L' acustica è una branca della fisica che studia la produzione, trasmissione, immagazzinamento, percezione e riproduzione del suono; ovvero studia in dettaglio le onde sonore che si propagano attraverso una materia, che può essere allo stato gassoso, liquido o solido, perché il suono non si propaga nel vuoto. Il suono è l'elemento principale dell'acustica e consiste in onde sonore prodotte quando le oscillazioni della pressione atmosferica vengono convertite in onde meccaniche.
Cos'è l'acustica
Sommario
È la branca della fisica che studia la produzione e il comportamento durante la trasmissione e la destinazione delle onde sonore, nonché la loro composizione. Quando si parla di cosa sia l'acustica, ci si riferisce anche allo studio di spazi fisici o luoghi in cui il suono viene propagato, e ha molteplici applicazioni per eventi, studi e spazi pubblici.
Anche in musica, è il termine che si intende con l'uso di strumenti che producono suoni acusticamente, tralasciando elementi elettrici o elettronici, ad esempio la chitarra acustica.
Cosa studia l'acustica
Questa scienza studia il comportamento delle onde sonore, che sono oscillazioni o fluttuazioni di vibrazioni risonanti, e la loro propagazione, intesa come la loro conduzione dalla loro origine alla loro destinazione. Il mezzo in cui un'onda sonora si propaga deve avere elasticità (essere in grado di subire deformazioni reversibili da forze esterne), inerzia (può rimanere a riposo) e massa (quantità di materia).Hanno ampiezza (valori massimi e minimi nella loro ondulazione), frequenza (numero di oscillazioni al secondo o ripetizioni), velocità (il tempo che trascorre da quando viene generata fino a raggiungere il suo ricevitore), lunghezza (quanto è lunga l'onda o quale distanza esiste tra due picchi o valli in esso), periodo (tempo di ogni ciclo per la sua ripetizione), ampiezza (quantità di energia del segnale, non significa volume), fase (posizione di un'onda rispetto a un'altra) e potenza (quantità di energia acustica per tempo per sorgente).
Esistono due tipi di onde a seconda del modo in cui si muovono attraverso il mezzo: longitudinale (il movimento sarà parallelo alla direzione di propagazione) e trasversale (il movimento è perpendicolare alla direzione di propagazione).
All'interno del fenomeno acustico si studia non solo il suono che può essere facilmente percepito dall'orecchio umano, ma anche gli infrasuoni e gli ultrasuoni. Gli infrasuoni sono quelle frequenze sonore che sono più basse di quanto l'orecchio umano possa percepire (20 hertz), ma per alcuni animali è abbastanza percettibile e utilizzato come comunicazione a grandi distanze; mentre gli ultrasuoni sono le onde che sono al di sopra dell'udito percepito dall'essere umano, a circa 20.000 hertz.
Per questo studio, il suono costituisce un trasporto di energia sotto forma di vibrazione e la sua velocità dipenderà dalla densità del mezzo e dalla temperatura dell'aria. La velocità sarà maggiore nei solidi e nei liquidi rispetto ai mezzi gassosi (aria). La velocità del suono nell'aria è di circa 344 metri al secondo a circa 20 ° C, sebbene per ogni grado centigrado aggiuntivo di temperatura, la velocità dell'onda acustica aumenterà a una velocità di 0,6 m / s. Nei liquidi, in particolare l'acqua, la velocità sarà di circa 1.440 m / s, mentre in quelli solidi come l'acciaio sarà di circa 5.000 m / s.
Storia dell'acustica
Risale all'antica Roma e alla Grecia, dove si tenevano molteplici spettacoli musicali e teatrali in luoghi costruiti a questo scopo. Il filosofo e matematico greco Pitagora (569-496 a.C.), iniziò a studiare il fenomeno acustico, notando la differenza negli intervalli musicali, esprimendo numericamente queste osservazioni e definendo quelle che oggi vengono chiamate armoniche e inarmoniche. Successivamente, lo scienziato Aristotele (384-322 aC), fornì le prime approssimazioni sulle onde, descrivendole come espansioni e contrazioni nell'aria che cadevano e colpivano "l'aria successiva".Marco Vitruvio Polión (80 / 70-15 AC), architetto e ingegnere romano, è stato il precursore dell'acustica architettonica, scrivendo dei fenomeni acustici che hanno avuto luogo nei teatri, e grazie a questo, c'è stato un record di aspetti prendere in considerazione il campo acustico quando si costruiscono luoghi teatrali e musicali.
