonore nell'atmosfera tali effetti non sono marginali, producono dispersione e smorzamento delle onde, e la legge vale solo approssimativamente. L’intensità del suono si riferisce all’ampiezza del suono e si misura in decibel (dB) specificabili in dB SPL (decibel di livello di pressione sonora) o dB IL (decibel di livello di intensità) Quanto maggiore è l’ampiezza, tanto maggiore è il numero di dB SPL, e tanto più forte è il suono (come ad esempio il rombo del motore di un jet in confronto al suono di un lieve respiro). Alla soglia di udibilità è attribuito il valore 0 dB; l’intensità di un mormorio risulta di circa 10 dB e il fruscio del vento tra le foglie si aggira intorno ai 20 dB. La scala delle intensità dei suoni è logaritmica, perciò ogni incremento di 10 dB corrisponde a un aumento in intensità di un fattore 10: il fruscio delle foglie infatti è 10 volte più intenso dei mormorii.
Un giovane adulto in buona salute ha una maggiore sensibilità per i suoni con frequenze nel campo da 500 a 8000 Hz, che coincide col range di frequenze della voce umana. Il suono più debole (soglia dell’udito) che un orecchio umano normale è in grado di percepire si trova intorno a 0 dB SPL. Il suono più forte (livello di fastidio) che un essere umano è in grado di tollerare è di 120-140 dB SPL.
Nella figura a fianco è possibile confrontare un suono debole con un suono forte della medesima frequenza. Si noti come il suono forte (con una grande ampiezza) raggiunga livelli di pressione sonora (SPL) molto più alti rispetto al suono debole (con una piccola ampiezza). Per valori estremamente elevati di SPL, la pressione può essere così alta da provocare un danno all’orecchio, proprio come se venisse colpito da un qualunque oggetto.
Frequenza
La Frequenza (altezza) del suono è il numero di cicli al secondo dell’onda sonora. (E’ proporzionale all’altezza del suono) .Viene misurata in Hertz (Hz). Essa aumenta con il numero di cicli al secondo. I suoni in alta frequenza, come la sirena della polizia, hanno una frequenza di migliaia di cicli al secondo. I suoni in bassa frequenza, come quello di un tuono lontano o di un basso tuba, hanno una frequenza di pochi cicli al secondo.
La figura qui a destra mostra l’andamento del livello della pressione sonora di un suono in bassa frequenza in confronto ad un suono in alta frequenza della medesima ampiezza (intensità). Si noti come il suono in bassa frequenza raggiunge il suo massimo una volta nello stesso periodo di tempo in cui il suono in alta frequenza raggiunge il suo massimo per otto volte. Pertanto, se il suono in bassa frequenza rappresentasse 1 kHz, il suono in alta frequenza rappresenterebbe 8 kHz .
Esistono diversi metodi per produrre un suono di determinata frequenza. Ad esempio, è possibile generare un suono di 440 hertz azionando un altoparlante con un oscillatore posizionato su questa frequenza, oppure utilizzando una comune sirena, un dispositivo costituito essenzialmente da un soffio d'aria davanti al quale si posiziona una ruota dentata a 44 denti, in rotazione a 10 giri al secondo. I due suoni hanno timbro diverso, e per questo motivo sono percepiti come differenti, pur avendo la stessa frequenza. Tale frequenza di riferimento pari a 440 Hz corrisponde al diapason, il la al di sopra del do centrale nel pianoforte: di qui è facile risalire a quale frequenza corrisponde una determinata nota del pianoforte. Un'ottava è per definizione l'intervallo che separa due note qualsiasi, le cui frequenze siano una il doppio dell'altra. Prendendo dunque come riferimento il diapason del pianoforte, il la situato un'ottava più in alto corrisponde alla frequenza di 880 Hz. Similmente, i la situati una e due ottave più in basso hanno rispettivamente frequenze di 220 e 110 Hz. A ciascun intervallo fra due note corrisponde un rapporto di frequenze: ad esempio, una quinta rappresenta l'intervallo fra due note che hanno un rapporto di frequenze di 3/2; oppure a una terza maggiore corrisponde il rapporto di frequenze 5/4.
Una legge fondamentale dell'armonia afferma che due note emesse contemporaneamente producono un suono eufonico, ovvero armonioso all'orecchio, se le loro frequenze distano di un'armonica; per estensione, un accordo di più note sarà eufonico se le frequenze delle note stanno in rapporti di piccoli numeri interi. In caso contrario si produrrà una dissonanza.
La frequenza delle onde sonore è direttamente proporzionale all'altezza del suono. Suoni generati da onde di uguale ampiezza, ossia con la medesima intensità (indicata anche come volume) e con frequenze che siano in rapporto di 2 a 1, producono le stesse note a ottave diverse. Il range di udibilità dell'orecchio umano è compreso tra i 20 e i 20.000 Hz. Ciò significa che, pur esistendo onde sonore che si propagano a frequenze più basse (infrasuoni) o più alte (ultrasuoni), noi non possiamo percepirle.
Sensibilità ai toni
Come si è detto, l'orecchio umano è sensibile a suoni di frequenza compresa tra i 15 (circa) e 20.000 Hz; in particolare, nell'intervallo di frequenze comprese fra il diapason e il la posto quattro ottave più in alto (approssimativamente tra 400 Hz e 3500 Hz ) è possibile percepire suoni molto deboli. L'udito delle persone anziane è normalmente meno acuto, specie verso le frequenze più alte.
Il grado a cui un orecchio sensibile può distinguere due note pure, poco diverse in frequenza o altezza, dipende dalla frequenza stessa e dall'intensità del suono. Per suoni di moderata intensità, nella gamma di frequenze in cui l'orecchio è più sensibile (tra i 1000 e i 2000 Hz) si può percepire una differenza di ampiezza del 20% (1 decibel, dB), e una differenza di frequenza di circa lo 0,3% (circa un ventesimo di una nota). In questa stessa gamma, la differenza tra il suono più debole percepibile e quello più forte che possa essere avvertito senza provocare sensazione di dolore è pari a circa 120 dB (corrispondente a una differenza d'ampiezza di mille miliardi di volte).
Anche per i toni puri prodotti da un oscillatore elettronico, come quelli cui si riferiscono i dati di sensibilità riportati, il funzionamento dell'orecchio presenta qualche imperfezione. Note di frequenza identica ma di intensità molto diversa possono infatti sembrare di altezza leggermente differente; inoltre, mentre ad alte intensità l'orecchio ha la stessa sensibilità alla maggior parte delle frequenze, a basse intensità è molto più sensibile alle frequenze medie. Di conseguenza, uno strumento di riproduzione dei suoni perfettamente funzionante può sembrare difettoso nella riproduzione a basso volume sia delle note più acute sia di quelle più basse.
Tre esempi di suoni
Nel linguaggio parlato, nella musica e nel rumore è raro percepire toni puri. Una nota musicale contiene, oltre alla frequenza fondamentale, anche le armoniche successive; il parlato comprende un gran numero di suoni complessi, alcuni dei quali (ma non tutti) in relazione armonica tra loro; il rumore poi è costituito da una mescolanza di frequenze anche molto diverse (intuitivamente è paragonabile alla luce bianca, che è la combinazione di tutti i colori). Rumori diversi si distinguono per il diverso contributo delle frequenze componenti.
Quando una nota musicale contenente solo alcune delle armoniche del tono fondamentale raggiunge l'orecchio umano, quest'ultimo produce le armoniche mancanti attraverso una serie di battimenti, somma o differenza delle frequenze ricevute. Nella percezione dei suoni ordinari si manifesta il fenomeno, detto mascheramento, che consiste nell'incapacità di distinguere note di alta frequenza su un fondo di suoni di bassa frequenza e di intensità considerevole.
In generale, vengono riprodotti in modo soddisfacente i suoni del parlato e i brani musicali su una gamma di frequenze tra i 250 e i 3000 Hz, che corrisponde a quella utilizzata dai telefoni ordinari. Pochi sono i suoni del parlato, ad esempio il th anglosassone, che vibrano a frequenze più alte. Solo le frequenze comprese tra i 100 e i 10.000 Hz mantengono la naturalezza originale nelle riproduzioni.
Campo di udibilità degli animali
Diversi animali sono sensibili a frequenze sonore escluse dal campo di udibilità dell'orecchio umano. Ad esempio, i delfini e le balene comunicano per mezzo di segnali di frequenza minore della nostra soglia di udibilità e anche i pipistrelli sono in grado di produrre e percepire ultrasuoni per noi inaccessibili.
Spettro di frequenza
Timbro
Spesso, quando nel campo della fisica acustica si parla di suono, si fa riferimento allo spettro del suono. I suoni in natura non sono caratterizzati da una singola frequenza con una sola ampiezza, ma da molte frequenze, ciascuna con un’ampiezza diversa. Questo tipo di suono complesso viene detto timbro. È ciò che rende diverso il suono di un trombone da quello di un clarinetto, anche quando suonano esattamente la stessa nota.
Questa è una forma d’onda semplice caratterizzata da una frequenza singola con una sola ampiezza. È il suono che può capitare di sentire se si percuote un diapason o si accende un accordatore per chitarra elettrica. Questo suono è chiamato anche tono puro.
Questo è lo spettro di frequenza della forma d’onda del tono puro mostrato sopra. Nella figura si vede il livello della pressione sonora (SPL) di ciascun componente in frequenza del tono puro. Come si può notare, questo spettro è caratterizzato da una singola frequenza con un livello costante.
In questa figura è mostrata una forma d’onda complessa, come quella generata dalla voce umana. Si noti che è difficile riconoscere l’origine del segnale perché l’ampiezza varia costantemente nel tempo.
Lo spettro di frequenza di una forma d’onda complessa è caratterizzato da molte componenti in frequenza, ciascuna con una diversa ampiezza. Questo potrebbe essere lo spettro del suono generato da una persona che canta una nota singola. Analizzando il suono in questo modo, siamo in grado di stabilire qual’é il modo migliore per aiutare le persone con problemi di udito, amplificando le frequenze che sono loro utili per capire meglio le parole.
Il timbro è quindi la caratteristica del suono che permette all'orecchio di distinguere la natura della sorgente emettitrice, a prescindere dalla frequenza e dall'intensità. Ciò che lo determina sono le componenti addizionali dell'onda che vibrano a frequenze multiple della frequenza principale. L'orecchio è in grado di distinguere facilmente la medesima nota prodotta da un diapason, da un violino o da un pianoforte.
Una stessa nota, ad esempio il la nella scala diatonica del do maggiore, suonata con la stessa intensità da un pianoforte, un violino e un diapason, produce una sensazione uditiva diversa perché, pur avendo frequenza identica, ha nei tre casi timbro diverso. Mentre il la emesso dal diapason ha, con buona approssimazione, frequenza esattamente di 440 Hz, quello prodotto dal violino o dal pianoforte ha come componente di frequenza dominante quella fondamentale (di 440 Hz), ma contiene suoni di frequenze multiple: 880, 1320, 1760 Hz. L'intensità relativa di queste altre componenti, dette armoniche, determina il timbro della nota.
Onde caratteristiche
Ogni strumento musicale produce una vibrazione caratteristica che si propaga nell'aria e nei mezzi materiali sotto forma di onda sonora. Le proprietà di quest'ultima definiscono il timbro di un suono. Così il diapason produce un suono puro, con un'onda perfettamente sinusoidale, mentre il violino genera suoni intensi con brusche oscillazioni e il flauto suoni caldi e schietti, con vibrazioni relativamente morbide. Un gong invece non produce vibrazioni regolari, ma casuali e spigolose, con timbro pressoché irriconoscibile
Ampiezza
L'ampiezza dell'onda sonora è la proprietà fisica che determina il volume del suono. Essa rappresenta lo spostamento massimo delle molecole d'aria che oscillano intorno alla posizione di equilibrio al passaggio della perturbazione acustica. All'aumentare di questo spostamento aumenta la forza con cui le molecole colpiscono la membrana timpanica e, quindi, l'intensità del suono che percepiamo. Le tre onde qui sopra rappresentate sono caratterizzate dalla stessa frequenza: producono il suono della stessa nota, ma a volume diverso.
Velocità di propagazione
E’ la velocità con cui il suono si propaga nel mezzo attraversato e dipende dalla densità dello stesso e dal modulo di compressione ( K = Costante ) ; il modulo di compressione può descrivere, a livello macroscopico ,la forza di legame tra le molecole di un materiale.
L’unità di misura di " K " si ricava dalla formula :
L V = P
V K
Dove il primo membro non ha dimensioni, essendo il rapporto di volumi ,e così deve succedere per il secondo.
Allora " K " ha la stessa unità della pressione, che nel S.I. è N / m2
La velocità di propagazione del suono dipende dalla radice quadrata del rapporto fra K e la densità del mezzo.
Nella tabella sono riportati i valori di "v" per alcune sostanze.
Il dominio del tempo
I suoni variano anche nel tempo (dominio temporale). Per esempio, si confronti il suono impulsivo di uno sparo (in figura) col suono prolungato del lamento di un neonato (che somiglia al tono puro mostrato nella figura all'inizio di pagina 6). Gli effetti nel dominio del tempo vengono misurati in millisecondi (ms).
La durata si riferisce a “quanto tempo” dura un suono, rispetto ad una unità di misura. Perciò possiamo dire che esistono suoni lunghi e suoni brevi.
Battimenti
Se due suoni di eguale frequenza si sovrappongono in condizioni particolari, in alcuni punti dello spazio si osserva una diminuzione dell'intensità sonora, o addirittura la completa estensione del suono, mentre in altri si osserva un aumento rispetto a quella che si osserverebbe se l'intensità dei due suoni venissero semplicemente sommate. E' questo il fenomeno della interferenza acustica.
Se in un punto si sovrappongono due suoni che abbiano eguale frequenza e mantengano una relazione di fase costante, si ha in esso un rinforzo dell'intensità del suono o (praticamente) il silenzio, secondo che le due vibrazioni sono in concordanza oppure in opposizione di fase.
Se, invece, i due suoni sono di frequenza leggermente diversa, esse interferiscono ancora, ma, in ogni dato punto dello spazio circostante, non sia più un suono di intensità costante (o il silenzio); si ha, invece, una variazione periodica dell'intensità del suono: un ascoltatore fermo sente un rapido succedersi di impulsi sonori, alternati a istanti di silenzio. E' questo il fenomeno dei battimenti, il quale è generato dalla sovrapposizione di due moti vibratori, le cui frequenze differiscono poco l'una dell'altra.
Si possono ottenere battimenti, per esempio, facendo vibrare l'uno accanto all'altro due diapason eguali, dopo aver applicato a uno dei rebbi di uno di essi un pezzetto di cera, alterando così leggermente il suo periodo di vibrazione e, quindi, la frequenza del suono che esso emette. Supponiamo, per esempio, che le frequenze dei due diapason siano rispettivamente di 18 e di 20 hertz (numero di vibrazioni al secondo), e che, a un certo istante, giungano all'orecchio dell'ascoltatore due onde di compressione provenienti dai due diapason: egli ode un suono intenso. Dopo un quarto di secondo, il primo diapason ha eseguito 4 vibrazioni e mezzo mentre l'altro ne ha eseguite 5; le due onde sonore giungono all'ascoltatore in opposizione di fase e, quindi, c'è per lui un attimo di silenzio. Dopo mezzo secondo, il primo diapason ha eseguito 9 vibrazioni e l'altro 10; poiché le onde giungono di nuovo in fase, l'intensità del suono è di nuovo massima; e così di seguito. In definitiva, per l'ascoltatore fermo, l'intensità del suono aumenta e diminuisce continuamente: egli sente un succedersi di battimenti. Nel caso prima considerato si hanno 2 battimenti al secondo, dato che la differenza tra le frequenze dei due suoni é di 2 Hz. In generale, il numero dei battimenti al secondo é pari alla differenza tra le frequenze (in Hz) dei due suoni. Quando i battimenti non sono più di 4 al secondo, il suono non riesce sgradevole all'orecchio. Anzi, in alcuni casi, essi sono provocati deliberatamente; nei registri «vox celestis» e «unda maris» dell'organo, le frequenze dei suoni di due canne, per ciascuna nota, sono regolate in modo da dare 2 o 3 battimenti al secondo; si ottiene così una gradevole espressione, vivace e movimentata. Quando i battimenti sono 5 al secondo, il risultato é acusticamente sgradevole; e questa sensazione va peggiorando finché, con 23 battimenti al secondo, l'effetto é estremamente sgradevole: si ode un rapido succedersi di suoni aspri e irritanti. Con un numero di battimenti maggiore, l'impressione spiacevole va diminuendo. Si pensa che la sensazione sgradevole, che si prova quando si hanno più di 4 battimenti al secondo, sia dovuta a due cause: alla irritazione mentale che si prova nel volere istintivamente seguire un succedersi di brusche variazioni e alla irritazione fisica prodotta da una serie di stimoli che si alternano rapidamente.
Principali fenomeni relativi alla propagazione di onde sonore
Riflessione
Quando un’onda sonora che i propaga in un certo mezzo incontra la superficie di un mezzo diverso, essa può essere trasmessa, ossia entrare nel secondo mezzo e continuare a propagarsi in esso anche se con velocità, lunghezza d’onda e direzione di propagazione diverse, oppure può essere assorbita, ossia penetrare nel secondo mezzo ma non propagarsi in esso, e infine ancora può essere riflessa, ossia tornare indietro nel mezzo di provenienza. Di solito questi tre fenomeni sono presenti insieme, ma spesso avviene che uno dei tre prevalga nettamente rispetto agli altri due che possono quindi essere considerati trascurabili. Per le onde sonore di frequenza compresa nel campo di udibilità prevale ad esempio l’assorbimento quando essi investono materiali fonoassorbenti. Questi sono in genere materiali porosi (come il sughero o la gommapiuma) che non sono in grado di esercitare la forza di richiamo necessaria per trasmettere le onde sonore e che per tale motivo sono molto usati per isolare acusticamente gli ambienti. Il fenomeno della riflessione prevale invece per le onde sonore che, provenendo dall’aria, investono una parete solida e liscia, per esempio un muro di una roccia.
Leggi della riflessione
-1) L’angolo di incidenza(i) e l’angolo di riflessione (r)sono uguali
-2) L’angolo di incidenza(i) e l’angolo di riflessione (r )sono complanari
Alla riflessione delle onde sonore è dovuto il fenomeno dell’ECO, che tutti conosciamo.
Per capire in quali condizioni si sente l’eco, occorre tenere presente che, perché l’orecchio umano riesca a percepire come distinti due suoni, essi devono giungergli separati da un intervallo di tempo di almeno 1\10 di secondo. Perché si verifichi il fenomeno dell’eco occorre quindi che il tempo che il suono impiega per percorrere due volte (una avanti e una indietro) la distanza tra la sorgente sonora e la parete riflettente sia almeno 1\10 di secondo. Indicando con d la distanza tra la sorgente e la parete riflettente, con v la velocità del suono e con t il tempo impiegato dal suono per percorrere due volte la distanza d, si ha:
2d=vt
Poiché, come sappiamo, la velocità del suono nell’aria è di circa 340 m\s, sostituendo questo valore nella relazione precedente troviamo che in un tempo di 1\10 di secondo il suono percorre uno spazio
2d = (340 m\s) . (1\10 s)= 34 m
Perché si possa udire l’eco la distanza tra la sorgente e la parete riflettente deve pertanto essere di almeno 17 m. Se la distanza è minore di 17 m, nell’orecchio il suono riflesso si sovrappone parzialmente al suono emesso: non si odono più due suoni distinti, ma vi è soltanto un RIMBOMBO, ossia una sovrapposizione dei suoni emessi con quelli riflessi, che può diventare anche molto fastidiosa quando le distanze tra sorgenti e pareti riflettenti sono prossime a 17 m.
Se le pareti contro cui il suono si riflette sono più di una, si può produrre un’ECO MULTIPLA: ne è un esempio, a tutti noto, il tuono, che è provocato dalla riflessione multipla sulle nubi situate a diverse altezze e sul terreno dal rumore prodotto dal fulmine.
Il fenomeno dell’eco ha importanti applicazioni pratiche, soprattutto nel sondaggio acustico: una tecnica per misurare le distanze molto usata per determinare le profondità dei fondali marini o per stabilire la posizione di oggetti a grande profondità (relitti, sottomarini ,banchi di pesci ecc.) o per localizzare eventuali ostacoli alla navigazione (altre navi, rocce, icebergs ecc.) di notte o in caso di nebbia, o ancora per studiare certe caratteristiche del terreno che consentono di individuare la posizione di falde petrolifere o di giacimenti di minerali, ecc. Per il sondaggio acustico nell’acqua si usano i sonar, ossia apparecchi capaci di emettere brevi impulsi di ultrasuoni e di inviarli con una determinata direzione. Quando incontra un ostacolo (ad esempio il fondale marino) l’impulso ultrasuono si riflette su di esso. Un apparecchio ricevente capta l’onda riflessa. Misurando il tempo impiegato complessivamente dagli ultrasuoni per andare e tornare si può calcolare, nota la velocità degli ultrasuoni nel mezzo in cui essi si stanno propagando, a quale distanza si trova il corpo che li ha riflessi.
Del sondaggio acustiche si servono anche i pipistrelli per evitare gli ostacoli e localizzare le prede anche nella più completa oscurità.
Diffrazione
L’esperienza quotidiana ci insegna che è possibile udire facilmente il suono emesso da una sorgente, anche se esiste un ostacolo interposto tra essi ed il nostro orecchio. A causa della diffrazione non si hanno cioè fenomeni di “ombra” ossia di silenzio, a meno che l’ostacolo non sia molto più grande della lunghezza d’onda media di un suono, che nell’aria può variare da qualche centimetro a qualche metro.
Effetto Doppler e onde d’urto
Onde sonore emesse da una sorgente in movimento hanno lunghezza d’onda e frequenza variabile a seconda della direzione del moto della sorgente rispetto alla direzione del moto dell’onda. Le onde che si muovono nella stessa direzione della sorgente hanno la frequenza più alta e la lunghezza d’onda più piccola, mentre le onde che si muovono in direzione opposta hanno la frequenza più bassa e la lunghezza d’onda più grande. Questo fenomeno è noto come effetto Doppler. Il suono della sirena di un'auto della polizia sembra cambiare di altezza in rapporto alla distanza. Quando la sirena si avvicina, le onde acustiche ci raggiungono più rapidamente e il suono si fa più acuto. Quando la vettura si allontana, le onde ci raggiungono più lentamente e l'altezza del suono diminuisce, anche se la sirena produce sempre suoni della stessa frequenza.
Se la sorgente si muove con velocità eguale o maggiore rispetto a quella del suono, l’energia sonora si accumula in una regione molto piccola; questa concentrazione di energia è detta onda d’urto.
Interferenza
Il fenomeno consiste nell’effetto prodotto dalla sovrapposizione di due o più onde che si propagano simultaneamente nello stesso mezzo, per cui lo spostamento in un dato punto e in un certo istante e’ pari alla somma vettoriale degli spostamenti prodotti dalle onde componenti in quel punto e in quell’istante.
Si ha interferenza costruttiva quando gli spostamenti hanno lo stesso verso e si ottiene un’onda di ampiezza maggiore di quelle dovute separatamente a ciascuna onda , viceversa si ha interferenza distruttiva quando gli spostamenti hanno verso opposto e si ottiene un’onda di ampiezza minore di quelle delle onde componenti.
Risonanza
E’ facile constatare sperimentalmente che, se si fa vibrare un qualsiasi corpo (come un diapason o una corda di violino), si viene a provocare l’eccitazione per risonanza di un altro corpo identico, cioè avente uguale frequenza naturale di vibrazione, posto nelle vicinanze: infatti, arrestando con la mano la vibrazione del primo, si sente distintamente il suono emesso dal secondo.
Gli ultrasuoni
Gli ultrasuoni sono prodotti da vibrazioni analoghe a quelle che danno origine ai normali suoni, ma aventi frequenze superiori al limite massimo di udibilità, cioè a circa 16000 hertz; a partire da tale valore gli ultrasuoni coprono una gamma di frequenze che si estende fino a circa 5*108 hertz. Pertanto i limiti approssimativi delle corrispondenti lunghezze d'onda in aria normale sono rispettivamente di 1,6 cm e 0,6*10-4 cm. A causa dell'elevata frequenza e perciò della piccola lunghezza d'onda, le onde elastiche generate dalle vibrazioni ultrasonore presentano poco accentuati i fenomeni della diffrazione. Gli ultrasuoni presentano naturalmente anche i fenomeni di riflessione e rifrazione; cosi un fascio di onde ultrasonore, giungendo alla superficie di separazione di due mezzi, viene in parte riflesso e in parte rifratto.
Gli ultrasuoni vengono prodotti con facilità: possono accompagnare suoni molto acuti prodotti da sirene e dal fischio di Galton, generatore che funziona come un tubo sonoro di piccolissima lunghezza con imboccatura a labbro; anche i suoni fondamentali emessi da strumenti musicali sono spesso accompagnati da vibrazioni di frequenze ultrasonore.
Svariati sono gli effetti degli ultrasuoni. Di essi, particolarmente noti sono l'aumento di temperatura che producono nei corpi che attraversano e la liberazione di bolle di gas disciolte in un liquido. Notevole è anche la capacità disperdente degli ultrasuoni i quali possono produrre emulsioni finissime di liquidi non miscibili, come per esempio olio ed acqua; questa proprietà è utilizzata nella preparazione di particolari emulsioni fotografiche. Gli ultrasuoni possono presentare anche azione ossidante; hanno la proprietà di attivare certe reazioni chimiche, di rendere stabili soluzioni colloidali; possono creare nubi di vapore alla superficie di un liquido. La varietà e l'entità delle azioni esercitate dagli ultrasuoni nei liquidi danno ragione degli effetti che possono subire, da parte degli ultrasuoni, organismi animali e vegetali - notevole quello riscontrato sui globuli rossi del sangue - ed anche su organismi più evoluti e complessi dei semplici batteri e bacilli, come per esempio piccoli pesci, rane ecc., e su alghe. Da parte degli ultrasuoni possono venire operati nelle cellule il rimescolamento del protoplasma ed anche la rottura della membrana. Le azioni su tessuti ed organismi complessi esigono che sia in gioco una rilevante intensità. Largo impiego viene fatto degli ultrasuoni nella ricerca dei difetti che hanno origine nella fusione dei materiali metallici e per i quali viene a mancare la compattezza della massa, la quale può pertanto presentare internamente cavità, fenditure e discontinuità che gli ultrasuoni giungono a individuare.
La barriera del suono
Il primo serio problema incontrato dagli studiosi di aerodinamica è noto come barriera o muro del suono, e consiste in un fenomeno che si manifesta quando la velocità dell'aereo è prossima a quella del suono nell'aria (approssimativamente 1220 km/h al livello del mare), chiamata in termini tecnici Mach 1. Un aereo in procinto di rompere la barriera del suono si trova sul punto di raggiungere le onde di pressione generate dal suo stesso moto in avanti. La conseguente distorsione del flusso dell'aria a Mach 1 provoca la formazione di un'onda d'urto, nota come urto di compressibilità, che aumenta considerevolmente la resistenza aerodinamica del mezzo. Se l'aereo non è stato progettato in modo adeguato per resistere a questa brutale variazione nella natura del flusso d'aria, il controllo del mezzo sarà seriamente, se non addirittura disastrosamente, ridotto.
Come sentiamo?
L’orecchio
L'udito di un essere umano normoudente è in grado di rilevare, identificare, e cogliere le differenze esistenti fra i suoni. Le relazioni fra frequenza, intensità e durata sono molto complesse. Mediamente, un ascoltatore è in grado di discernere differenze fino a 1 Hz in frequenza, 0.5 dB in intensità, e 2-3 msec in intervallo di tempo, grazie al sofisticato meccanismo di funzionamento del sistema uditivo. La complessa fisiologia dell'apparato uditivo è ottimizzata per sentire i più comuni ed importanti suoni - i suoni ambientali e la voce.

