Suono e fenomeno percettivo

Acustica

L’Acustica (dal greco ἀκούειν, “udire”) è quella branca della fisica che studia il suono - le onde di pressione - le sue cause, la sua propagazione e la sua ricezione. In un’accezione più generale, l’acustica comprende anche lo studio degli infrasuoni e degli ultrasuoni, che non sono percepibili dall’uomo attraverso l’udito, ma si comportano - da un punto di vista fisico - allo stesso modo. Più in generale, con acustica si intende talvolta lo studio delle vibrazioni meccaniche nei mezzi materiali.

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Vedi anche: Suono
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Range uditivo umano
L’Apparato uditivo umano è sensibile, in maniera diversa, tra 16 a 20kHz.

Vedi anche: Apparato uditivo, Sensazione sonora, Curve Isofoniche
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Onda
Un’onda è una perturbazione che si propaga nello spazio trasportando energia senza comportare un associato spostamento della materia. Tale perturbazione è costituita dalla variazione di qualunque grandezza fisica (es. pressione, temperatura, intensità del campo elettrico, ecc..) attorno alla sua posizione di equilibrio.

Le onde meccaniche viaggiano attraverso un mezzo elastico. Ogni particella del mezzo subisce uno spostamento temporaneo per poi ritornare nella posizione di equilibrio. Le onde sonore sono un tipo di onde meccaniche.

Queste possono essere longitudinali o trasversali.

Longitudinali Trasversali
Si ha un’onda longitudinale, in un solido elastico, quando le particelle del mezzo in cui si propaga l’onda oscillano lungo la direzione di propagazione. Si parla anche di onde longitudinali nel caso delle onde di pressione in un gas, in quanto il gradiente di pressione che si determina al passaggio dell’onda è parallelo alla direzione di propagazione. Si ha un’onda trasversale quando le particelle del mezzo in cui si propaga l’onda oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Sono onde trasversali quelle che si propagano, per esempio, sulle corde di una chitarra e di altri strumenti a corda.
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Longitudinali	Trasversali

Si ha un’onda longitudinale, in un solido elastico, quando le particelle del mezzo in cui si propaga l’onda oscillano lungo la direzione di propagazione. Si parla anche di onde longitudinali nel caso delle onde di pressione in un gas, in quanto il gradiente di pressione che si determina al passaggio dell’onda è parallelo alla direzione di propagazione.	Si ha un’onda trasversale quando le particelle del mezzo in cui si propaga l’onda oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Sono onde trasversali quelle che si propagano, per esempio, sulle corde di una chitarra e di altri strumenti a corda.

Summary

Un’Onda ha bisogno di un mezzo elastico per essere trasportata, generalmente aria. Se non vi è un mezzo elastico, come nel vuoto, non vi è suono. Quando viene trasportato il suono non vi è trasporto della materia.
In aria, il tipo di onda è sempre longitudinale nell’aria.

Suono
Perturbazione di pressione di carattere oscillatorio che si propaga in un mezzo elastico (gassoso, liquido o solido) attraverso un’onda detta onda acustica, di frequenza tale da essere percepita dall’orecchio umano (da circa 20 a 20.000 Hz).

L’onda acustica viene quindi denominata anche «onda sonora». La perturbazione è generata dalla vibrazione di un corpo (sorgente sonora), che comprime ed espande alternativamente il mezzo elastico in cui è immerso. In pratica, le sorgenti sonore possono essere costituite da fluidi in movimento (getto d’aria, flusso di acqua, ecc.) o da corpi solidi vibranti.

Questo è ciò che accade quando la membrana dell’altoparlante vibra, comprimendo ed espandendo molto velocemente l’aria attorno ad essa.

Le grandezze associate al suono sono:

Pressione sonora: $Δ p (t, x) = p (t, x) - p_{0}$ in Pascal.

Velocità delle particelle: $u (t, x)$ in $\frac{m}{s}$ .

Variazione di densità del mezzo: $Δ ρ (t, x) = ρ (t, x) - ρ_{0}$ in $\frac{k g}{m ^{3}}$ .

La grandezza più importante è la pressione sonora istantanea, in quanto è ciò che viene percepito dall’orecchio.
In genere i fenomeni acustici sono caratterizzati da variazioni di pressione molto piccole e molto rapide.

In aria le onde sonore si propagano attorno al valore stazionario della pressione atmosferica $p_{0} \approx 1 0^{5} P a$ , quindi l’ampiezza di queste fluttuazione è molto piccola come si vede dalla Legge di Stevino.

La soglia dell’udibile dell’orecchio umano è $20 μ P a$ .
In decibel, la soglia del dolore di un suono è di 120dB.

In aria, un suono si propaga a circa $c = 343 \frac{m}{s} + 0.6 \cdot t_{a}$ , dove $t_{a}$ è la temperatura dell’aria.

Vedi anche: Onda, Infrasuoni, Ultrasuoni, Legge di Stevino, Lunghezza d’onda
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Lunghezza d'onda

In fisica, la Lunghezza d’onda di un’onda periodica è la distanza tra due creste o fra due ventri della sua forma d’onda, e viene comunemente indicata dalla lettera greca $λ$ .