Successivamente, l'ingegnere, fisico e matematico Galileo Galilei (1564-1642), concluse gli studi di Pitagora, definendo più chiaramente le onde, dando origine all'acustica fisiologica, e descrivendola come uno stimolo interpretato dalla mente come suono, all'acustica psicologica. Marin Mersenne (1588-1648), filosofo e matematico francese, condusse esperimenti sulla velocità di propagazione del suono; e Isaac Newton (1643-1727) formularono la velocità del suono nei solidi. Il fisico John William Strutt (1842-1919), noto anche come Lord Rayleigh, scrisse sulla produzione di suoni su archi, piatti e membrane.
Altri personaggi famosi della storia che hanno contribuito al campo acustico furono l'astronomo, matematico e fisico Pierre-Simon Laplace (1749-1827), con studi sulla propagazione del suono; Hermann von Helmholtz (1821-1894), fisico e medico, studiò la relazione tra toni e frequenze; Alexander Graham Bell (1847-1922), inventore e scienziato, sviluppò il telefono osservando che alcuni materiali potevano trasformare e trasportare vibrazioni sonore; Thomas Alva Edison (1847-1931), inventore, ottenne l'amplificazione delle vibrazioni sonore con lo sviluppo del fonografo.
Rami di acustica
Esistono diverse classificazioni che, insieme, aiutano a definire cosa sia l'acustica, in base ai mezzi di propagazione delle onde e alla loro utilità pratica. Alcuni di loro sono:
Acustica dell'Acustica
Questo è un termine ridondante, sebbene molte persone ne siano curiose. L'acustica è presente in tutti i rami. Ad esempio, nell'acustica fisica, che riguarda l'analisi dei fenomeni sonori, le leggi in base alle quali è governato, il suo trasporto attraverso i media e le sue proprietà; mentre la metrologia acustica è quella che si occupa di calibrare gli strumenti per misurare le grandezze acustiche per registrare le quantificazioni degli stessi o per produrle.
Acustica fisiologica
Studia le orecchie e la gola, nonché l'area del cervello che decodifica le onde. Qui sono inclusi sia i suoni emessi che la loro percezione e disturbi.
Acustica architettonica
È responsabile dello studio dell'acustica in recinti e spazi, del loro comportamento, di come adattare e impostare questi spazi per l'utilizzo ottimale delle caratteristiche del suono e per avere una propagazione efficace in uno spazio controllato. Questa divisione ha contribuito a sviluppare custodie adatte a questo scopo, come il guscio acustico.
Acustica industriale
È la branca che si occupa di attenuare gli effetti del rumore prodotto dall'attività industriale, al fine di proteggere i lavoratori dall'inquinamento acustico e dai suoi attacchi, mediante un qualche tipo di isolamento acustico.
Acustica ambientale
Studia i suoni presenti all'aperto, il rumore nell'ambiente ei suoi effetti sulla natura e sulle persone. Questi rumori sono generati dal traffico, diversi tipi di trasporto, locali commerciali, quartieri e diverse attività umane quotidiane. Questo ramo promuove la gestione e il controllo del rumore, per ridurre l'inquinamento acustico.
Inquinamento acustico
Acustica musicale
È quello che studia il suono prodotto dagli strumenti musicali, le loro scale, accordi, consonanze. Cioè, la messa a punto della scala dello stesso. Oltre a quanto sopra, ci sono altri rami, come:
- Aeroacustica (suono prodotto dal movimento nell'aria)
- Psicoacustica (percezione umana del suono e dei suoi effetti)
- Bioacustica (studia l'udito negli animali e comprende la loro percezione)
- Sott'acqua (rilevamento di oggetti con suono, come i radar)
- Slectroacoustics (studia i processi elettronici per la cattura e l'elaborazione del suono)
- Fonetica (acustica del linguaggio umano)
- Macroacustica (studio dei suoni forti)
- Ultrasuoni (studia il suono non udibile ad alta frequenza e le sue applicazioni)
- Vibratorio (studio di sistemi che hanno massa ed elasticità in grado di eseguire movimenti oscillatori)
- Strutturale (studia il suono che si propaga attraverso le strutture sotto forma di vibrazioni), tra gli altri.