Negli anni recenti, è cambiato il modo di vedere tradizionale dell'anatomia e fisiologia dell'orecchio. Quella che si vede qui di seguito è una versione semplificata di quello che viene oggi considerato il meccanismo grazie al quale sentiamo i suoni.

L'Orecchio Esterno
Nell'orecchio esterno, le onde sonore vengono raccolte dal padiglione auricolare, inviate attraverso il canale auricolare esterno alla membrana timpanica ed all'orecchio medio. Le caratteristiche proprie dell'orecchio esterno, insieme agli effetti dovuti alla conformazione del capo e del corpo, forniscono al segnale in ingresso un'amplificazione di 17 dB a 2700 Hz circa.

L'Orecchio Medio
L'orecchio medio trasmette il suono dalla membrana timpanica (31) alla finestra ovale (50) della chiocciola tramite l'azione meccanica di tre ossicini (52). Il suono viene ulteriormente amplificato nell'orecchio medio di 25 dB a 800-1000 Hz circa. In questo modo l'orecchio medio funziona da adattatore di impedenza fra la cavità piena d'aria dell'orecchio medio e quella piena di fluido dell'orecchio interno. Se non vi fosse l'azione dell'orecchio medio, il 99.9% del suono verrebbe riflesso e solo lo 0.1% verrebbe trasmesso attraverso la finestra ovale all'orecchio interno.
L'Orecchio Interno
Nell'orecchio interno, la membrana della finestra ovale (50) viene posta in vibrazione, generando un'onda di pressione (onda viaggiante) che si propaga nel fluido che riempie la chiocciola (13*). Al capo opposto della chiocciola, la finestra rotonda (51) serve da valvola di sfogo per l'onda di pressione.

L'onda viaggiante pone in movimento la membrana basilare e l'organo del Corti (13') con le sue cellule ciliate. La direzione dell'onda di pressione va dalla base (alte frequenze) all'apice (basse frequenze) della spirale della chiocciola. I picchi dell'onda sulla membrana basilare si verificano nei punti che corrispondono alla frequenza del segnale in ingresso. Le Cellule Ciliate Esterne (OHC), che vengono attivate dai suoni più deboli, amplificano il moto dell'onda di pressione, ponendo, a loro volta, le Cellule Ciliate Interne (IHC) in movimento.
Nelle figure sopra riportate, la chiocciola è rappresentata rettilinea a scopo illustrativo)
A causa della direzione dell'onda viaggiante (dalle alte alle basse frequenze) ed al numero crescente delle fibre nervose che vengono attivate, i suoni intensi in bassa frequenza tendono a influenzare o mascherare i suoni in alta frequenza, con un effetto chiamato appunto "mascheramento". Questo fenomeno ha delle conseguenze sulla comprensione della voce in un ambiente con rumore di fondo in bassa frequenza, in quanto i suoni in bassa frequenza rendono difficile cogliere i suoni più deboli e più importanti alle alte frequenze, necessari per la intelligibilità della voce.

