Introduzione al suono, alla frequenza e allo spettro acustico.
Prima di approfondire l'argomento degli ultrasuoni, è importante introdurre il concetto stesso di suono. La maggior parte di noi sente una moltitudine di suoni diversi ogni minuto, ma pochi sanno spiegare come tutti questi suoni interagiscono tra loro.
In parole semplici, il suono è la vibrazione delle molecole d'aria (ecco perché non c'è suono nello spazio!). Quando un oggetto vibra, fa muovere le molecole d'aria circostanti. Queste molecole urtano contro quelle vicine, e così via. Questo crea un'onda di vibrazioni che si propaga nell'aria, ed è ciò che percepiamo come suono. L'aria stessa non viaggia completamente con l'onda sonora. Piuttosto, ogni molecola d'aria si allontana da un punto di riposo, ma alla fine vi ritorna. Il processo di creazione del suono può essere suddiviso in 3 fasi:
La vibrazione della sorgente
Propagazione delle onde (trasferimento di energia attraverso un mezzo, ad esempio le molecole dell'aria).
Rilevamento biologico (timpano)
Quando sentiamo qualcosa, le nostre orecchie percepiscono le onde di pressione che si propagano nell'aria. Il numero di oscillazioni di pressione al secondo è noto come frequenza , che si misura in Hertz (1 Hz = 1 oscillazione al secondo). Queste onde di pressione entrano nell'orecchio esterno e fanno vibrare il timpano. Le onde sonore raccolte dall'orecchio esterno vengono trasmesse all'orecchio interno, dove vengono generati segnali elettrici. Questi segnali vengono inviati al cervello, che li traduce in suoni che possiamo riconoscere e udire.
Lo spettro acustico
La gamma uditiva umana, ovvero l'intervallo di frequenze dei suoni che possiamo percepire, va da 20 Hz a 20 kHz (20.000 Hz). La frequenza è direttamente correlata all'altezza del suono , quindi un suono a 20 Hz avrebbe un'altezza estremamente bassa (ad esempio, un basso profondo). Sebbene l'altro estremo della gamma uditiva sia tecnicamente a 20 kHz, la maggior parte degli adulti ha difficoltà a sentire suoni di queste frequenze. Persino un fischio acuto ha una frequenza di soli 10 kHz. I decibel (dB) sono un'altra unità di misura fondamentale del suono. Tuttavia, mentre la frequenza e l'altezza del suono sono correlate alle vibrazioni al secondo, i decibel sono una misura indipendente correlata all'intensità/volume, o ampiezza dell'onda di pressione. Come abbiamo appena visto, la gamma uditiva contiene le onde sonore che possiamo percepire. Tuttavia, esistono molti suoni nel mondo che non possiamo udire. Lo spettro acustico si riferisce all'intera gamma di frequenze delle onde sonore che possono propagarsi attraverso un mezzo come vibrazioni e onde meccaniche. Lo spettro acustico viene comunemente suddiviso in quattro bande di frequenza principali:
Infrasuoni: inferiori a 20 Hz. Troppo bassi perché l'orecchio umano possa udirli, ma possono essere percepiti fisicamente.
Ad esempio, il rombo di un vulcano lontano o un terremoto.
Suono udibile: da 20 Hz a 20 kHz. Considerato entro la normale gamma dell'udito umano.
Ad esempio, voci, musica, automobili, ecc.
Ultrasuoni: da 20 kHz ad almeno 100 kHz. Questa frequenza è ben al di sopra della gamma uditiva umana.
Ad esempio, problemi relativi a gas, elettricità e meccanica, ecolocalizzazione animale.
Ipersuoni: 10^13 Hz (10.000.000.000.000 Hz).
La teoria classica delle onde acustiche comincia a mostrare delle lacune. Questo esula completamente dal nostro campo di interesse.
Frequenza vs Ampiezza
Potremmo pensare che i suoni al di fuori della gamma uditiva non producano decibel perché non li percepiamo. Tuttavia, ricordiamo che la frequenza è il fattore principale che determina se possiamo sentire un suono o meno. I suoni in tutto lo spettro acustico possono comunque produrre decibel. È risaputo che i suoni forti possono danneggiare l'udito. Concerti, esplosioni e altri suoni superiori a 90 dB rientrano generalmente nella zona di pericolo per l'esposizione prolungata. Tuttavia, abbiamo appena appurato che anche i suoni in altre gamme acustiche (come gli ultrasuoni) producono decibel. Sebbene non danneggino l'udito, questi suoni possono comunque causare effetti negativi non udibili. I suoni nella gamma degli infrasuoni possono causare sensazioni di ansia o nausea, e molti suoni ultrasonici possono provocare mal di testa, vertigini e pressione nelle orecchie. Infatti, ultrasuoni ad ampiezza estremamente elevata (~180 dB) possono causare gravi danni agli organi interni, e non sentiremmo nulla. Ricordiamo che la frequenza, e il rispettivo Hz, non classifica oggettivamente ciò che è udibile. I pipistrelli possono udire suoni da circa 1 kHz a oltre 200 kHz. Il loro intervallo uditivo comprende semplicemente la gamma degli ultrasuoni, a differenza del nostro. Gli esseri umani devono utilizzare tecniche visive come l'ecolocalizzazione, mentre pipistrelli e delfini percepiscono con l'udito le frequenze ultrasoniche corrispondenti.
Congratulazioni! Hai completato la tua introduzione al suono, alla frequenza e allo spettro acustico!