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La lunghezza d’onda è definita come $λ = \frac{v}{f}$ , dove $v$ è la velocità di trasmissione dell’onda nel mezzo e $f$ è la frequenza dell’onda.
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Le onde a basse frequenza hanno delle lunghezze d’onda molto ampie. A 20 Hz la lunghezza d’onda è di 17m, che è tantissimo rispetto alle nostre orecchie. Quindi, come percepiamo onde così basse? Tramite vibrazioni corporee. Le basse frequenze sono anche quelle che fanno vibrare maggiormente vetri e pareti.

TODO: inserire diagramma lunghezza d’onda.

Il campo acustico è descritto dall’equazione di Laplace:
TODO: Aggiungere equazione laplace

Onda armonica
todo: differenza tra onda armonica piana e sferica

Le onde armoniche sferiche invece irradiano in tutte le direzioni, e la decrescita della potenza è proporzionale alla distanza:
$Δ p (t, r) = \frac{Δ p _{ma x}}{r} s in (ω t - k r)$
Tuttavia quando si è molto distanti dalla sorgente, i fronti d’onda si possono considerare piani.
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Intensità acustica

L’Intensità acustica o sonora è una grandezza fisica definita come il rapporto tra la potenza di un’onda sonora e l’area della superficie che da essa viene attraversata; oppure come l’energia che nell’unità di tempo attraversa l’unità di superficie posta in un punto perpendicolarmente alla direzione di propagazione del suono.

$I = \frac{P}{S}$
Nel Sistema internazionale l’intensità acustica si misura in watt al metro quadrato, in simboli W/m2.

L’intensità acustica è legata in modo indiretto al volume sonoro, ossia la qualità che distingue i suoni in deboli da quelli forti, grandezza legata alla psicoacustica.

L’orecchio umano è in grado di percepire intensità acustiche che variano in un intervallo molto grande (12 ordini di grandezza): si definisce soglia di udibilità il valore I = $1 0^{- 12}$ W/m2 al di sotto del quale non è più possibile percepire alcun rumore, mentre si chiama soglia del dolore il valore I = 1 W/m2 al di sopra del quale si inizia a provare dolore fisico.

Vista l’ampia escursione delle intensità acustiche dei suoni udibili, si utilizza convenzionalmente una scala logaritmica (che possiede come punto di riferimento il valore della soglia dell’udibilità) definita livello di intensità acustica (Intensity level, IL), o livello sonoro, spesso misurata in decibel:

$L = 10 lo g_{10} \frac{I}{I _{0}} d B$
dove $I_{0} = 1 0^{- 12} \frac{W}{m ^{2}}$ ovvero la soglia di udibilità.

Essendo l’intensità definita come il rapporto tra la potenza propagata dall’onda e la superficie che essa attraversa, nel caso di onde sferiche l’intensità è definita come: $I = \frac{P}{2 π r ^{2}}$

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L’intensità sonora è la grandezza normalmente utilizzata per quantificare l’energia acustica trasportata da un’onda progressiva che si propaga in campo libero (ad esempio, in uno spazio aperto).

Foto qui Foto qui
$I = \frac{P}{S}$ $I = \frac{P}{4 π r ^{2}}$

L’intensità sonora è legata alla pressione sonora secondo la relazione $I = \frac{p ^{2}}{ρ _{0} c}$ dove $ρ_{0}$ è la densità dell’area in condizioni standard ovvero circa $ρ_{0} = 1.2 K g / m^{3}$ .
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Foto qui	Foto qui
$I = \frac{P}{S}$	$I = \frac{P}{4 π r ^{2}}$

Potenza sonora

Si definisce come Livello di potenza sonora la potenza trasmessa sotto forma di suono, misurata in decibel anziché in watt, in rapporto a una potenza di riferimento di $W_{0} = 1 0^{- 12}$ watt:

$L_{W} = 10 lo g \frac{W}{W _{0}} d B$

In genere va specificata la banda di frequenza a cui si fa riferimento o la curva di ponderazione. Se il livello si misura ad esempio in dB(A), il simbolo diventa $L_{W A}$ .

Wikipedia—

Si usa la scala logaritmica in quanto l’orecchio umano può coprire campi di sei ordini di grandezza.
La potenza sonora rimane invariata a prescindere dallo spazio percorso, a differenza dell’intensità sonora che diminuisce.
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Impedenza acustica
Attenzione: articolo a bassa qualità

L’Impedenza acustica è una misura dell’opposizione che un sistema materiale presenta al flusso acustico risultante da una pressione acustica applicata al sistema. È una proprietà caratteristica del mezzo in cui l’onda si propaga.

Numericamente l’impedenza acustica è pari al rapporto fra la pressione sonora e la velocità di propagazione dell’onda.

L’unità SI dell’impedenza acustica è il secondo pascal per metro cubo (Pa · s / m³) o il rayl per metro quadrato (rayl / m²), mentre quello dell’impedenza acustica specifica è il secondo pascal per metro (Pa · s / m ) o il rayl.