Il suono viene trasmesso per mezzo di impulsi elettrochimici generati dalle cellule ciliate interne ed inviato, tramite le fibre nervose afferenti ad esse collegate, attraverso il tronco encefalico, alla corteccia cerebrale.
Il Percorso fino al Cervello
I vari nuclei posti nel percorso fino alla corteccia uditiva sono responsabili dell'elaborazione delle informazioni contenute nei suoni.
Sono loro che:
• Migliorano il rapporto segnale/rumore diminuendo il rumore di fondo e focalizzando l'attenzione su certi suoni (per esempio, nel caso di voce in presenza di rumore)
• Permettono la localizzazione dei suoni (identificazione della direzione e della distanza da cui provengono i suoni)
• Provvedono all'elaborazione acustica sia dei suoni semplici (toni puri) che dei suoni complessi (voce)
Il suono è organizzato tonotopicamente (la frequenza viene preservata in base alla sua corrispondenza sulla membrana basilare, e nelle fibre nervose) nell'intero sistema nervoso uditivo. L'intensità è data dal numero di fibre nervose che vengono attivate e dal numero degli impulsi trasmessi.
La ricerca nel campo della fisiologia uditiva è molto attiva. Studi recenti condotti sui ratti hanno dimostrato che è possibile ripristinare le aree uditive danneggiate nella parte inferiore del tronco encefalico. Oltre a ciò, è noto che le cellule ciliate degli organi vestibolari degli uccelli sono in grado di rigenerarsi!
Meccanismi di Retroazione
Il sistema uditivo fa uso di diversi percorsi di retroazione che aiutano l'orecchio ad adattarsi alle differenti condizioni di ascolto.
Il Sistema Efferente consente al cervello di controllare la sensibilità delle orecchie ritrasmettendo i segnali attraverso le Fibre Nervose Efferenti (EFF). Le EFF controllano le cellule ciliate esterne della chiocciola in modo da ostacolare o agevolare le vibrazioni nel raggiungere le cellule ciliate interne. Ciò protegge l'orecchio negli ambienti rumorosi e gli consente di avere una maggiore sensibilità negli ambienti quieti. Inoltre, aiuta chi ascolta ad estrarre il segnale utile da un rumore di fondo.
Il riflesso acustico è controllato dal tronco encefalico inferiore per ridurre l'intensità del suono in determinate circostanze. Ad esempio, esso protegge dai forti suoni generati quando si mastica il cibo.
Negli ultimi dieci anni, si è giunti alla scoperta che l'orecchio non solo elabora i suoni, ma ha anche la capacità di produrre dei suoni (mostrata nel diagramma dalle frecce nere rivolte all'indietro). Questi suoni (chiamati emissioni otoacustiche) possono venire misurati, e, a volte, sono udibili, il che si pensa sia indice di un udito particolarmente buono. L'assenza di certi tipi di emissioni otoacoustiche può invece indicare la presenza di una perdita uditiva.
Acuità uditiva e apparecchi acustici
Ricapitolando:
L’orecchio esterno riceve i suoni tramite il padiglione auricolare (a) e il condotto uditivo (b).
I suoni raggiungono poi il timpano (c) e lo fanno vibrare.
Nell’orecchio medio si trovano tre ossicini, martello (d), incudine (e),
staffa (f), che raccolgono queste vibrazioni e la trasmettono all’orecchio interno.
Qui si trova la coclea (g), dalla struttura a spirale, la quale permette la trasformazione delle vibrazioni sonore in impulsi elettrici, successivamente inviati al cervello per mezzo del nervo acustico (h).
Un orecchio normale riesce a percepire una vasta gamma di suoni: frequenze sotto i 125 fino ad oltre 10.000 Hz e intensità da 0 a 140 dB.
I livelli di acuità uditiva sono:
UDITO NORMALE: soglia uditiva inferiore ai 20 dB
PERDITA UDITIVA LIEVE: soglia compresa tra i 20 e i 40 dB
PERDITA UDITIVA MEDIA E MEDIO-GRAVE: soglia compresa tra i 40 e i 70 dB
PERDITA UDITIVA GRAVE: soglia compresa tra i 70 e i 90 dB
SORDITA' PROFONDA: soglia superiore ai 90 dB
Di tutti i sensi, l’udito è, insieme alla vista, sicuramente il più importante. Attraverso l’udito l’uomo può dare un significato concreto alle parole.
L’udito apre alla vita, consente all’uomo di mantenere un contatto duraturo con i propri simili, col mondo.
Attraverso l’udito l’uomo può uscire dall’isolamento scambiando opinioni, idee, sensazioni.
Molto spesso però, chi soffre di disturbi all’udito si rifiuta di ammetterlo e si ostina a nasconderlo.
Infatti, i difetti uditivi sono spesso fonte di vergogna e risvegliano la paura di essere derisi.
Tuttavia non bisogna dimenticare che, come dimostrano i più autorevoli ricercatori, la sordità è la terza tra le malattie croniche che colpiscono la popolazione adulta.
Il paziente ipoacusico si trova ad affrontare numerose difficoltà: la solitudine sociale, il rafforzamento dei disturbi emotivi, il danneggiamento delle relazioni interpersonali, senza dimenticare il fatto che spesso l’ipoacusico viene scambiato per disattento, svogliato e anche un po’ stupido.
Anche se la maggior parte delle persone che presentano problemi all’udito supera la soglia dei 65 anni, il dato preoccupante è che la percentuale di incidenza dell’ipoacusia è destinata ad aumentare tra i giovani, causa l'alto tasso di inquinamento acustico in luoghi di divertimento e di sport particolarmente rumorosi, senza sottovalutare l’accrescimento del rumore industriale e civile che rappresenta una vera minaccia per il nostro udito.
Per determinare l’insorgere di un’ipoacusia, è di fondamentale importanza l’intervento del medico specialista, il quale permette una diagnosi precoce: purtroppo, nella maggioranza dei casi quando ci si rende conto del problema in modo autonomo, la comunicazione è già compromessa.
La sordità si distingue in trasmissiva e percettiva.
Nel primo caso, sussistono difficoltà di trasmissione dell’impulso sonoro e le strutture coinvolte sono quelle dell’orecchio esterno medio.
La sordità percettiva è invece legata ad affezioni che riguardano l’orecchio interno e le sue componenti nervose.
Va da sé che la gravità della sordità dipende dalla sede e dall’entità della lesione.
Le cause più frequenti di una sordità sono: le infezioni, la presenza di corpi estranei, malformazioni del meato uditivo, otiti, otosclerosi, traumi, l’uso di taluni farmaci, soprattutto gli aminoglicosidi, l’esposizione ad una detonazione troppo forte….
Troppo spesso si parla genericamente di sordità ma in realtà esistono diverse forme e diversi gradi di sordità.
L’ipoacusia è la perdita della funzione uditiva cioè la riduzione unilaterale o bilaterale della capacità uditiva.
L’anacusia è la perdita totale di udito da un solo orecchio.
In certi casi la sensazione uditiva, per uno stesso suono, è diversa per i due orecchi, si tratta di diplacusia.
La forma più grave è la cofosi, in seguito alla quale vi è la perdita totale dell’udito da entrambe le orecchie.
Quando invece il suono è molto intenso si producono alcune distorsioni delle vibrazioni cocleari, le quali provocano una produzioni di suoni soggettivi nell’orecchio, anche in assenza di stimoli sonori: sono i cosiddetti acufeni: ronzii, fischi ….,che rivelano una lesione dell’apparato uditivo.
Contro la sordità si può agire su tre fronti: quello farmacologico, quello chirurgico e quello che prevede l’uso di protesi acustiche.
La terapia protesica, se bene impostata, è molto efficace e comprende la diagnosi, la prescrizione, l’adattamento personalizzato e la rieducazione ai suoni nuovi.
Facilitando lo scambio di pensieri, idee, sentimenti, l’udito costituisce il blocco costruttivo dei rapporti sociali.
“A che cosa servirebbe la libertà di parola se ci viene negata la libertà di sentirla?”
Le protesi acustiche
La storia delle protesi acustiche ebbe origine molti anni fa. I primi apparecchi per ipoacusici vennero sviluppati verso la fine del secolo scorso da Alexander Bell.
Bell, che era anche un educatore per le persone con problemi di udito aveva creato
apparecchi che però erano ingombranti e pesanti
Essi funzionavano posizionandoli sul tavolo e chi ne faceva uso doveva stare vicino all'apparecchio per riuscire a seguire una conversazione.
Agli inizi degli anni Venti furono realizzate le prime protesi che potevano essere indossate e negli anni Trenta e Quaranta comparvero i primi modelli con dimensioni più ridotte, tanto da poter essere portati nel taschino.
Con l'avvento di batterie sempre più sofisticate, cominciò negli anni Cinquanta la miniaturizzazione degli apparecchi, la quale sfociò nella produzione di protesi da portare dietro l'orecchio.
Da alcuni anni esistono apparecchi che possono essere inseriti direttamente nell'orecchio, praticamente invisibili, i quali permettono di captare una vasta gamma di suoni, unendo così estetica e tecnologia.
Un apparecchio acustico è un dispositivo che elabora i suoni con lo scopo di erogarli in un formato fruibile dalle persone affette da difficoltà uditive. La necessità più importante riguarda la comprensione dei suoni che compongono la voce.
Nell'arco dello spettro della voce, le vocali (a, e, i, o, u) sono più intense ed hanno una frequenza più bassa rispetto alle consonanti, più deboli e con frequenza più alta (s, t, f), che trasportano la maggior parte delle informazioni importanti della voce. La funzione di un apparecchio acustico è quella di erogare i suoni per consentire alle persone audiolese di sentire e comprendere la voce in ogni circostanza di ascolto. Non si tratta di un compito semplice, poiché esistono molti aspetti complessi che devono essere presi in considerazione, inclusi la fisiologia e la psicoacustica del meccanismo dell'udito e la tecnologia legata all'elaborazione dei segnali.
Come Funziona un Apparecchio Acustico
Il suono entra nell'apparecchio attraverso un microfono, viene elaborato ed amplificato e poi trasmesso ad un ricevitore (altoparlante), che invia il suono in uscita o direttamente al canale dell'orecchio dell'utente, oppure, attraverso un tubicino, alla chiocciola e quindi al canale dell'orecchio. In un apparecchio acustico analogico, il segnale acustico in ingresso viene elaborato nella sua forma originaria. nel caso di un apparecchio acustico digitale, il segnale acustico viene inizialmente convertito in cifre (0, 1), elaborato matematicamente all'interno dell'apparecchio, e quindi riconvertito in segnale acustico analogico ed inviato nell'orecchio dell'utente.
I Modelli di Apparecchi Acustici
Esistono vari modelli di apparecchi acustici:
Apparecchi a Scatola
Gli apparecchi a scatola hanno dimensioni pari a circa un terzo di quelle di un registratore a cassette e spesso vengono fissati agli indumenti. Questo tipo di apparecchio è relativamente grande rispetto agli altri apparecchi acustici sul mercato. L'apparecchio viene collegato all'orecchio tramite un cavetto ed una chiocciola. Normalmente vengono usati dalle persone con perdite uditive profonde e con problemi di manualità. Sono ancora usati per i bambini in molte nazioni in via di sviluppo.
Occhiali
L'apparecchio acustico è integrato nella montatura degli occhiali ed il suono viene inviato all'orecchio tramite la chiocciola. Questo tipo di apparecchio acustico viene ormai usato molto raramente.
Apparecchi Retroauricolari (BTE)
Il circuito elettronico è contenuto in un guscio che viene posto dietro l'orecchio. Un tubicino e la chiocciola convogliano il suono nel canale auricolare. Per i bambini vengono utilizzati degli apparecchi di dimensioni minori. Generalmente, gli apparecchi acustici BTE sono in grado di fornire un'amplificazione maggiore rispetto agli apparecchi più piccoli grazie alla maggiore dimensione e potenza della batteria. Il guscio è disponibile in vari colori.

Apparecchi Acustici Intrauricolari (ITE)
Tutti i componenti sono contenuti in un piccolo guscio che entra nel canale auricolare. Vengono usati per perdite uditive meno severe, poiché le dimensioni ridotte dell'apparecchio non permettono di erogare un'amplificazione utilizzabile pari a quella degli apparecchi retroauricolari.

Apparecchi Acustici Intra Canale (ITC)
Sono più piccoli degli apparecchi ITE. Gli apparecchi ITC vengono inseriti più a fondo nel canale auricolare essendo di dimensioni più piccole. Sono usati per perdite uditive da lievi a moderate.

Apparecchi Acustici Completamente nel Canale (CIC)
Sono gli apparecchi acustici più piccoli. Non sono visibili dall'esterno. Sono indicati per perdite uditive lievi o moderate.

Apparecchi Acustici per Via Ossea
Sono usati da coloro che sono affetti da una perdita uditiva conduttiva, ma che non possono usare un apparecchio acustico tradizionale a causa di secrezioni o altre anomalie dell'orecchio esterno o medio. Il transmettitore (vibratore osseo) viene posto sulla mastoide dietro l'orecchio, ed il suono è trasmesso all'orecchio interno dalle vibrazioni meccaniche del vibratore osseo.

Apparecchi Acustici CROS
Sono usati dalle persone con una perdita uditiva asimmetrica o con un orecchio normale. Il suono viene prelevato da un microfono posto in prossimità dell'orecchio leso ed inviato all'orecchio normale con un trasmettitore senza fili (nell'applicazione più recente sul mercato). Ciò favorisce il riconoscimento dei suoni da parte dell'orecchio leso e/o la localizzazione dei suoni.
L’inquinamento acustico
Come si è notato, la continua esposizione a una grande quantità di suoni e la mancanza di momenti di silenzio possono provocare numerosi danni alla nostra salute e peggiorare la nostra vita.
Oltre all’eccessiva quantità, anche il volume troppo forte dei suoni, può essere dannoso.
Oltre all’apparato uditivo vengono colpiti dalle vibrazioni sonore eccessive anche l’apparato circolatorio, quello digerente, le ghiandole endocrine (che regolano molte importanti funzioni del nostro organismo) e il sistema nervoso, creando stati di tensione o di vera e propria angoscia.
Infine, osserviamo che in ambienti troppo rumorosi si comunica con difficoltà attraverso la parola: quindi soprattutto i bambini cresciuti in questi ambienti possono riportare disturbi del linguaggio.
Nelle varie epoche, si sono succeduti sempre diversi interventi da parte dell’uomo sulla natura e l’ambiente. Ciò ha prodotto a volte risultati positivi, che hanno migliorato la qualità della nostra vita rispettando la natura. Altre volte, al contrario, il rapporto tra l’uomo, la natura\ambiente è stato peggiorato da interventi sbagliati suggeriti da interessi economico-politici. Per questa ragione negli ultimi anni si sono sviluppati forti movimenti che si pongono come obiettivo principale la lotta all’inquinamento. Quello acustico è provocato dall’eccessiva quantità ed intensità dei suoni, dannosa per gli uomini e anche per gli animali.
Questo tipo di inquinamento è più grave nelle città, ma può anche essere presente nei piccoli centri e talvolta in campagna.
Secondo recenti indagini nelle città italiane, il limite di sicurezza stabilito dagli esperti per non subire danni permanenti viene costantemente superato, in ogni ora del giorno e della notte: ciò è particolarmente grave, in quanto come sopra specificato, i danni peggiori per la nostra salute non derivano tanto dall’occasionale e momentanea presenza di un forte rumore, quanto dal fatto che orecchio e cervello non abbiano mai momenti di pausa.
La medesima situazione si rileva anche nei centri storici.
L’inquinamento acustico ha una particolarità che lo rende, in certo qual modo, diverso da ogni altra forma di inquinamento: quella di manifestarsi e di cessare all’attivarsi e disattivarsi della fonte di rumore. L’inquinamento da rumore a differenza dell’inquinamento dell’acqua, dell’aria e del suolo, non lascia tracce sensibili al di qua e di là del tempo in cui si manifesta fisicamente, se non nel fisico e nella psiche di chi da questo fenomeno è colpito.
Il rumore urbano è una forma di energia prodotta dall’uomo, nel tempo e nello spazio, che muta con il mutare storico della città; esso è costituito da:
RUMORI NATURALI
RUMORI E SUONI UMANI
RUMORI ARTIFICIALI
Nelle tabelle I, II, III sono riportati i livelli di esposizione al rumore in alcune diverse situazioni lavorative.
Tabella I. Industrie alimentari: aziende 6, misurazioni 72
Livelli sonori per classi di intervallo di 5 dB(A); distribuzione %.
Tipi azienda
N° misure
 85dB
86-90dB
91-95dB
96-100dB
>100dB
Zuccherifici
33
30.5
27.5
24
12
6
Lavorazione del latte
9

44.5
55.5


Imbottiglia =
mento bibite
17
35.5
11.5
47
6

Torrefazione del caffè
13
15.5
38.5
46


Tabella II. Industria del vetro: aziende 4, misurazioni 47
Livelli sonori per classi di intervallo di 5 dB(A); distribuzione %.
Tipo azienda
N° misure
 85dB
86-90dB
91-95dB
96-100dB
>100dB
Lavorazione industriale
17
12
17.5
12
23.5
35
Lavorazione semi-artigianale
21
43
28
5
19
5
Mosaico vetroso
9

78
22


Tabelle III. Industria metallurgica e metalmeccanica: aziende 17, misurazioni 392
Livelli sonori per classi di intervallo di dB(A); distribuzione %.
Tipo azienda
N° misure
 85dB
86-90dB
91-95dB
96-100dB
>100dB
Fonderie 2ª fusione
34
29.5
17.5
26.5
6
20.5
Fonderie alluminio
41
22
36.5
19.5
12
10
Acciaierie
79
22.5
33
30.5
14