Fenomeni acustici
Sono quelle distorsioni delle onde sonore, causate da ostacoli o variazioni esistenti nel mezzo di propagazione che ne influenzano le caratteristiche. Tra questi fenomeni acustici ci sono:
- Riflessione: è quando l'onda sonora incontra un solido ostacolo e questo la fa deviare dal suo percorso originario, creando un effetto di "rimbalzo", che le permette di ritornare al mezzo da cui proviene.
- Eco: si verifica quando un'onda rimbalza e viene riflessa in cicli ripetuti a un intervallo di circa 0,1 secondi. Per percepirlo, la sorgente sonora e la superficie che la riflette, devono trovarsi ad una distanza non inferiore a circa 17 metri.
- Riverbero: questo è un fenomeno simile all'eco, con la differenza che il tempo di ripetizione è inferiore a 0,1 secondi e l'effetto risultante è un suono prolungato. In questo caso, la sorgente e la superficie riflettente devono essere distanti meno di 17 metri.
- Assorbimento: è quando l'onda raggiunge una superficie e ne neutralizza o assorbe una parte e il resto viene riflesso. I pannelli acustici utilizzati negli studi hanno questa proprietà, sebbene assorbano quasi completamente il suono.
- Rifrazione: sono le curvature che un suono assume quando passa da un mezzo all'altro, e la sua direzione e velocità dipenderanno dalla temperatura, densità ed elasticità del mezzo di propagazione.
- Diffrazione: è quando un'onda incontra un ostacolo più piccolo della sua lunghezza nel suo percorso, che la circonda e l'onda si "disperde".
- Interferenza: si verifica quando due o più onde diverse si intersecano o si sovrappongono. Generalmente, hanno traiettorie opposte, quindi "entreranno in collisione" tra loro. Più le due onde sono uguali in termini di ampiezza, maggiore è l'indice di interferenza.
- Pulsazioni: sorgono in presenza di due onde di frequenze diverse ma molto vicine, che è impercettibile all'orecchio umano, quindi viene percepita come un'unica frequenza.
- Effetto Doppler: è quello che si percepisce quando si verifica un aumento o una diminuzione della frequenza di un'onda quando l'emettitore e il ricevitore si avvicinano o si allontanano. Esempio: quando senti arrivare un'ambulanza o una pattuglia, passa e se ne va di nuovo.
Cos'è l'inquinamento acustico
È la versione acustica dell'alterazione di un ambiente in un determinato spazio. Quando c'è inquinamento acustico, allora si capirà che c'è un eccesso di suono o rumore che altererà l'ambiente.
Cos'è la schiuma acustica
Esistono attualmente vari materiali il cui obiettivo è controllare e ridurre il suono in eccesso in vari spazi, come il caso della spugna o della schiuma acustica, che è un tipo di poliuretano con la proprietà di assorbire fino al 100% dell'energia suono incidente in base al suo coefficiente di assorbimento. Questo materiale è utilizzato principalmente in studi di registrazione, radio, televisione e musica, dove, ad esempio, le note di chitarra acustica potrebbero essere captate senza effetti di riverbero o eco, lasciandole così “pulite” da qualsiasi inquinamento acustico diretto o indiretto..Esistono due classi di elementi progettati per assorbire a una certa scala: materiali fonoassorbenti ed elementi selettivi o chiamati anche risonatori.
I primi sono utilizzati per ottenere tempi di riverbero adeguati nelle attività svolte nello spazio, per la riduzione o eliminazione degli echi e per l'eliminazione dei rumori inquinanti all'esterno del sito. I più utilizzati sono lana di roccia rivestita, fibra di poliestere rivestita e schiuma di resina melamminica flessibile.
I secondi sono quelli utilizzati quando si cerca di ottenere un grande assorbimento delle basse frequenze, riducendo in linea di principio i tempi di riverbero. Possono essere utilizzati come integratori di materiali assorbenti o separatamente per lo scopo sopra descritto.
I tipi di risonatori sono:
- Membrana o diaframmatica: materiali non porosi e flessibili, come il legno.
- Cavità semplice: formata da una intercapedine d'aria chiusa, collegata all'ambiente da una stretta apertura.
- Collettore a intercapedine basato su pannelli asolati: pannello di materiale non poroso e rigido su cui è stata forata una serie di cerchi o asole, che andranno posizionati ad una certa distanza dalla parete della stanza, in modo che ci sia uno spazio aria chiusa formata da entrambe le superfici.