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$Z_{0} = \frac{p}{u} = ρ_{0} c$

Rappresenta la velocità di oscillazione delle particelle rispetto alla loro posizione di equilibrio.

Questa si può descrivere anche tramite l’equazione $Z_{s} = \frac{p}{y} = R_{s} + j X_{s}$ in componenti complessi, dove $R_{s}$ è la resistenza acustica specifica e $X_{s}$ è la reattanza acustica specifica.
todo completare questa parte

Vedi anche: intensità sonora
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Info

La velocità di trasmissione del suono cambia da medium a medium, ed è massima nei solidi.
Maggiore la densità del materiale, maggiore la velocità di trasmissione, quindi solidi > liquidi > aria.

Interferenze tra onde
Le onde piane si possono realizzare solo tramite dei tubi aaaa che vuoi da me
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Transclude of Battimento

Ma cosa è un modo acustico??

Pressione acustica

La pressione sonora è l’ampiezza dell’onda di pressione, o onda sonora.

La pressione sonora può essere misurata usando un microfono (misura in aria), un idrofono (misura in acqua) o un catodofono. L’unità di misura della pressione sonora è il pascal (simbolo Pa = N/m2), nonostante si ricorra spesso alla scala logaritmica (avente come unità di misura il dB) che esprime invece propriamente il livello di pressione sonora (vedi sotto). La pressione sonora istantanea è la variazione di pressione $p_{0}$ causata da un’onda sonora in un certo istante e in un certo punto dello spazio. La pressione sonora efficace è il valore efficace dell’onda:
$p_{r m s} = \frac{1}{T} \int_{0}^{T} p^{2} (t)$
Per un’onda sonora, la grandezza complementare alla pressione sonora è la velocità delle particelle. Per piccoli segnali, la pressione sonora e la velocità delle particelle sono proporzionali (legge di Ohm acustica: $Δ p = ρ_{0} c v$ ), e il loro rapporto viene detto impedenza acustica. L’impedenza acustica dipende dalle caratteristiche dell’onda e del mezzo. Il prodotto della pressione sonora e della velocità delle particelle prende il nome di intensità sonora istantanea.

La pressione sonora totale è
$p_{t o t} = p_{0} + (p_{ma x} - p_{0}) sin (ω_{p} t + Φ_{0})$
con

$p_{0}$ pressione dell’ambiente,

$p_{ma x}$ - $p_{0}$ ampiezza della pressione sonora.

Il livello di pressione sonora (SPL) o livello sonoro $L_{p}$ è una misura logaritmica della pressione sonora efficace di un’onda meccanica (sonora) rispetto a una sorgente sonora di riferimento. Viene misurata in decibel (simbolo $d b_{s pl})$ :
$L_{p} = 10 lo g_{10} (\frac{p}{p _{0}})^{2} = 20 lo g_{10} (\frac{p}{p _{0}})$
Dove $\frac{p}{p _{0}} = p_{r m s}$ .

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Nel caso di un’onda sinusoidale $p_{e ff} = \frac{Δ p _{ma x}}{2}$ .

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Potenza sonora

Si definisce come Livello di potenza sonora la potenza trasmessa sotto forma di suono, misurata in decibel anziché in watt, in rapporto a una potenza di riferimento di $W_{0} = 1 0^{- 12}$ watt:

$L_{W} = 10 lo g \frac{W}{W _{0}} d B$

In genere va specificata la banda di frequenza a cui si fa riferimento o la curva di ponderazione. Se il livello si misura ad esempio in dB(A), il simbolo diventa $L_{W A}$ .

Wikipedia—

Si usa la scala logaritmica in quanto l’orecchio umano può coprire campi di sei ordini di grandezza.
La potenza sonora rimane invariata a prescindere dallo spazio percorso, a differenza dell’intensità sonora che diminuisce.
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$L_{p}$	$L_{p} = 10 lo g (\frac{p}{p _{re f}})^{2}$	Livello di Pressione Sonora
$L_{w}$	$L_{w} = 10 lo g \frac{W}{W _{re f}}$	Livello di Potenza Sonora
$L_{I}$	$L_{I} = 10 lo g \frac{I}{I _{re f}}$	Livello di Intensità Sonora
Quando più sorgenti producono rumore, per trovare l’intensità in decibel si opera prima per trovare il livello di pressione sonora come:
$L_{pTOT} = 10 lo g (Σ_{i} 1 0^{\frac{L _{P_{i}}}{10}})$
Se la differenza è di più di 10 Decibel, generalmente il risultato sarà molto vicino alla sorgente col livello più alto.
Quando invece si sommano due suoni uguali, questo corrisponde ad un aumento di $3 d B$ .

Nell’analisi spettrale si utilizzano le bande di frequenza, e in genere si sceglie come modello quello delle Bande di ottave o Bande a terzi di ottave, in quanto queste hanno una risoluzione adatta a todo: completa dopo

Vedi: Loudness, Timbro, Pitch

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