Altre lavorazioni meccaniche
238
27
28
26.5
9.5
9
Sono proposti limiti di intensità variabile in funzione della durata di esposizione:
8 h
85 dB (A)
4 h
88 dB (A)
2 h
91 dB (A)
1 h
94 dB (A)
30’
97 dB (A)
15’
100 dB (A)
Le fonti del rumore
L’inquinamento acustico nel territorio è prodotto principalmente dai mezzi di trasporto (aeroplani, traffico urbano, transito treni), dagli impianti industriali e commerciali, dai cantieri e dalle infrastrutture legate ad alcune attività ricreative (discoteche, stadi ecc...). Spesso è, tuttavia, dovuto al comportamento incivile e poco riguardoso dei vicini di casa. Gran parte delle denunce ricevute dalle autorità competenti riguardano proprio questo tipo di rumori, che spesso sono difficilmente quantificabili e che, più che attraverso imposizioni di legge, possono essere limitati educando i cittadini al rispetto reciproco. Il grado di inquinamento acustico dipende anche dal livello di insonorizzazione degli edifici e quindi dalle tecniche di costruzione e di isolamento acustico utilizzate.
Traffico stradale
E’ la sorgente di rumore più diffusa nei paesi industrializzati. Secondo i risultati di uno studio condotto per conto dell’Unione europea, nel 1994 circa 200 milioni di cittadini comunitari (circa il 60% del totale) sono stati esposti a rumori prodotti da traffico stradale di livello superiore a 55dB e circa 132 milioni di cittadini (il 39%) sarebbero stati esposti a rumori di livello pari a 60 dB. Per difendere i cittadini dai rumori del traffico stradale sono stati fissati e imposti limiti di emissione dei rumori per tutti i nuovi autoveicoli messi in commercio. Di anno in anno questi limiti di tollerabilità vengono abbassati, tanto che i rumori emessi dalle auto costruite intorno alla metà degli anni ‘90 risultano essere di 8-10 dB più bassi rispetto a quelli delle auto prodotte negli anni ‘70. I motori delle automobili di più recente produzione sono diventati talmente "silenziosi" che il rumore principale emesso dagli autoveicoli è ormai diventato quello prodotto dall’attrito dei pneumatici sull’asfalto. Con riferimento alla corrente di traffico si rileva che i fattori che determinano la rumorosità sono principalmente: il numero di veicoli, la presenza percentuale dei veicoli pesanti, la velocità media della corrente di traffico.
Ferrovie
Tra tutti i tradizionali mezzi di trasporto, il treno viene spesso visto come il più sicuro, economico ed ecologico in assoluto. Da qualche tempo, tuttavia, molti paesi hanno preso atto che ciò non è sempre vero e che anche il traffico ferroviario può avere un alto impatto ambientale. Anche se l’ultima generazione di treni e motrici è stata progettata in modo tale da non risultare più rumorosa dei più lenti convogli tradizionali, per rispettare gli standard ambientali imposti per legge, le linee ferroviarie devono tuttora seguire percorsi lontani dai centri abitati ed essere attrezzate con adeguati sistemi di abbattimento dei rumori. In Italia si sta affrontando, con attenzione particolare, il problema delle barriere anti-rumore per la linea ferroviaria ad alta velocità che unirà Milano a Napoli.
Traffico aereo
L’inquinamento acustico, prodotto dai velivoli a motore, è cresciuto considerevolmente dopo la seconda guerra mondiale e, intorno alla metà degli anni settanta, ha raggiunto un livello tale da indurre le autorità e i produttori del settore ad ammettere la necessità di sviluppare sistemi di abbattimento del rumore. Sia negli aerei con propulsione a elica, sia in quelli a reazione, la principale sorgente di rumore è il motore. Le continue proteste da parte degli ambientalisti e di vari gruppi di persone hanno spinto le autorità competenti a emettere normative per il controllo e la limitazione del rumore prodotto dai velivoli. Dai tempi dei primi aviogetti il livello del rumore prodotto dai motori è stato ridotto di circa 20 dB nonostante i nuovi velivoli siano decisamente più grandi e capienti rispetto ai loro predecessori.
Un fenomeno interessante e alquanto fastidioso è quello che si verifica quando un aereo supersonico supera la velocità del suono. L’aereo si muove assieme alle onde che esso emette in istanti successivi, queste tendono ad accumularsi formando un onda di grande ampiezza ed energia, detta onda d’urto. L’onda d’urto conica generata da un aereo supersonico tocca il suolo dietro di esso e viene avvertita come una esplosione detta bang (scoppio sonico).
Come tutte le altre forme di inquinamento, anche quello acustico deve essere affrontato e combattuto a livello sia legislativo sia amministrativo, si infine a livello di comportamento dei singoli cittadini.
Gli interventi di difesa del rumore da traffico veicolare devono essere effettuati sulla base dei valori massimi tollerabili previsti dalla legge. Le normative che regolano la materia riguardano sia le emissioni sonore (costituite dal livello di pressione acustica rilevabile presso la sorgente sonora), sia le immissioni sonore (costituite dal livello di pressione acustica rilevabile nell'ambiente presso i luoghi da proteggere, come edifici, impianti ricreativi, ecc..). Secondo quanto contenuto in un rapporto pubblicato nel 1995 dall'università di Stoccolma per conto dell'Organizzazione Mondiale della Sanità, il livello medio del rumore nell'ambiente esterno alle abitazioni non dovrebbe mai superare i 55 dB (livelli superiori potrebbero causare gravi disturbi alla salute) e il limite massimo ammissibile dovrebbe essere fissato a 50 dB.
Gli interventi possono essere di due tipi:
a) ATTIVI
Gli interventi attivi sono ovviamente quelli più razionali, in quanto si riallacciano all'origine del problema, però richiedono tempi molto lunghi prima di manifestare una certa efficacia. Comportano, infatti, il completo rinnovo del parco veicolare, la messa in funzione dei sistemi di controllo, il rifacimento del manto di usura stradale, ecc.
Una misura sicuramente interessante è quella finalizzata alla regolarizzazione del flusso di traffico: una progettazione stradale caratterizzata da pochi tratti rettilinei lunghi impone una limitazione della velocità, e quindi della rumorosità. Il sistema è poco praticabile all'interno dei centri abitati, in cui può essere interessante l'uso delle onde verdi semaforiche, che riducono il picco di rumorosità dovuto alla ripresa dei veicoli. Nel caso degli agglomerati urbani già configurati e dotati di centri storici, come nella maggior parte delle città italiane, si può procedere con: l'adozione di vaste isole pedonali; la proibizione del traffico veicolare, fatta esclusione dei servizi d'emergenza e protezione civile in genere, nelle strade aventi carreggiate limitate rispetto alle previsioni di scorrimento, l'eliminazione delle strade corridoio, che mescolano forzatamente pedoni e veicoli con diverse esigenze di scorrimento, e la loro sostituzione con sistemi di percorrenza variati per biciclette, veicoli lenti, veloci e pedoni; l'aumento degli scorrimenti sotterranei sia dei mezzi di trasporto pubblico che privato.
Interessante è anche l'uso di asfalti fonoassorbenti, che possono essere considerati intervento sia attivo sia passivo; infatti oltre che ridurre le emissioni di rumore conseguenti al contatto pneumatico - asfalto possono anche assorbire una parte di energia sonora emessa dalle altre parti del veicolo.
b) PASSIVI- la progettazione ambientale
Fra gli interventi passivi il ruolo preponderante - oltre ad una urbanizzazione ad hoc, per altro non sempre possibile per aspetti ambientali e di preesistenza, e all'isolamento acustico degli edifici - è di certo quello ricoperto dalle barriere acustiche o antirumore.
Le barriere a pannello, o artificiali, sono le più diffuse e caratterizzate dal poco spazio occupato in pianta e da leggerezza tale da consentirne l’impiego anche su ponti e viadotti; il loro risvolto negativo è rappresentato dallo sgradevole impatto visivo.
Le barriere antirumore in terrapieno in genere si armonizzano meglio con l’ambiente circostante e possono fungere da significativa opera di mitigazione oltre che, in alcuni casi di abbellimento del paesaggio, ma normalmente richiedono ampi spazi, ed elevati costi di manutenzione.
Anche la vegetazione soprattutto quella arborea e arbustiva, può fungere da barriera antirumore. L’attenuazione del rumore da parte della vegetazione si riconduce ad una serie di variabili quali: profondità ed altezza della barriera, l’ampiezza e robustezza delle foglie, la densità e la persistenza della chioma, ecc..
In ogni caso è evidente che per ottenere risultati è indispensabile realizzare schermi vegetativi privi di soluzione di continuità, formati da piante ravvicinate in modo da chiudere completamente le chiome, integrando essenze arbustive ed arboree per coprire i vuoti a tutte le altezze. In tutti i posti schermati da barriere di verde sono attenuati considerevolmente i rumori a bassa frequenza; poco quelli a frequenza intermedia; alquanto quelli ad alta frequenza;
Alle alte frequenze vi è scarsa differenza tra le varie specie arbustive prese in considerazione;
Il mais attenua maggiormente i rumori ad alta frequenza.
Per quanto riguarda il parametro densità del fogliame si è potuto constatare che questo è maggiormente efficace per le alte frequenze. Inoltre quando il fogliame è costituito di foglie a piccola lamina la maggior efficacia spetta ai rami.
Infine le piante da usare da schermo devono rispondere anche ad altri requisiti e cioè:
Essere integrate nell’ambiente circostante sia ecologicamente, sia esteticamente;
Essere di facile manutenzione ed inoltre essere esenti da parassiti animali o vegetali;
Essere il meno combustibile possibile
Insonorizzazione e fai da te
La leggenda metropolitana dei contenitori per le uova ha iniziato a circolare quando si sono diffuse le prime voci di una soluzione economica e quasi definitiva al problema dell'insonorizzazione. Non che questa idea sia inefficace, ma sicuramente il tutto è stato sopravvalutato. I contenitori per le uova sono costituiti, fondamentalmente, da due tipi di materiale: pasta pressata di cartone riciclato (cartapesta), oppure polistirene, polistirolo o polvinilbenzene in forma espansa (e sono quelli dall'aspetto plastico e variamente trasparente). I primi sono i soli che trovano uso per i nostri fini, ma l'utilizzo principale è nel miglioramento dell'acustica, dovuto soprattutto alla forma generalmente cuneiforme: i secondi creano addirittura problemi, a causa del rumore prodotto quando vibrano. Entrambi hanno sicuramente hanno anche un potere fonoassorbente, ma è limitato alla natura stessa del materiale. Non va inoltre dimenticato lo spessore ridotto della sezione, che nel tipo in cartone pressato può arrivare ad un paio di millimetri e nel tipo in materiale plastico è drasticamente più sottile, in grado di assorbire solo una modesta quantità di suono.
Per insonorizzare un locale occorre tener conto di diversi fattori che influenzano la scelta dei materiali da utilizzare, il che rende anche complesso preventivarne i costi. Si parte dai materiali da costruzione già presenti: un muro in blocchi di cemento non intonacato ha, a 1000 Hz, un coefficiente di assorbimento superiore di quasi dieci volte rispetto ad un classico tavolato in laterizio, che sale a più di trenta scendendo a 125 Hz (un basso elettrico ed una batteria sono quasi sempre al di sotto di queste frequenze): cosa usare sarà, in linea di principio, il riflesso di un attento esame della struttura del locale e del grado di isolamento che si desidera (l'efficacia è relativa alle necessità).
I materiali specializzati nell'assorbimento acustico offrono una resa eccellente (con qualche limite alle frequenze basse) in pochi centimetri di spessore, ma i costi sono spesso troppo elevati. Un buon materiale fonoassorbente deve aver la capacità di trasformare in calore il suono che lo attraversa, rilasciando una minima parte di questo così smorzato e riflettendone il meno possibile in direzione della fonte. Insonorizzare un locale significa verso l'esterno prima, e verso l'interno poi.
Per contenere la spesa, e non di poco, si può ricorrere anche a qualche stratagemma. Tralasciando i prodotti professionali, che derivano principalmente dalla trasformazione di resine e poliuretani espansi, vediamo cosa si può scegliere tra quelli più "poveri". Parlarne avrebbe però poco senso senza tener conto di dove poi li collocheremo. Per semplicità localizziamo 3 aree, in ordine di importanza: pareti, soffitto e pavimento.
Per il soffitto la soluzione migliore è, a mio avviso, il polistirolo compresso, in alternativa o in congiunzione ai materiali descritti per le pareti.
Per le pareti un tendaggio particolarmente pesante e disposto ad onda costituisce la soluzione acustica migliore, ad un prezzo accessibile: l'impatto estetico e l'ingombro sono però i suoi difetti. Il polistirolo rappresenta una valida soluzione, in rapporto al basso costo d'acquisto. In alternativa si può valutare l'idea del sughero o, in abbinamento alle due proposte, una lastra di piombo (ma il budget dovrà essere più cospicuo). I tanto blasonati "cartoni delle uova" hanno una funzione diversa: non isolano tanto l'ambiente verso l'esterno, ma contribuiscono ad eliminare i ritorni d'onda all'interno. La stessa funzione che esercita la moquette e le superfici bugnate, o generalmente irregolari.
Se il problema fosse impedire la propagazione di vibrazioni a stanze adiacenti occorrerebbe smorzarle fin dal pavimento: evitare le piastrelle e i materiali che possono risuonare, e pensare alla moquette o a superfici poliuretaniche.
La graduatoria che si riporta sotto mostra qualcosa di interessante: la capacità fonoassorbente dipende assolutamente dalla frequenza sulla quale si vuole intervenire. Riassumendo, presentano un potere fonoassorbente, in ordine decrescente:
- a 125 Hz (frequenza che rappresenta i bassi) - vetro da finestre > compensato o rivestimento in legno (10 mm) > mobilio in genere > schiuma poliuretanica > intonaco di gesso fonoassorbente (13 mm) > tendaggio pesante > polistirene (13 mm) > parquet > tendaggio leggero > linoleum > intonaco di gesso > piastrelle;
- - a 1000 Hz (medi) - schiuma poliuretanica > tendaggio pesante > mobilio in genere > intonaco di gesso fonoassorbente (13 mm) > polistirene (13 mm) > tendaggio leggero > vetro da finestre > compensato o rivestimento in legno (10 mm) > parquet > intonaco di gesso > linoleum > piastrelle;
- a 4000 Hz (alti) - schiuma poliuretanica > tendaggio pesante > mobilio in genere > intonaco di gesso fonoassorbente (13 mm) > tendaggio leggero > polistirene (13 mm) > compensato o rivestimento in legno (10 mm) > parquet > intonaco di gesso > vetro da finestre > linoleum > piastrelle.
Bibliografia
Siro Morettini
“Principi e metodi della fisica”
Petrini Editore
Bueche
“Fisica”
Principato
Disoteo- Rovetta
“in musica”
Mursia
http://www.oticon.it/SndHea/WhiSndPG.html
http://digilander.iol.it/tix53/ilsuono.html
http://www.alda-amelia.it/la_mela_e_la_luna/biblioteca/scoperte/suono/index.htm
http://www.to2000.it/scuole/ferrari/fernet/fernet_pstd/framepstd/formsuon.htm
http://www.oticon.it/SndHea/HeaInsPG.html
http://www.paciolo.com/rumore/il_suono.htm
http://www.alda-amelia.it
http://www.oticon.it/SndHea/HodwHePG.html
http://digilander.iol.it/severi1/leondesonore/suono_tema1.html
http://www.starkey.com/indexFlash.html
http://www.suonovivo.it/it/installazioni.htm
http://www.musicoterapia.it/
http://www.lunaweb.org/elisa/infanzia.htm
http://www.lunaweb.org/elisa/musicoterapia.htm
http://volftp.mondadori.com/reframe.htm?http://www.volftp.mondadori.com/i/rubriche/approfondimenti/tuffo_computer/skaudio/corpo.htm
http://www.alda-amelia.it/la_mela_e_la_luna/biblioteca/scoperte/suono/doppler.htm
http://www.alda-amelia.it/la_mela_e_la_luna/biblioteca/scoperte/suono/risonanza.htm
http://web.tiscali.it/ecoingegneria/acustico.htm
http://digilander.iol.it/albero82/scuola/inquinamento%20atmosferico/inquinamentoacustico.htm
http://www.paciolo.com/rumore/inquinamento_acustico_e_lavoro.htm
1

1

- Il suono -
Cos’è un suono.
Ogni oggetto, di qualunque materiale, dimensione e forma, se percosso o strofinato produce un suono. Ciò accade perché il diverso materiale (atomi, molecole..) che costituisce gli oggetti, se sollecitato dall’esterno, comincia a muoversi in modo particolare: vibra.
Osservando un elastico teso che vibra è facile verificare in cosa consiste la particolarità del movimento vibratorio: l’elastico si muove in senso verticale compiendo un’oscillazione tra due punti estremi, uno superiore e uno inferiore, movimenti la cui ampiezza diminuisce progressivamente fino ad annullarsi; l’elastico allora torna alla sua posizione iniziale di equilibrio.
La vibrazione dell’elastico, come di qualunque materiale, si trasmette anche all’aria circostante, che inizia a sua volta a vibrare. Ciò avviene attraverso il succedersi di due fasi: una di compressione delle molecole, sotto la spinta dell’elastico, e una di rarefazione, determinata dal ritrarsi dell’elastico. E’ tipico andamento delle onde (sonore).
Le onde sonore sono longitudinali: le molecole del mezzo in cui si propaga il suono si muovono parallelamente alla direzione di propagazione dell'onda.
Sviluppo storico
I fenomeni acustici elementari sono sempre stati oggetto di speculazione presso gli antichi ma, con l'eccezione di sporadiche intuizioni, si sapeva ben poco del suono prima del XVII secolo. Da allora in poi la conoscenza dei meccanismi e dei fenomeni riguardanti il suono crebbe molto più rapidamente di quella riguardante le proprietà della luce, più difficili da osservare e da misurare.
Gli antichi greci non si curarono molto degli aspetti scientifici del suono, anche se coltivarono grande interesse per la musica, considerandola l'applicazione più naturale dell'aritmetica pura. Il filosofo Pitagora scoprì che un'ottava rappresenta un rapporto di frequenze di due a uno, ed enunciò la legge che mette in relazione le armonie di note con i rapporti numerici; egli considerava le note musicali come dei "numeri applicati" in relazione ai "numeri puri" dell'aritmetica. Aristotele, in una breve annotazione sul suono, avanzò ipotesi corrette e accurate sul suo meccanismo di generazione e trasmissione; tuttavia, fino al 1600, mancarono studi scientifici sperimentali sull'argomento. Il primo a intraprendere uno studio rigoroso del suono fu Galileo. Nella sua opera Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze attinenti alla meccanica, egli enunciò la relazione tra altezza e frequenza, le leggi dell'armonia e della dissonanza di cui si è parlato sopra, e diede inoltre una spiegazione teorica di come la frequenza naturale di vibrazione di una corda tesa, e quindi degli strumenti a corde, dipenda dalla lunghezza, dal peso e dalla tensione della corda. Grazie a Galileo l'acustica entra finalmente nel dominio della scienza, e non è più solo una branca dell'arte musicale.
Alcuni studi sperimentali furono eseguiti nel corso del XIX secolo dal matematico francese Marin Mersenne che, misurando il tempo di ritorno dell'eco, diede una stima della velocità del suono con un errore inferiore al 10%. Mersenne si cimentò per primo anche nella determinazione della frequenza di una nota di altezza data. Egli misurò la frequenza di vibrazione di una lunga, pesante corda, il cui movimento di vibrazione era così lento da poter essere facilmente seguito a occhio nudo; poi, in base a considerazioni di carattere teorico, dedusse la frequenza di una corda corta e leggera, capace di produrre suoni udibili.
Nel 1660, lo scienziato Robert Boyle dimostrò la necessità di un mezzo, solido, liquido o gassoso, per la propagazione dei suoni. Egli sospese una campana in un contenitore chiuso in cui era stato praticato il vuoto, e mostrò che, nonostante la campana venisse sollecitata, non si avvertiva alcun suono.
La trattazione matematica della teoria del suono fu iniziata dal matematico e fisico Isaac Newton che, nella sua opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (I principi matematici della filosofia naturale, 1687) dimostrò come la propagazione del suono attraverso qualunque fluido dipendesse solo da proprietà misurabili, come elasticità e densità, e calcolò la velocità del suono nell'aria.
Nel XVIII secolo si fecero progressi soprattutto a livello teorico. Il calcolo differenziale si rivelò un nuovo potente strumento per l'indagine scientifica in molti campi. I matematici Jean-Baptiste le Rond d'Alembert, Giuseppe Luigi Lagrange, Johann Bernoulli ed Eulero si dedicarono allo studio di proprietà quali l'altezza e il timbro di suoni prodotti da particolari strumenti, nonché allo studio del meccanismo di trasmissione del suono in diversi mezzi. La completa trattazione matematica del suono, però, si fonda sull'analisi armonica, scoperta da Jean-Baptiste-Joseph Fourier nel 1822 e applicata alla teoria del suono da Georg Simon Ohm.
I battimenti, variazioni periodiche dell'ampiezza del suono, conseguenza del suo carattere ondulatorio, furono scoperti intorno al 1740 dal violinista italiano Giuseppe Tartini e dall'organista tedesco Georg Sorge.
Il XIX secolo fu un periodo di conquiste e progressi; alla prima misura accurata della velocità di propagazione del suono in acqua, effettuata nel 1826 dal matematico francese Jacques Sturm, seguirono numerosi esperimenti, eseguiti mediante strumenti come lo stetoscopio e la sirena, che portarono alla determinazione della legge fondamentale secondo cui la velocità di propagazione del suono dipende dalla densità e dall'elasticità del mezzo, ma non dalla frequenza dell'onda.
Gran parte dell'attenzione fu poi dedicata alla ricerca di un criterio di standardizzazione delle altezze; nel 1859, il governo francese stabilì che il la che segue il do centrale nella tastiera del pianoforte corrispondesse alla frequenza di 435 Hz, standard accettato in molte parti del mondo fino al XX secolo.
Durante il XIX secolo furono inoltre inventati apparecchi come il telefono, il microfono, e diversi tipi di registratore, ma solo nel XX secolo i fisici poterono disporre di strumenti che resero lo studio quantitativo del suono semplice e accurato. Mediante oscillatori elettronici si potevano produrre elettronicamente onde di qualunque tipo, che potevano poi essere convertite in suoni per via elettromagnetica o piezoelettrica. Al contrario, era possibile, per mezzo di un microfono, convertire i suoni in correnti elettriche che poi potevano essere amplificate elettronicamente e analizzate da un oscilloscopio a raggi catodici. La tecnologia moderna permette la registrazione e la riproduzione del suono ad alta fedeltà.
Necessità militari portarono nella prima guerra mondiale all'uso del sonar per l'individuazione di sommergibili; questo strumento ora viene impiegato per studi sulle correnti oceaniche e per l'esplorazione dei fondali marini. Onde sonore ad altissima frequenza sono ampiamente usate anche in applicazioni mediche e tecniche.
Il suono deve avere un mezzo di trasmissione (acqua, aria ….). Nel vuoto assoluto (come nello spazio interplanetario) non si sente nessun suono.
Il suono può venire suddiviso grossolanamente in suoni semplici (p.es. ad onda sinusoidale o toni puri), e suoni complessi (p.es. la voce o il rumore). Qualunque suono semplice, ad esempio una nota musicale, è descritto da altezza, intensità e timbro; queste caratteristiche percettive corrispondono a grandezze fisiche proprie dell'onda associata, quali, rispettivamente, frequenza fondamentale, ampiezza e spettro. Il rumore invece è un suono complesso, dato dalla sovrapposizione casuale di frequenze diverse, non armonicamente correlate, e non può essere descritto da questi parametri. Si può anche dire che un suono non è un rumore, ma un rumore è un suono: se suono il flauto ottengo dei suoni; se il flauto mi cade per terra...fa rumore! Allora, in generale, posso dire che un suono è piacevole, voluto e generato da me ( o da qualcuno o da qualcosa che suona), mentre il rumore non è piacevole ed è casuale. Ma per il resto sono uguali: sia il suono che il rumore sono costituiti da onde generate da qualcosa che ha vibrato.

Caratteristiche del suono
Intensità
La distanza a cui un suono può essere percepito dipende dalla sua intensità (volume), definita come il flusso medio di energia che, nell'unità di tempo, attraversa una superficie di area unitaria disposta perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Nel caso di onde sferiche generate da una sorgente puntiforme, l'intensità varia in modo inversamente proporzionale alla distanza, purché siano trascurabili gli effetti della viscosità e le variazioni di temperatura, pressione o umidità del mezzo di propagazione; nel caso di propagazione delle onde sonore nell'atmosfera tali effetti non sono marginali, producono dispersione e smorzamento delle onde, e la legge vale solo approssimativamente. L’intensità del suono si riferisce all’ampiezza del suono e si misura in decibel (dB) specificabili in dB SPL (decibel di livello di pressione sonora) o dB IL (decibel di livello di intensità) Quanto maggiore è l’ampiezza, tanto maggiore è il numero di dB SPL, e tanto più forte è il suono (come ad esempio il rombo del motore di un jet in confronto al suono di un lieve respiro). Alla soglia di udibilità è attribuito il valore 0 dB; l’intensità di un mormorio risulta di circa 10 dB e il fruscio del vento tra le foglie si aggira intorno ai 20 dB. La scala delle intensità dei suoni è logaritmica, perciò ogni incremento di 10 dB corrisponde a un aumento in intensità di un fattore 10: il fruscio delle foglie infatti è 10 volte più intenso dei mormorii.
Un giovane adulto in buona salute ha una maggiore sensibilità per i suoni con frequenze nel campo da 500 a 8000 Hz, che coincide col range di frequenze della voce umana. Il suono più debole (soglia dell’udito) che un orecchio umano normale è in grado di percepire si trova intorno a 0 dB SPL. Il suono più forte (livello di fastidio) che un essere umano è in grado di tollerare è di 120-140 dB SPL.
Nella figura a fianco è possibile confrontare un suono debole con un suono forte della medesima frequenza. Si noti come il suono forte (con una grande ampiezza) raggiunga livelli di pressione sonora (SPL) molto più alti rispetto al suono debole (con una piccola ampiezza). Per valori estremamente elevati di SPL, la pressione può essere così alta da provocare un danno all’orecchio, proprio come se venisse colpito da un qualunque oggetto.
Frequenza
La Frequenza (altezza) del suono è il numero di cicli al secondo dell’onda sonora. (E’ proporzionale all’altezza del suono) .Viene misurata in Hertz (Hz). Essa aumenta con il numero di cicli al secondo. I suoni in alta frequenza, come la sirena della polizia, hanno una frequenza di migliaia di cicli al secondo. I suoni in bassa frequenza, come quello di un tuono lontano o di un basso tuba, hanno una frequenza di pochi cicli al secondo.
La figura qui a destra mostra l’andamento del livello della pressione sonora di un suono in bassa frequenza in confronto ad un suono in alta frequenza della medesima ampiezza (intensità). Si noti come il suono in bassa frequenza raggiunge il suo massimo una volta nello stesso periodo di tempo in cui il suono in alta frequenza raggiunge il suo massimo per otto volte. Pertanto, se il suono in bassa frequenza rappresentasse 1 kHz, il suono in alta frequenza rappresenterebbe 8 kHz .
Esistono diversi metodi per produrre un suono di determinata frequenza. Ad esempio, è possibile generare un suono di 440 hertz azionando un altoparlante con un oscillatore posizionato su questa frequenza, oppure utilizzando una comune sirena, un dispositivo costituito essenzialmente da un soffio d'aria davanti al quale si posiziona una ruota dentata a 44 denti, in rotazione a 10 giri al secondo. I due suoni hanno timbro diverso, e per questo motivo sono percepiti come differenti, pur avendo la stessa frequenza. Tale frequenza di riferimento pari a 440 Hz corrisponde al diapason, il la al di sopra del do centrale nel pianoforte: di qui è facile risalire a quale frequenza corrisponde una determinata nota del pianoforte. Un'ottava è per definizione l'intervallo che separa due note qualsiasi, le cui frequenze siano una il doppio dell'altra. Prendendo dunque come riferimento il diapason del pianoforte, il la situato un'ottava più in alto corrisponde alla frequenza di 880 Hz. Similmente, i la situati una e due ottave più in basso hanno rispettivamente frequenze di 220 e 110 Hz. A ciascun intervallo fra due note corrisponde un rapporto di frequenze: ad esempio, una quinta rappresenta l'intervallo fra due note che hanno un rapporto di frequenze di 3/2; oppure a una terza maggiore corrisponde il rapporto di frequenze 5/4.
Una legge fondamentale dell'armonia afferma che due note emesse contemporaneamente producono un suono eufonico, ovvero armonioso all'orecchio, se le loro frequenze distano di un'armonica; per estensione, un accordo di più note sarà eufonico se le frequenze delle note stanno in rapporti di piccoli numeri interi. In caso contrario si produrrà una dissonanza.
La frequenza delle onde sonore è direttamente proporzionale all'altezza del suono. Suoni generati da onde di uguale ampiezza, ossia con la medesima intensità (indicata anche come volume) e con frequenze che siano in rapporto di 2 a 1, producono le stesse note a ottave diverse. Il range di udibilità dell'orecchio umano è compreso tra i 20 e i 20.000 Hz. Ciò significa che, pur esistendo onde sonore che si propagano a frequenze più basse (infrasuoni) o più alte (ultrasuoni), noi non possiamo percepirle.
Sensibilità ai toni
Come si è detto, l'orecchio umano è sensibile a suoni di frequenza compresa tra i 15 (circa) e 20.000 Hz; in particolare, nell'intervallo di frequenze comprese fra il diapason e il la posto quattro ottave più in alto (approssimativamente tra 400 Hz e 3500 Hz ) è possibile percepire suoni molto deboli. L'udito delle persone anziane è normalmente meno acuto, specie verso le frequenze più alte.
Il grado a cui un orecchio sensibile può distinguere due note pure, poco diverse in frequenza o altezza, dipende dalla frequenza stessa e dall'intensità del suono. Per suoni di moderata intensità, nella gamma di frequenze in cui l'orecchio è più sensibile (tra i 1000 e i 2000 Hz) si può percepire una differenza di ampiezza del 20% (1 decibel, dB), e una differenza di frequenza di circa lo 0,3% (circa un ventesimo di una nota). In questa stessa gamma, la differenza tra il suono più debole percepibile e quello più forte che possa essere avvertito senza provocare sensazione di dolore è pari a circa 120 dB (corrispondente a una differenza d'ampiezza di mille miliardi di volte).
Anche per i toni puri prodotti da un oscillatore elettronico, come quelli cui si riferiscono i dati di sensibilità riportati, il funzionamento dell'orecchio presenta qualche imperfezione. Note di frequenza identica ma di intensità molto diversa possono infatti sembrare di altezza leggermente differente; inoltre, mentre ad alte intensità l'orecchio ha la stessa sensibilità alla maggior parte delle frequenze, a basse intensità è molto più sensibile alle frequenze medie. Di conseguenza, uno strumento di riproduzione dei suoni perfettamente funzionante può sembrare difettoso nella riproduzione a basso volume sia delle note più acute sia di quelle più basse.
Tre esempi di suoni
Nel linguaggio parlato, nella musica e nel rumore è raro percepire toni puri. Una nota musicale contiene, oltre alla frequenza fondamentale, anche le armoniche successive; il parlato comprende un gran numero di suoni complessi, alcuni dei quali (ma non tutti) in relazione armonica tra loro; il rumore poi è costituito da una mescolanza di frequenze anche molto diverse (intuitivamente è paragonabile alla luce bianca, che è la combinazione di tutti i colori). Rumori diversi si distinguono per il diverso contributo delle frequenze componenti.
Quando una nota musicale contenente solo alcune delle armoniche del tono fondamentale raggiunge l'orecchio umano, quest'ultimo produce le armoniche mancanti attraverso una serie di battimenti, somma o differenza delle frequenze ricevute. Nella percezione dei suoni ordinari si manifesta il fenomeno, detto mascheramento, che consiste nell'incapacità di distinguere note di alta frequenza su un fondo di suoni di bassa frequenza e di intensità considerevole.
In generale, vengono riprodotti in modo soddisfacente i suoni del parlato e i brani musicali su una gamma di frequenze tra i 250 e i 3000 Hz, che corrisponde a quella utilizzata dai telefoni ordinari. Pochi sono i suoni del parlato, ad esempio il th anglosassone, che vibrano a frequenze più alte. Solo le frequenze comprese tra i 100 e i 10.000 Hz mantengono la naturalezza originale nelle riproduzioni.
Campo di udibilità degli animali
Diversi animali sono sensibili a frequenze sonore escluse dal campo di udibilità dell'orecchio umano. Ad esempio, i delfini e le balene comunicano per mezzo di segnali di frequenza minore della nostra soglia di udibilità e anche i pipistrelli sono in grado di produrre e percepire ultrasuoni per noi inaccessibili.
Spettro di frequenza
Timbro
Spesso, quando nel campo della fisica acustica si parla di suono, si fa riferimento allo spettro del suono. I suoni in natura non sono caratterizzati da una singola frequenza con una sola ampiezza, ma da molte frequenze, ciascuna con un’ampiezza diversa. Questo tipo di suono complesso viene detto timbro. È ciò che rende diverso il suono di un trombone da quello di un clarinetto, anche quando suonano esattamente la stessa nota.
Questa è una forma d’onda semplice caratterizzata da una frequenza singola con una sola ampiezza. È il suono che può capitare di sentire se si percuote un diapason o si accende un accordatore per chitarra elettrica. Questo suono è chiamato anche tono puro.
Questo è lo spettro di frequenza della forma d’onda del tono puro mostrato sopra. Nella figura si vede il livello della pressione sonora (SPL) di ciascun componente in frequenza del tono puro. Come si può notare, questo spettro è caratterizzato da una singola frequenza con un livello costante.
In questa figura è mostrata una forma d’onda complessa, come quella generata dalla voce umana. Si noti che è difficile riconoscere l’origine del segnale perché l’ampiezza varia costantemente nel tempo.
Lo spettro di frequenza di una forma d’onda complessa è caratterizzato da molte componenti in frequenza, ciascuna con una diversa ampiezza. Questo potrebbe essere lo spettro del suono generato da una persona che canta una nota singola. Analizzando il suono in questo modo, siamo in grado di stabilire qual’é il modo migliore per aiutare le persone con problemi di udito, amplificando le frequenze che sono loro utili per capire meglio le parole.
Il timbro è quindi la caratteristica del suono che permette all'orecchio di distinguere la natura della sorgente emettitrice, a prescindere dalla frequenza e dall'intensità. Ciò che lo determina sono le componenti addizionali dell'onda che vibrano a frequenze multiple della frequenza principale. L'orecchio è in grado di distinguere facilmente la medesima nota prodotta da un diapason, da un violino o da un pianoforte.
Una stessa nota, ad esempio il la nella scala diatonica del do maggiore, suonata con la stessa intensità da un pianoforte, un violino e un diapason, produce una sensazione uditiva diversa perché, pur avendo frequenza identica, ha nei tre casi timbro diverso. Mentre il la emesso dal diapason ha, con buona approssimazione, frequenza esattamente di 440 Hz, quello prodotto dal violino o dal pianoforte ha come componente di frequenza dominante quella fondamentale (di 440 Hz), ma contiene suoni di frequenze multiple: 880, 1320, 1760 Hz. L'intensità relativa di queste altre componenti, dette armoniche, determina il timbro della nota.
Onde caratteristiche
Ogni strumento musicale produce una vibrazione caratteristica che si propaga nell'aria e nei mezzi materiali sotto forma di onda sonora. Le proprietà di quest'ultima definiscono il timbro di un suono. Così il diapason produce un suono puro, con un'onda perfettamente sinusoidale, mentre il violino genera suoni intensi con brusche oscillazioni e il flauto suoni caldi e schietti, con vibrazioni relativamente morbide. Un gong invece non produce vibrazioni regolari, ma casuali e spigolose, con timbro pressoché irriconoscibile
Ampiezza
L'ampiezza dell'onda sonora è la proprietà fisica che determina il volume del suono. Essa rappresenta lo spostamento massimo delle molecole d'aria che oscillano intorno alla posizione di equilibrio al passaggio della perturbazione acustica. All'aumentare di questo spostamento aumenta la forza con cui le molecole colpiscono la membrana timpanica e, quindi, l'intensità del suono che percepiamo. Le tre onde qui sopra rappresentate sono caratterizzate dalla stessa frequenza: producono il suono della stessa nota, ma a volume diverso.
Velocità di propagazione
E’ la velocità con cui il suono si propaga nel mezzo attraversato e dipende dalla densità dello stesso e dal modulo di compressione ( K = Costante ) ; il modulo di compressione può descrivere, a livello macroscopico ,la forza di legame tra le molecole di un materiale.
L’unità di misura di " K " si ricava dalla formula :
L V = P
V K
Dove il primo membro non ha dimensioni, essendo il rapporto di volumi ,e così deve succedere per il secondo.
Allora " K " ha la stessa unità della pressione, che nel S.I. è N / m2
La velocità di propagazione del suono dipende dalla radice quadrata del rapporto fra K e la densità del mezzo.
Nella tabella sono riportati i valori di "v" per alcune sostanze.
Il dominio del tempo
I suoni variano anche nel tempo (dominio temporale). Per esempio, si confronti il suono impulsivo di uno sparo (in figura) col suono prolungato del lamento di un neonato (che somiglia al tono puro mostrato nella figura all'inizio di pagina 6). Gli effetti nel dominio del tempo vengono misurati in millisecondi (ms).
La durata si riferisce a “quanto tempo” dura un suono, rispetto ad una unità di misura. Perciò possiamo dire che esistono suoni lunghi e suoni brevi.
Battimenti
Se due suoni di eguale frequenza si sovrappongono in condizioni particolari, in alcuni punti dello spazio si osserva una diminuzione dell'intensità sonora, o addirittura la completa estensione del suono, mentre in altri si osserva un aumento rispetto a quella che si osserverebbe se l'intensità dei due suoni venissero semplicemente sommate. E' questo il fenomeno della interferenza acustica.
Se in un punto si sovrappongono due suoni che abbiano eguale frequenza e mantengano una relazione di fase costante, si ha in esso un rinforzo dell'intensità del suono o (praticamente) il silenzio, secondo che le due vibrazioni sono in concordanza oppure in opposizione di fase.
Se, invece, i due suoni sono di frequenza leggermente diversa, esse interferiscono ancora, ma, in ogni dato punto dello spazio circostante, non sia più un suono di intensità costante (o il silenzio); si ha, invece, una variazione periodica dell'intensità del suono: un ascoltatore fermo sente un rapido succedersi di impulsi sonori, alternati a istanti di silenzio. E' questo il fenomeno dei battimenti, il quale è generato dalla sovrapposizione di due moti vibratori, le cui frequenze differiscono poco l'una dell'altra.
Si possono ottenere battimenti, per esempio, facendo vibrare l'uno accanto all'altro due diapason eguali, dopo aver applicato a uno dei rebbi di uno di essi un pezzetto di cera, alterando così leggermente il suo periodo di vibrazione e, quindi, la frequenza del suono che esso emette. Supponiamo, per esempio, che le frequenze dei due diapason siano rispettivamente di 18 e di 20 hertz (numero di vibrazioni al secondo), e che, a un certo istante, giungano all'orecchio dell'ascoltatore due onde di compressione provenienti dai due diapason: egli ode un suono intenso. Dopo un quarto di secondo, il primo diapason ha eseguito 4 vibrazioni e mezzo mentre l'altro ne ha eseguite 5; le due onde sonore giungono all'ascoltatore in opposizione di fase e, quindi, c'è per lui un attimo di silenzio. Dopo mezzo secondo, il primo diapason ha eseguito 9 vibrazioni e l'altro 10; poiché le onde giungono di nuovo in fase, l'intensità del suono è di nuovo massima; e così di seguito. In definitiva, per l'ascoltatore fermo, l'intensità del suono aumenta e diminuisce continuamente: egli sente un succedersi di battimenti. Nel caso prima considerato si hanno 2 battimenti al secondo, dato che la differenza tra le frequenze dei due suoni é di 2 Hz. In generale, il numero dei battimenti al secondo é pari alla differenza tra le frequenze (in Hz) dei due suoni. Quando i battimenti non sono più di 4 al secondo, il suono non riesce sgradevole all'orecchio. Anzi, in alcuni casi, essi sono provocati deliberatamente; nei registri «vox celestis» e «unda maris» dell'organo, le frequenze dei suoni di due canne, per ciascuna nota, sono regolate in modo da dare 2 o 3 battimenti al secondo; si ottiene così una gradevole espressione, vivace e movimentata. Quando i battimenti sono 5 al secondo, il risultato é acusticamente sgradevole; e questa sensazione va peggiorando finché, con 23 battimenti al secondo, l'effetto é estremamente sgradevole: si ode un rapido succedersi di suoni aspri e irritanti. Con un numero di battimenti maggiore, l'impressione spiacevole va diminuendo. Si pensa che la sensazione sgradevole, che si prova quando si hanno più di 4 battimenti al secondo, sia dovuta a due cause: alla irritazione mentale che si prova nel volere istintivamente seguire un succedersi di brusche variazioni e alla irritazione fisica prodotta da una serie di stimoli che si alternano rapidamente.
Principali fenomeni relativi alla propagazione di onde sonore
Riflessione
Quando un’onda sonora che i propaga in un certo mezzo incontra la superficie di un mezzo diverso, essa può essere trasmessa, ossia entrare nel secondo mezzo e continuare a propagarsi in esso anche se con velocità, lunghezza d’onda e direzione di propagazione diverse, oppure può essere assorbita, ossia penetrare nel secondo mezzo ma non propagarsi in esso, e infine ancora può essere riflessa, ossia tornare indietro nel mezzo di provenienza. Di solito questi tre fenomeni sono presenti insieme, ma spesso avviene che uno dei tre prevalga nettamente rispetto agli altri due che possono quindi essere considerati trascurabili. Per le onde sonore di frequenza compresa nel campo di udibilità prevale ad esempio l’assorbimento quando essi investono materiali fonoassorbenti. Questi sono in genere materiali porosi (come il sughero o la gommapiuma) che non sono in grado di esercitare la forza di richiamo necessaria per trasmettere le onde sonore e che per tale motivo sono molto usati per isolare acusticamente gli ambienti. Il fenomeno della riflessione prevale invece per le onde sonore che, provenendo dall’aria, investono una parete solida e liscia, per esempio un muro di una roccia.
Leggi della riflessione
-1) L’angolo di incidenza(i) e l’angolo di riflessione (r)sono uguali
-2) L’angolo di incidenza(i) e l’angolo di riflessione (r )sono complanari
Alla riflessione delle onde sonore è dovuto il fenomeno dell’ECO, che tutti conosciamo.
Per capire in quali condizioni si sente l’eco, occorre tenere presente che, perché l’orecchio umano riesca a percepire come distinti due suoni, essi devono giungergli separati da un intervallo di tempo di almeno 1\10 di secondo. Perché si verifichi il fenomeno dell’eco occorre quindi che il tempo che il suono impiega per percorrere due volte (una avanti e una indietro) la distanza tra la sorgente sonora e la parete riflettente sia almeno 1\10 di secondo. Indicando con d la distanza tra la sorgente e la parete riflettente, con v la velocità del suono e con t il tempo impiegato dal suono per percorrere due volte la distanza d, si ha:
2d=vt
Poiché, come sappiamo, la velocità del suono nell’aria è di circa 340 m\s, sostituendo questo valore nella relazione precedente troviamo che in un tempo di 1\10 di secondo il suono percorre uno spazio
2d = (340 m\s) . (1\10 s)= 34 m
Perché si possa udire l’eco la distanza tra la sorgente e la parete riflettente deve pertanto essere di almeno 17 m. Se la distanza è minore di 17 m, nell’orecchio il suono riflesso si sovrappone parzialmente al suono emesso: non si odono più due suoni distinti, ma vi è soltanto un RIMBOMBO, ossia una sovrapposizione dei suoni emessi con quelli riflessi, che può diventare anche molto fastidiosa quando le distanze tra sorgenti e pareti riflettenti sono prossime a 17 m.
Se le pareti contro cui il suono si riflette sono più di una, si può produrre un’ECO MULTIPLA: ne è un esempio, a tutti noto, il tuono, che è provocato dalla riflessione multipla sulle nubi situate a diverse altezze e sul terreno dal rumore prodotto dal fulmine.
Il fenomeno dell’eco ha importanti applicazioni pratiche, soprattutto nel sondaggio acustico: una tecnica per misurare le distanze molto usata per determinare le profondità dei fondali marini o per stabilire la posizione di oggetti a grande profondità (relitti, sottomarini ,banchi di pesci ecc.) o per localizzare eventuali ostacoli alla navigazione (altre navi, rocce, icebergs ecc.) di notte o in caso di nebbia, o ancora per studiare certe caratteristiche del terreno che consentono di individuare la posizione di falde petrolifere o di giacimenti di minerali, ecc. Per il sondaggio acustico nell’acqua si usano i sonar, ossia apparecchi capaci di emettere brevi impulsi di ultrasuoni e di inviarli con una determinata direzione. Quando incontra un ostacolo (ad esempio il fondale marino) l’impulso ultrasuono si riflette su di esso. Un apparecchio ricevente capta l’onda riflessa. Misurando il tempo impiegato complessivamente dagli ultrasuoni per andare e tornare si può calcolare, nota la velocità degli ultrasuoni nel mezzo in cui essi si stanno propagando, a quale distanza si trova il corpo che li ha riflessi.
Del sondaggio acustiche si servono anche i pipistrelli per evitare gli ostacoli e localizzare le prede anche nella più completa oscurità.
Diffrazione
L’esperienza quotidiana ci insegna che è possibile udire facilmente il suono emesso da una sorgente, anche se esiste un ostacolo interposto tra essi ed il nostro orecchio. A causa della diffrazione non si hanno cioè fenomeni di “ombra” ossia di silenzio, a meno che l’ostacolo non sia molto più grande della lunghezza d’onda media di un suono, che nell’aria può variare da qualche centimetro a qualche metro.
Effetto Doppler e onde d’urto
Onde sonore emesse da una sorgente in movimento hanno lunghezza d’onda e frequenza variabile a seconda della direzione del moto della sorgente rispetto alla direzione del moto dell’onda. Le onde che si muovono nella stessa direzione della sorgente hanno la frequenza più alta e la lunghezza d’onda più piccola, mentre le onde che si muovono in direzione opposta hanno la frequenza più bassa e la lunghezza d’onda più grande. Questo fenomeno è noto come effetto Doppler. Il suono della sirena di un'auto della polizia sembra cambiare di altezza in rapporto alla distanza. Quando la sirena si avvicina, le onde acustiche ci raggiungono più rapidamente e il suono si fa più acuto. Quando la vettura si allontana, le onde ci raggiungono più lentamente e l'altezza del suono diminuisce, anche se la sirena produce sempre suoni della stessa frequenza.
Se la sorgente si muove con velocità eguale o maggiore rispetto a quella del suono, l’energia sonora si accumula in una regione molto piccola; questa concentrazione di energia è detta onda d’urto.
Interferenza
Il fenomeno consiste nell’effetto prodotto dalla sovrapposizione di due o più onde che si propagano simultaneamente nello stesso mezzo, per cui lo spostamento in un dato punto e in un certo istante e’ pari alla somma vettoriale degli spostamenti prodotti dalle onde componenti in quel punto e in quell’istante.
Si ha interferenza costruttiva quando gli spostamenti hanno lo stesso verso e si ottiene un’onda di ampiezza maggiore di quelle dovute separatamente a ciascuna onda , viceversa si ha interferenza distruttiva quando gli spostamenti hanno verso opposto e si ottiene un’onda di ampiezza minore di quelle delle onde componenti.
Risonanza
E’ facile constatare sperimentalmente che, se si fa vibrare un qualsiasi corpo (come un diapason o una corda di violino), si viene a provocare l’eccitazione per risonanza di un altro corpo identico, cioè avente uguale frequenza naturale di vibrazione, posto nelle vicinanze: infatti, arrestando con la mano la vibrazione del primo, si sente distintamente il suono emesso dal secondo.
Gli ultrasuoni
Gli ultrasuoni sono prodotti da vibrazioni analoghe a quelle che danno origine ai normali suoni, ma aventi frequenze superiori al limite massimo di udibilità, cioè a circa 16000 hertz; a partire da tale valore gli ultrasuoni coprono una gamma di frequenze che si estende fino a circa 5*108 hertz. Pertanto i limiti approssimativi delle corrispondenti lunghezze d'onda in aria normale sono rispettivamente di 1,6 cm e 0,6*10-4 cm. A causa dell'elevata frequenza e perciò della piccola lunghezza d'onda, le onde elastiche generate dalle vibrazioni ultrasonore presentano poco accentuati i fenomeni della diffrazione. Gli ultrasuoni presentano naturalmente anche i fenomeni di riflessione e rifrazione; cosi un fascio di onde ultrasonore, giungendo alla superficie di separazione di due mezzi, viene in parte riflesso e in parte rifratto.
Gli ultrasuoni vengono prodotti con facilità: possono accompagnare suoni molto acuti prodotti da sirene e dal fischio di Galton, generatore che funziona come un tubo sonoro di piccolissima lunghezza con imboccatura a labbro; anche i suoni fondamentali emessi da strumenti musicali sono spesso accompagnati da vibrazioni di frequenze ultrasonore.
Svariati sono gli effetti degli ultrasuoni. Di essi, particolarmente noti sono l'aumento di temperatura che producono nei corpi che attraversano e la liberazione di bolle di gas disciolte in un liquido. Notevole è anche la capacità disperdente degli ultrasuoni i quali possono produrre emulsioni finissime di liquidi non miscibili, come per esempio olio ed acqua; questa proprietà è utilizzata nella preparazione di particolari emulsioni fotografiche. Gli ultrasuoni possono presentare anche azione ossidante; hanno la proprietà di attivare certe reazioni chimiche, di rendere stabili soluzioni colloidali; possono creare nubi di vapore alla superficie di un liquido. La varietà e l'entità delle azioni esercitate dagli ultrasuoni nei liquidi danno ragione degli effetti che possono subire, da parte degli ultrasuoni, organismi animali e vegetali - notevole quello riscontrato sui globuli rossi del sangue - ed anche su organismi più evoluti e complessi dei semplici batteri e bacilli, come per esempio piccoli pesci, rane ecc., e su alghe. Da parte degli ultrasuoni possono venire operati nelle cellule il rimescolamento del protoplasma ed anche la rottura della membrana. Le azioni su tessuti ed organismi complessi esigono che sia in gioco una rilevante intensità. Largo impiego viene fatto degli ultrasuoni nella ricerca dei difetti che hanno origine nella fusione dei materiali metallici e per i quali viene a mancare la compattezza della massa, la quale può pertanto presentare internamente cavità, fenditure e discontinuità che gli ultrasuoni giungono a individuare.
La barriera del suono
Il primo serio problema incontrato dagli studiosi di aerodinamica è noto come barriera o muro del suono, e consiste in un fenomeno che si manifesta quando la velocità dell'aereo è prossima a quella del suono nell'aria (approssimativamente 1220 km/h al livello del mare), chiamata in termini tecnici Mach 1. Un aereo in procinto di rompere la barriera del suono si trova sul punto di raggiungere le onde di pressione generate dal suo stesso moto in avanti. La conseguente distorsione del flusso dell'aria a Mach 1 provoca la formazione di un'onda d'urto, nota come urto di compressibilità, che aumenta considerevolmente la resistenza aerodinamica del mezzo. Se l'aereo non è stato progettato in modo adeguato per resistere a questa brutale variazione nella natura del flusso d'aria, il controllo del mezzo sarà seriamente, se non addirittura disastrosamente, ridotto.
Come sentiamo?
L’orecchio
L'udito di un essere umano normoudente è in grado di rilevare, identificare, e cogliere le differenze esistenti fra i suoni. Le relazioni fra frequenza, intensità e durata sono molto complesse. Mediamente, un ascoltatore è in grado di discernere differenze fino a 1 Hz in frequenza, 0.5 dB in intensità, e 2-3 msec in intervallo di tempo, grazie al sofisticato meccanismo di funzionamento del sistema uditivo. La complessa fisiologia dell'apparato uditivo è ottimizzata per sentire i più comuni ed importanti suoni - i suoni ambientali e la voce.

Negli anni recenti, è cambiato il modo di vedere tradizionale dell'anatomia e fisiologia dell'orecchio. Quella che si vede qui di seguito è una versione semplificata di quello che viene oggi considerato il meccanismo grazie al quale sentiamo i suoni.

L'Orecchio Esterno
Nell'orecchio esterno, le onde sonore vengono raccolte dal padiglione auricolare, inviate attraverso il canale auricolare esterno alla membrana timpanica ed all'orecchio medio. Le caratteristiche proprie dell'orecchio esterno, insieme agli effetti dovuti alla conformazione del capo e del corpo, forniscono al segnale in ingresso un'amplificazione di 17 dB a 2700 Hz circa.

L'Orecchio Medio
L'orecchio medio trasmette il suono dalla membrana timpanica (31) alla finestra ovale (50) della chiocciola tramite l'azione meccanica di tre ossicini (52). Il suono viene ulteriormente amplificato nell'orecchio medio di 25 dB a 800-1000 Hz circa. In questo modo l'orecchio medio funziona da adattatore di impedenza fra la cavità piena d'aria dell'orecchio medio e quella piena di fluido dell'orecchio interno. Se non vi fosse l'azione dell'orecchio medio, il 99.9% del suono verrebbe riflesso e solo lo 0.1% verrebbe trasmesso attraverso la finestra ovale all'orecchio interno.
L'Orecchio Interno
Nell'orecchio interno, la membrana della finestra ovale (50) viene posta in vibrazione, generando un'onda di pressione (onda viaggiante) che si propaga nel fluido che riempie la chiocciola (13*). Al capo opposto della chiocciola, la finestra rotonda (51) serve da valvola di sfogo per l'onda di pressione.

L'onda viaggiante pone in movimento la membrana basilare e l'organo del Corti (13') con le sue cellule ciliate. La direzione dell'onda di pressione va dalla base (alte frequenze) all'apice (basse frequenze) della spirale della chiocciola. I picchi dell'onda sulla membrana basilare si verificano nei punti che corrispondono alla frequenza del segnale in ingresso. Le Cellule Ciliate Esterne (OHC), che vengono attivate dai suoni più deboli, amplificano il moto dell'onda di pressione, ponendo, a loro volta, le Cellule Ciliate Interne (IHC) in movimento.
Nelle figure sopra riportate, la chiocciola è rappresentata rettilinea a scopo illustrativo)
A causa della direzione dell'onda viaggiante (dalle alte alle basse frequenze) ed al numero crescente delle fibre nervose che vengono attivate, i suoni intensi in bassa frequenza tendono a influenzare o mascherare i suoni in alta frequenza, con un effetto chiamato appunto "mascheramento". Questo fenomeno ha delle conseguenze sulla comprensione della voce in un ambiente con rumore di fondo in bassa frequenza, in quanto i suoni in bassa frequenza rendono difficile cogliere i suoni più deboli e più importanti alle alte frequenze, necessari per la intelligibilità della voce.

Il suono viene trasmesso per mezzo di impulsi elettrochimici generati dalle cellule ciliate interne ed inviato, tramite le fibre nervose afferenti ad esse collegate, attraverso il tronco encefalico, alla corteccia cerebrale.
Il Percorso fino al Cervello
I vari nuclei posti nel percorso fino alla corteccia uditiva sono responsabili dell'elaborazione delle informazioni contenute nei suoni.
Sono loro che:
• Migliorano il rapporto segnale/rumore diminuendo il rumore di fondo e focalizzando l'attenzione su certi suoni (per esempio, nel caso di voce in presenza di rumore)
• Permettono la localizzazione dei suoni (identificazione della direzione e della distanza da cui provengono i suoni)
• Provvedono all'elaborazione acustica sia dei suoni semplici (toni puri) che dei suoni complessi (voce)
Il suono è organizzato tonotopicamente (la frequenza viene preservata in base alla sua corrispondenza sulla membrana basilare, e nelle fibre nervose) nell'intero sistema nervoso uditivo. L'intensità è data dal numero di fibre nervose che vengono attivate e dal numero degli impulsi trasmessi.
La ricerca nel campo della fisiologia uditiva è molto attiva. Studi recenti condotti sui ratti hanno dimostrato che è possibile ripristinare le aree uditive danneggiate nella parte inferiore del tronco encefalico. Oltre a ciò, è noto che le cellule ciliate degli organi vestibolari degli uccelli sono in grado di rigenerarsi!
Meccanismi di Retroazione
Il sistema uditivo fa uso di diversi percorsi di retroazione che aiutano l'orecchio ad adattarsi alle differenti condizioni di ascolto.
Il Sistema Efferente consente al cervello di controllare la sensibilità delle orecchie ritrasmettendo i segnali attraverso le Fibre Nervose Efferenti (EFF). Le EFF controllano le cellule ciliate esterne della chiocciola in modo da ostacolare o agevolare le vibrazioni nel raggiungere le cellule ciliate interne. Ciò protegge l'orecchio negli ambienti rumorosi e gli consente di avere una maggiore sensibilità negli ambienti quieti. Inoltre, aiuta chi ascolta ad estrarre il segnale utile da un rumore di fondo.
Il riflesso acustico è controllato dal tronco encefalico inferiore per ridurre l'intensità del suono in determinate circostanze. Ad esempio, esso protegge dai forti suoni generati quando si mastica il cibo.
Negli ultimi dieci anni, si è giunti alla scoperta che l'orecchio non solo elabora i suoni, ma ha anche la capacità di produrre dei suoni (mostrata nel diagramma dalle frecce nere rivolte all'indietro). Questi suoni (chiamati emissioni otoacustiche) possono venire misurati, e, a volte, sono udibili, il che si pensa sia indice di un udito particolarmente buono. L'assenza di certi tipi di emissioni otoacoustiche può invece indicare la presenza di una perdita uditiva.
Acuità uditiva e apparecchi acustici
Ricapitolando:
L’orecchio esterno riceve i suoni tramite il padiglione auricolare (a) e il condotto uditivo (b).
I suoni raggiungono poi il timpano (c) e lo fanno vibrare.
Nell’orecchio medio si trovano tre ossicini, martello (d), incudine (e),
staffa (f), che raccolgono queste vibrazioni e la trasmettono all’orecchio interno.
Qui si trova la coclea (g), dalla struttura a spirale, la quale permette la trasformazione delle vibrazioni sonore in impulsi elettrici, successivamente inviati al cervello per mezzo del nervo acustico (h).
Un orecchio normale riesce a percepire una vasta gamma di suoni: frequenze sotto i 125 fino ad oltre 10.000 Hz e intensità da 0 a 140 dB.
I livelli di acuità uditiva sono:
UDITO NORMALE: soglia uditiva inferiore ai 20 dB
PERDITA UDITIVA LIEVE: soglia compresa tra i 20 e i 40 dB
PERDITA UDITIVA MEDIA E MEDIO-GRAVE: soglia compresa tra i 40 e i 70 dB
PERDITA UDITIVA GRAVE: soglia compresa tra i 70 e i 90 dB
SORDITA' PROFONDA: soglia superiore ai 90 dB
Di tutti i sensi, l’udito è, insieme alla vista, sicuramente il più importante. Attraverso l’udito l’uomo può dare un significato concreto alle parole.
L’udito apre alla vita, consente all’uomo di mantenere un contatto duraturo con i propri simili, col mondo.
Attraverso l’udito l’uomo può uscire dall’isolamento scambiando opinioni, idee, sensazioni.
Molto spesso però, chi soffre di disturbi all’udito si rifiuta di ammetterlo e si ostina a nasconderlo.
Infatti, i difetti uditivi sono spesso fonte di vergogna e risvegliano la paura di essere derisi.
Tuttavia non bisogna dimenticare che, come dimostrano i più autorevoli ricercatori, la sordità è la terza tra le malattie croniche che colpiscono la popolazione adulta.
Il paziente ipoacusico si trova ad affrontare numerose difficoltà: la solitudine sociale, il rafforzamento dei disturbi emotivi, il danneggiamento delle relazioni interpersonali, senza dimenticare il fatto che spesso l’ipoacusico viene scambiato per disattento, svogliato e anche un po’ stupido.
Anche se la maggior parte delle persone che presentano problemi all’udito supera la soglia dei 65 anni, il dato preoccupante è che la percentuale di incidenza dell’ipoacusia è destinata ad aumentare tra i giovani, causa l'alto tasso di inquinamento acustico in luoghi di divertimento e di sport particolarmente rumorosi, senza sottovalutare l’accrescimento del rumore industriale e civile che rappresenta una vera minaccia per il nostro udito.
Per determinare l’insorgere di un’ipoacusia, è di fondamentale importanza l’intervento del medico specialista, il quale permette una diagnosi precoce: purtroppo, nella maggioranza dei casi quando ci si rende conto del problema in modo autonomo, la comunicazione è già compromessa.
La sordità si distingue in trasmissiva e percettiva.
Nel primo caso, sussistono difficoltà di trasmissione dell’impulso sonoro e le strutture coinvolte sono quelle dell’orecchio esterno medio.
La sordità percettiva è invece legata ad affezioni che riguardano l’orecchio interno e le sue componenti nervose.
Va da sé che la gravità della sordità dipende dalla sede e dall’entità della lesione.
Le cause più frequenti di una sordità sono: le infezioni, la presenza di corpi estranei, malformazioni del meato uditivo, otiti, otosclerosi, traumi, l’uso di taluni farmaci, soprattutto gli aminoglicosidi, l’esposizione ad una detonazione troppo forte….
Troppo spesso si parla genericamente di sordità ma in realtà esistono diverse forme e diversi gradi di sordità.
L’ipoacusia è la perdita della funzione uditiva cioè la riduzione unilaterale o bilaterale della capacità uditiva.
L’anacusia è la perdita totale di udito da un solo orecchio.
In certi casi la sensazione uditiva, per uno stesso suono, è diversa per i due orecchi, si tratta di diplacusia.
La forma più grave è la cofosi, in seguito alla quale vi è la perdita totale dell’udito da entrambe le orecchie.
Quando invece il suono è molto intenso si producono alcune distorsioni delle vibrazioni cocleari, le quali provocano una produzioni di suoni soggettivi nell’orecchio, anche in assenza di stimoli sonori: sono i cosiddetti acufeni: ronzii, fischi ….,che rivelano una lesione dell’apparato uditivo.
Contro la sordità si può agire su tre fronti: quello farmacologico, quello chirurgico e quello che prevede l’uso di protesi acustiche.
La terapia protesica, se bene impostata, è molto efficace e comprende la diagnosi, la prescrizione, l’adattamento personalizzato e la rieducazione ai suoni nuovi.
Facilitando lo scambio di pensieri, idee, sentimenti, l’udito costituisce il blocco costruttivo dei rapporti sociali.
“A che cosa servirebbe la libertà di parola se ci viene negata la libertà di sentirla?”
Le protesi acustiche
La storia delle protesi acustiche ebbe origine molti anni fa. I primi apparecchi per ipoacusici vennero sviluppati verso la fine del secolo scorso da Alexander Bell.
Bell, che era anche un educatore per le persone con problemi di udito aveva creato
apparecchi che però erano ingombranti e pesanti
Essi funzionavano posizionandoli sul tavolo e chi ne faceva uso doveva stare vicino all'apparecchio per riuscire a seguire una conversazione.
Agli inizi degli anni Venti furono realizzate le prime protesi che potevano essere indossate e negli anni Trenta e Quaranta comparvero i primi modelli con dimensioni più ridotte, tanto da poter essere portati nel taschino.
Con l'avvento di batterie sempre più sofisticate, cominciò negli anni Cinquanta la miniaturizzazione degli apparecchi, la quale sfociò nella produzione di protesi da portare dietro l'orecchio.
Da alcuni anni esistono apparecchi che possono essere inseriti direttamente nell'orecchio, praticamente invisibili, i quali permettono di captare una vasta gamma di suoni, unendo così estetica e tecnologia.
Un apparecchio acustico è un dispositivo che elabora i suoni con lo scopo di erogarli in un formato fruibile dalle persone affette da difficoltà uditive. La necessità più importante riguarda la comprensione dei suoni che compongono la voce.
Nell'arco dello spettro della voce, le vocali (a, e, i, o, u) sono più intense ed hanno una frequenza più bassa rispetto alle consonanti, più deboli e con frequenza più alta (s, t, f), che trasportano la maggior parte delle informazioni importanti della voce. La funzione di un apparecchio acustico è quella di erogare i suoni per consentire alle persone audiolese di sentire e comprendere la voce in ogni circostanza di ascolto. Non si tratta di un compito semplice, poiché esistono molti aspetti complessi che devono essere presi in considerazione, inclusi la fisiologia e la psicoacustica del meccanismo dell'udito e la tecnologia legata all'elaborazione dei segnali.
Come Funziona un Apparecchio Acustico
Il suono entra nell'apparecchio attraverso un microfono, viene elaborato ed amplificato e poi trasmesso ad un ricevitore (altoparlante), che invia il suono in uscita o direttamente al canale dell'orecchio dell'utente, oppure, attraverso un tubicino, alla chiocciola e quindi al canale dell'orecchio. In un apparecchio acustico analogico, il segnale acustico in ingresso viene elaborato nella sua forma originaria. nel caso di un apparecchio acustico digitale, il segnale acustico viene inizialmente convertito in cifre (0, 1), elaborato matematicamente all'interno dell'apparecchio, e quindi riconvertito in segnale acustico analogico ed inviato nell'orecchio dell'utente.
I Modelli di Apparecchi Acustici
Esistono vari modelli di apparecchi acustici:
Apparecchi a Scatola
Gli apparecchi a scatola hanno dimensioni pari a circa un terzo di quelle di un registratore a cassette e spesso vengono fissati agli indumenti. Questo tipo di apparecchio è relativamente grande rispetto agli altri apparecchi acustici sul mercato. L'apparecchio viene collegato all'orecchio tramite un cavetto ed una chiocciola. Normalmente vengono usati dalle persone con perdite uditive profonde e con problemi di manualità. Sono ancora usati per i bambini in molte nazioni in via di sviluppo.
Occhiali
L'apparecchio acustico è integrato nella montatura degli occhiali ed il suono viene inviato all'orecchio tramite la chiocciola. Questo tipo di apparecchio acustico viene ormai usato molto raramente.
Apparecchi Retroauricolari (BTE)
Il circuito elettronico è contenuto in un guscio che viene posto dietro l'orecchio. Un tubicino e la chiocciola convogliano il suono nel canale auricolare. Per i bambini vengono utilizzati degli apparecchi di dimensioni minori. Generalmente, gli apparecchi acustici BTE sono in grado di fornire un'amplificazione maggiore rispetto agli apparecchi più piccoli grazie alla maggiore dimensione e potenza della batteria. Il guscio è disponibile in vari colori.

Apparecchi Acustici Intrauricolari (ITE)
Tutti i componenti sono contenuti in un piccolo guscio che entra nel canale auricolare. Vengono usati per perdite uditive meno severe, poiché le dimensioni ridotte dell'apparecchio non permettono di erogare un'amplificazione utilizzabile pari a quella degli apparecchi retroauricolari.

Apparecchi Acustici Intra Canale (ITC)
Sono più piccoli degli apparecchi ITE. Gli apparecchi ITC vengono inseriti più a fondo nel canale auricolare essendo di dimensioni più piccole. Sono usati per perdite uditive da lievi a moderate.

Apparecchi Acustici Completamente nel Canale (CIC)
Sono gli apparecchi acustici più piccoli. Non sono visibili dall'esterno. Sono indicati per perdite uditive lievi o moderate.

Apparecchi Acustici per Via Ossea
Sono usati da coloro che sono affetti da una perdita uditiva conduttiva, ma che non possono usare un apparecchio acustico tradizionale a causa di secrezioni o altre anomalie dell'orecchio esterno o medio. Il transmettitore (vibratore osseo) viene posto sulla mastoide dietro l'orecchio, ed il suono è trasmesso all'orecchio interno dalle vibrazioni meccaniche del vibratore osseo.

Apparecchi Acustici CROS
Sono usati dalle persone con una perdita uditiva asimmetrica o con un orecchio normale. Il suono viene prelevato da un microfono posto in prossimità dell'orecchio leso ed inviato all'orecchio normale con un trasmettitore senza fili (nell'applicazione più recente sul mercato). Ciò favorisce il riconoscimento dei suoni da parte dell'orecchio leso e/o la localizzazione dei suoni.
L’inquinamento acustico
Come si è notato, la continua esposizione a una grande quantità di suoni e la mancanza di momenti di silenzio possono provocare numerosi danni alla nostra salute e peggiorare la nostra vita.
Oltre all’eccessiva quantità, anche il volume troppo forte dei suoni, può essere dannoso.
Oltre all’apparato uditivo vengono colpiti dalle vibrazioni sonore eccessive anche l’apparato circolatorio, quello digerente, le ghiandole endocrine (che regolano molte importanti funzioni del nostro organismo) e il sistema nervoso, creando stati di tensione o di vera e propria angoscia.
Infine, osserviamo che in ambienti troppo rumorosi si comunica con difficoltà attraverso la parola: quindi soprattutto i bambini cresciuti in questi ambienti possono riportare disturbi del linguaggio.
Nelle varie epoche, si sono succeduti sempre diversi interventi da parte dell’uomo sulla natura e l’ambiente. Ciò ha prodotto a volte risultati positivi, che hanno migliorato la qualità della nostra vita rispettando la natura. Altre volte, al contrario, il rapporto tra l’uomo, la natura\ambiente è stato peggiorato da interventi sbagliati suggeriti da interessi economico-politici. Per questa ragione negli ultimi anni si sono sviluppati forti movimenti che si pongono come obiettivo principale la lotta all’inquinamento. Quello acustico è provocato dall’eccessiva quantità ed intensità dei suoni, dannosa per gli uomini e anche per gli animali.
Questo tipo di inquinamento è più grave nelle città, ma può anche essere presente nei piccoli centri e talvolta in campagna.
Secondo recenti indagini nelle città italiane, il limite di sicurezza stabilito dagli esperti per non subire danni permanenti viene costantemente superato, in ogni ora del giorno e della notte: ciò è particolarmente grave, in quanto come sopra specificato, i danni peggiori per la nostra salute non derivano tanto dall’occasionale e momentanea presenza di un forte rumore, quanto dal fatto che orecchio e cervello non abbiano mai momenti di pausa.
La medesima situazione si rileva anche nei centri storici.
L’inquinamento acustico ha una particolarità che lo rende, in certo qual modo, diverso da ogni altra forma di inquinamento: quella di manifestarsi e di cessare all’attivarsi e disattivarsi della fonte di rumore. L’inquinamento da rumore a differenza dell’inquinamento dell’acqua, dell’aria e del suolo, non lascia tracce sensibili al di qua e di là del tempo in cui si manifesta fisicamente, se non nel fisico e nella psiche di chi da questo fenomeno è colpito.
Il rumore urbano è una forma di energia prodotta dall’uomo, nel tempo e nello spazio, che muta con il mutare storico della città; esso è costituito da:
RUMORI NATURALI
RUMORI E SUONI UMANI
RUMORI ARTIFICIALI
Nelle tabelle I, II, III sono riportati i livelli di esposizione al rumore in alcune diverse situazioni lavorative.
Tabella I. Industrie alimentari: aziende 6, misurazioni 72
Livelli sonori per classi di intervallo di 5 dB(A); distribuzione %.
Tipi azienda
N° misure
 85dB
86-90dB
91-95dB
96-100dB
>100dB
Zuccherifici
33
30.5
27.5
24
12
6
Lavorazione del latte
9

44.5
55.5


Imbottiglia =
mento bibite
17
35.5
11.5
47
6

Torrefazione del caffè
13
15.5
38.5
46


Tabella II. Industria del vetro: aziende 4, misurazioni 47
Livelli sonori per classi di intervallo di 5 dB(A); distribuzione %.
Tipo azienda
N° misure
 85dB
86-90dB
91-95dB
96-100dB
>100dB
Lavorazione industriale
17
12
17.5
12
23.5
35
Lavorazione semi-artigianale
21
43
28
5
19
5
Mosaico vetroso
9

78
22


Tabelle III. Industria metallurgica e metalmeccanica: aziende 17, misurazioni 392
Livelli sonori per classi di intervallo di dB(A); distribuzione %.
Tipo azienda
N° misure
 85dB
86-90dB
91-95dB
96-100dB
>100dB
Fonderie 2ª fusione
34
29.5
17.5
26.5
6
20.5
Fonderie alluminio
41
22
36.5
19.5
12
10
Acciaierie
79
22.5
33
30.5
14

Altre lavorazioni meccaniche
238
27
28
26.5
9.5
9
Sono proposti limiti di intensità variabile in funzione della durata di esposizione:
8 h
85 dB (A)
4 h
88 dB (A)
2 h
91 dB (A)
1 h
94 dB (A)
30’
97 dB (A)
15’
100 dB (A)
Le fonti del rumore
L’inquinamento acustico nel territorio è prodotto principalmente dai mezzi di trasporto (aeroplani, traffico urbano, transito treni), dagli impianti industriali e commerciali, dai cantieri e dalle infrastrutture legate ad alcune attività ricreative (discoteche, stadi ecc...). Spesso è, tuttavia, dovuto al comportamento incivile e poco riguardoso dei vicini di casa. Gran parte delle denunce ricevute dalle autorità competenti riguardano proprio questo tipo di rumori, che spesso sono difficilmente quantificabili e che, più che attraverso imposizioni di legge, possono essere limitati educando i cittadini al rispetto reciproco. Il grado di inquinamento acustico dipende anche dal livello di insonorizzazione degli edifici e quindi dalle tecniche di costruzione e di isolamento acustico utilizzate.
Traffico stradale
E’ la sorgente di rumore più diffusa nei paesi industrializzati. Secondo i risultati di uno studio condotto per conto dell’Unione europea, nel 1994 circa 200 milioni di cittadini comunitari (circa il 60% del totale) sono stati esposti a rumori prodotti da traffico stradale di livello superiore a 55dB e circa 132 milioni di cittadini (il 39%) sarebbero stati esposti a rumori di livello pari a 60 dB. Per difendere i cittadini dai rumori del traffico stradale sono stati fissati e imposti limiti di emissione dei rumori per tutti i nuovi autoveicoli messi in commercio. Di anno in anno questi limiti di tollerabilità vengono abbassati, tanto che i rumori emessi dalle auto costruite intorno alla metà degli anni ‘90 risultano essere di 8-10 dB più bassi rispetto a quelli delle auto prodotte negli anni ‘70. I motori delle automobili di più recente produzione sono diventati talmente "silenziosi" che il rumore principale emesso dagli autoveicoli è ormai diventato quello prodotto dall’attrito dei pneumatici sull’asfalto. Con riferimento alla corrente di traffico si rileva che i fattori che determinano la rumorosità sono principalmente: il numero di veicoli, la presenza percentuale dei veicoli pesanti, la velocità media della corrente di traffico.
Ferrovie
Tra tutti i tradizionali mezzi di trasporto, il treno viene spesso visto come il più sicuro, economico ed ecologico in assoluto. Da qualche tempo, tuttavia, molti paesi hanno preso atto che ciò non è sempre vero e che anche il traffico ferroviario può avere un alto impatto ambientale. Anche se l’ultima generazione di treni e motrici è stata progettata in modo tale da non risultare più rumorosa dei più lenti convogli tradizionali, per rispettare gli standard ambientali imposti per legge, le linee ferroviarie devono tuttora seguire percorsi lontani dai centri abitati ed essere attrezzate con adeguati sistemi di abbattimento dei rumori. In Italia si sta affrontando, con attenzione particolare, il problema delle barriere anti-rumore per la linea ferroviaria ad alta velocità che unirà Milano a Napoli.
Traffico aereo
L’inquinamento acustico, prodotto dai velivoli a motore, è cresciuto considerevolmente dopo la seconda guerra mondiale e, intorno alla metà degli anni settanta, ha raggiunto un livello tale da indurre le autorità e i produttori del settore ad ammettere la necessità di sviluppare sistemi di abbattimento del rumore. Sia negli aerei con propulsione a elica, sia in quelli a reazione, la principale sorgente di rumore è il motore. Le continue proteste da parte degli ambientalisti e di vari gruppi di persone hanno spinto le autorità competenti a emettere normative per il controllo e la limitazione del rumore prodotto dai velivoli. Dai tempi dei primi aviogetti il livello del rumore prodotto dai motori è stato ridotto di circa 20 dB nonostante i nuovi velivoli siano decisamente più grandi e capienti rispetto ai loro predecessori.
Un fenomeno interessante e alquanto fastidioso è quello che si verifica quando un aereo supersonico supera la velocità del suono. L’aereo si muove assieme alle onde che esso emette in istanti successivi, queste tendono ad accumularsi formando un onda di grande ampiezza ed energia, detta onda d’urto. L’onda d’urto conica generata da un aereo supersonico tocca il suolo dietro di esso e viene avvertita come una esplosione detta bang (scoppio sonico).
Come tutte le altre forme di inquinamento, anche quello acustico deve essere affrontato e combattuto a livello sia legislativo sia amministrativo, si infine a livello di comportamento dei singoli cittadini.
Gli interventi di difesa del rumore da traffico veicolare devono essere effettuati sulla base dei valori massimi tollerabili previsti dalla legge. Le normative che regolano la materia riguardano sia le emissioni sonore (costituite dal livello di pressione acustica rilevabile presso la sorgente sonora), sia le immissioni sonore (costituite dal livello di pressione acustica rilevabile nell'ambiente presso i luoghi da proteggere, come edifici, impianti ricreativi, ecc..). Secondo quanto contenuto in un rapporto pubblicato nel 1995 dall'università di Stoccolma per conto dell'Organizzazione Mondiale della Sanità, il livello medio del rumore nell'ambiente esterno alle abitazioni non dovrebbe mai superare i 55 dB (livelli superiori potrebbero causare gravi disturbi alla salute) e il limite massimo ammissibile dovrebbe essere fissato a 50 dB.
Gli interventi possono essere di due tipi:
a) ATTIVI
Gli interventi attivi sono ovviamente quelli più razionali, in quanto si riallacciano all'origine del problema, però richiedono tempi molto lunghi prima di manifestare una certa efficacia. Comportano, infatti, il completo rinnovo del parco veicolare, la messa in funzione dei sistemi di controllo, il rifacimento del manto di usura stradale, ecc.
Una misura sicuramente interessante è quella finalizzata alla regolarizzazione del flusso di traffico: una progettazione stradale caratterizzata da pochi tratti rettilinei lunghi impone una limitazione della velocità, e quindi della rumorosità. Il sistema è poco praticabile all'interno dei centri abitati, in cui può essere interessante l'uso delle onde verdi semaforiche, che riducono il picco di rumorosità dovuto alla ripresa dei veicoli. Nel caso degli agglomerati urbani già configurati e dotati di centri storici, come nella maggior parte delle città italiane, si può procedere con: l'adozione di vaste isole pedonali; la proibizione del traffico veicolare, fatta esclusione dei servizi d'emergenza e protezione civile in genere, nelle strade aventi carreggiate limitate rispetto alle previsioni di scorrimento, l'eliminazione delle strade corridoio, che mescolano forzatamente pedoni e veicoli con diverse esigenze di scorrimento, e la loro sostituzione con sistemi di percorrenza variati per biciclette, veicoli lenti, veloci e pedoni; l'aumento degli scorrimenti sotterranei sia dei mezzi di trasporto pubblico che privato.
Interessante è anche l'uso di asfalti fonoassorbenti, che possono essere considerati intervento sia attivo sia passivo; infatti oltre che ridurre le emissioni di rumore conseguenti al contatto pneumatico - asfalto possono anche assorbire una parte di energia sonora emessa dalle altre parti del veicolo.
b) PASSIVI- la progettazione ambientale
Fra gli interventi passivi il ruolo preponderante - oltre ad una urbanizzazione ad hoc, per altro non sempre possibile per aspetti ambientali e di preesistenza, e all'isolamento acustico degli edifici - è di certo quello ricoperto dalle barriere acustiche o antirumore.
Le barriere a pannello, o artificiali, sono le più diffuse e caratterizzate dal poco spazio occupato in pianta e da leggerezza tale da consentirne l’impiego anche su ponti e viadotti; il loro risvolto negativo è rappresentato dallo sgradevole impatto visivo.
Le barriere antirumore in terrapieno in genere si armonizzano meglio con l’ambiente circostante e possono fungere da significativa opera di mitigazione oltre che, in alcuni casi di abbellimento del paesaggio, ma normalmente richiedono ampi spazi, ed elevati costi di manutenzione.
Anche la vegetazione soprattutto quella arborea e arbustiva, può fungere da barriera antirumore. L’attenuazione del rumore da parte della vegetazione si riconduce ad una serie di variabili quali: profondità ed altezza della barriera, l’ampiezza e robustezza delle foglie, la densità e la persistenza della chioma, ecc..
In ogni caso è evidente che per ottenere risultati è indispensabile realizzare schermi vegetativi privi di soluzione di continuità, formati da piante ravvicinate in modo da chiudere completamente le chiome, integrando essenze arbustive ed arboree per coprire i vuoti a tutte le altezze. In tutti i posti schermati da barriere di verde sono attenuati considerevolmente i rumori a bassa frequenza; poco quelli a frequenza intermedia; alquanto quelli ad alta frequenza;
Alle alte frequenze vi è scarsa differenza tra le varie specie arbustive prese in considerazione;
Il mais attenua maggiormente i rumori ad alta frequenza.
Per quanto riguarda il parametro densità del fogliame si è potuto constatare che questo è maggiormente efficace per le alte frequenze. Inoltre quando il fogliame è costituito di foglie a piccola lamina la maggior efficacia spetta ai rami.
Infine le piante da usare da schermo devono rispondere anche ad altri requisiti e cioè:
Essere integrate nell’ambiente circostante sia ecologicamente, sia esteticamente;
Essere di facile manutenzione ed inoltre essere esenti da parassiti animali o vegetali;
Essere il meno combustibile possibile
Insonorizzazione e fai da te
La leggenda metropolitana dei contenitori per le uova ha iniziato a circolare quando si sono diffuse le prime voci di una soluzione economica e quasi definitiva al problema dell'insonorizzazione. Non che questa idea sia inefficace, ma sicuramente il tutto è stato sopravvalutato. I contenitori per le uova sono costituiti, fondamentalmente, da due tipi di materiale: pasta pressata di cartone riciclato (cartapesta), oppure polistirene, polistirolo o polvinilbenzene in forma espansa (e sono quelli dall'aspetto plastico e variamente trasparente). I primi sono i soli che trovano uso per i nostri fini, ma l'utilizzo principale è nel miglioramento dell'acustica, dovuto soprattutto alla forma generalmente cuneiforme: i secondi creano addirittura problemi, a causa del rumore prodotto quando vibrano. Entrambi hanno sicuramente hanno anche un potere fonoassorbente, ma è limitato alla natura stessa del materiale. Non va inoltre dimenticato lo spessore ridotto della sezione, che nel tipo in cartone pressato può arrivare ad un paio di millimetri e nel tipo in materiale plastico è drasticamente più sottile, in grado di assorbire solo una modesta quantità di suono.
Per insonorizzare un locale occorre tener conto di diversi fattori che influenzano la scelta dei materiali da utilizzare, il che rende anche complesso preventivarne i costi. Si parte dai materiali da costruzione già presenti: un muro in blocchi di cemento non intonacato ha, a 1000 Hz, un coefficiente di assorbimento superiore di quasi dieci volte rispetto ad un classico tavolato in laterizio, che sale a più di trenta scendendo a 125 Hz (un basso elettrico ed una batteria sono quasi sempre al di sotto di queste frequenze): cosa usare sarà, in linea di principio, il riflesso di un attento esame della struttura del locale e del grado di isolamento che si desidera (l'efficacia è relativa alle necessità).
I materiali specializzati nell'assorbimento acustico offrono una resa eccellente (con qualche limite alle frequenze basse) in pochi centimetri di spessore, ma i costi sono spesso troppo elevati. Un buon materiale fonoassorbente deve aver la capacità di trasformare in calore il suono che lo attraversa, rilasciando una minima parte di questo così smorzato e riflettendone il meno possibile in direzione della fonte. Insonorizzare un locale significa verso l'esterno prima, e verso l'interno poi.
Per contenere la spesa, e non di poco, si può ricorrere anche a qualche stratagemma. Tralasciando i prodotti professionali, che derivano principalmente dalla trasformazione di resine e poliuretani espansi, vediamo cosa si può scegliere tra quelli più "poveri". Parlarne avrebbe però poco senso senza tener conto di dove poi li collocheremo. Per semplicità localizziamo 3 aree, in ordine di importanza: pareti, soffitto e pavimento.
Per il soffitto la soluzione migliore è, a mio avviso, il polistirolo compresso, in alternativa o in congiunzione ai materiali descritti per le pareti.
Per le pareti un tendaggio particolarmente pesante e disposto ad onda costituisce la soluzione acustica migliore, ad un prezzo accessibile: l'impatto estetico e l'ingombro sono però i suoi difetti. Il polistirolo rappresenta una valida soluzione, in rapporto al basso costo d'acquisto. In alternativa si può valutare l'idea del sughero o, in abbinamento alle due proposte, una lastra di piombo (ma il budget dovrà essere più cospicuo). I tanto blasonati "cartoni delle uova" hanno una funzione diversa: non isolano tanto l'ambiente verso l'esterno, ma contribuiscono ad eliminare i ritorni d'onda all'interno. La stessa funzione che esercita la moquette e le superfici bugnate, o generalmente irregolari.
Se il problema fosse impedire la propagazione di vibrazioni a stanze adiacenti occorrerebbe smorzarle fin dal pavimento: evitare le piastrelle e i materiali che possono risuonare, e pensare alla moquette o a superfici poliuretaniche.
La graduatoria che si riporta sotto mostra qualcosa di interessante: la capacità fonoassorbente dipende assolutamente dalla frequenza sulla quale si vuole intervenire. Riassumendo, presentano un potere fonoassorbente, in ordine decrescente:
- a 125 Hz (frequenza che rappresenta i bassi) - vetro da finestre > compensato o rivestimento in legno (10 mm) > mobilio in genere > schiuma poliuretanica > intonaco di gesso fonoassorbente (13 mm) > tendaggio pesante > polistirene (13 mm) > parquet > tendaggio leggero > linoleum > intonaco di gesso > piastrelle;
- - a 1000 Hz (medi) - schiuma poliuretanica > tendaggio pesante > mobilio in genere > intonaco di gesso fonoassorbente (13 mm) > polistirene (13 mm) > tendaggio leggero > vetro da finestre > compensato o rivestimento in legno (10 mm) > parquet > intonaco di gesso > linoleum > piastrelle;
- a 4000 Hz (alti) - schiuma poliuretanica > tendaggio pesante > mobilio in genere > intonaco di gesso fonoassorbente (13 mm) > tendaggio leggero > polistirene (13 mm) > compensato o rivestimento in legno (10 mm) > parquet > intonaco di gesso > vetro da finestre > linoleum > piastrelle.
Bibliografia
Siro Morettini
“Principi e metodi della fisica”
Petrini Editore
Bueche
“Fisica”
Principato
Disoteo- Rovetta
“in musica”
Mursia
http://www.oticon.it/SndHea/WhiSndPG.html
http://digilander.iol.it/tix53/ilsuono.html
http://www.alda-amelia.it/la_mela_e_la_luna/biblioteca/scoperte/suono/index.htm
http://www.to2000.it/scuole/ferrari/fernet/fernet_pstd/framepstd/formsuon.htm
http://www.oticon.it/SndHea/HeaInsPG.html
http://www.paciolo.com/rumore/il_suono.htm
http://www.alda-amelia.it
http://www.oticon.it/SndHea/HodwHePG.html
http://digilander.iol.it/severi1/leondesonore/suono_tema1.html
http://www.starkey.com/indexFlash.html
http://www.suonovivo.it/it/installazioni.htm
http://www.musicoterapia.it/
http://www.lunaweb.org/elisa/infanzia.htm
http://www.lunaweb.org/elisa/musicoterapia.htm
http://volftp.mondadori.com/reframe.htm?http://www.volftp.mondadori.com/i/rubriche/approfondimenti/tuffo_computer/skaudio/corpo.htm
http://www.alda-amelia.it/la_mela_e_la_luna/biblioteca/scoperte/suono/doppler.htm
http://www.alda-amelia.it/la_mela_e_la_luna/biblioteca/scoperte/suono/risonanza.htm
http://web.tiscali.it/ecoingegneria/acustico.htm
http://digilander.iol.it/albero82/scuola/inquinamento%20atmosferico/inquinamentoacustico.htm
http://www.paciolo.com/rumore/inquinamento_acustico_e_lavoro.htm
1

1

Esempio