Effetti del suono sulla materia, tesina

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Indice

1. Onde pag. 3

1.1 Onde sonore pag. 3

2. Cimatica pag. 5

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2.1 CymaScope pag. 6

2.2 Three Dimentional Manipulation pag. 8

2.3 Supporti musicali analogici, un esempio pag. 9

Effetti di suono e musica sul corpo umano pag. 10

1. Perché si apprezza la musica? pag. 10

2. Musicoterapia pag. 11

3. Tecniche di canto pag. 12

Rapporto musica-poesia nel ‘900 pag. 13

Conclusione pag. 16

Fonti, bibliografia e sitografia pag. 17

Introduzione

La tesi che sto per presentare è nata da un interesse personale già esistente per la musica e dalla voglia di capire più a fondo il funzionamento dei processi che portano l’uomo ad apprezzare questa forma di arte; ovviamente è necessario un approfondimento dal punto di vista tecnico e l’interesse in questo caso è scaturito nel momento in cui ho iniziato a cercare materiale. Sui libri e in rete spesso, parlando di un argomento, è naturale richiamarne altri così ho poco a poco approfondito le mie conoscenze interessandomi sempre più ad aspetti curiosi e tecnologici dello studio del suono che portano a scoprire nuove applicazioni dell’onda sonora utili in futuro per scopi anche medici ma soprattutto nel campo della ricerca scientifica sotto forma di nuovi strumenti per analisi finora mai effettuate.

In queste pagine si parlerà di come il suono, che è formato da onde, può interagire con la materia; si farà riferimento soprattutto a esperienze pratiche cercando di approfondire gli strumenti utilizzati negli esperimenti citati dal punto di vista del loro funzionamento e delle leggi che lo permettono.

In una seconda parte poi si passerà ad analizzare come suono, e musica, siano in grado di interagire perfino con il corpo umano modificando ad esempio la frequenza cardiaca o gli impulsi nervosi, fino a capire come manipolare questa interazione anche per scopi terapeutici.

Sotto un risvolto più artistico e letterario infine si approfondiranno alcuni testi che parlano di musica al fine di vedere come questa arte è intesa dai diversi autori presi in considerazione.

1. Onde

Iniziamo descrivendo in generale i concetti di onda e onda stazionaria, fondamentali per capire la propagazione delle onde sonore nello spazio. 2

Le onde sono perturbazioni che si propagano nello spazio tramite un mezzo e trasportano energia ma non materia; l’onda per avere un inizio ha bisogno di qualcosa che la generi: lo chiameremo sorgente.

Siccome il suono è costituito da onde longitudinali periodiche proseguiamo descrivendo le caratteristiche di questo tipo di perturbazione: si genera un’onda longitudinale quando la direzione della perturbazione è uguale alla direzione di propagazione dell’onda; essendo anche periodica l’onda ha dei “cicli”, ovvero porzioni che si ripetono uguali nel tempo e nello spazio.

Le onde periodiche hanno tre parametri fondamentali che determinano il loro comportamento:

• Ampiezza (A): la massima distanza dell’onda dal punto di equilibrio; ripetendosi sempre uguale definiamo creste e ventri i punti rispettivamente più alti e più bassi che l’onda tocca;
• Lunghezza d’onda (λ): la distanza tra due creste (o due ventri) successivi;
• Periodo (T): é il tempo nel quale un’intera oscillazione viene compiuta, ovvero il tempo che ci vuole per coprire una distanza pari alla lunghezza d’onda.

Il suono è caratterizzato dalla frequenza, misurata in Hertz [Hz]: unità di misura che si calcola come f = 1/T;

1.1 Onde sonore

Le onde sonore si basano sui comportamenti sopra descritti e si propagano solo in mezzi materiali, quindi escludiamo la propagazione nel vuoto.

Prendendo come esempio generale la membrana di un altoparlante osserviamo come la vibrazione che si produce sia in grado prima di comprimere l’aria davanti a sé e poi di fare in modo che si generi anche una zona d’aria più rarefatta; l’alternanza di compressioni e rarefazioni fa sì che si produca l’onda sonora, la quale procede alla velocità del suono [340m/s].

Essendo un’onda, le molecole d’aria che subiscono le compressioni e le rarefazioni vibrano solamente ma non si spostano dalla loro posizione in quanto nel moto ondoso non è previsto lo spostamento di materia.

Ciò che nella descrizione generale delle onde avevamo chiamato “ciclo”, qui è composto da una compressione e una rarefazione: possiamo quindi definire la frequenza come il numero di cicli che passano in uno stesso punto in un secondo.

Molto raramente però i suoni sono delle perfette onde periodiche e armoniche a causa di interferenze e altri fattori che distinguono il suono “puro” da quello “complesso”, ovvero formato dalla sovrapposizione di più onde “pure”.

Le onde danno origine a fenomeni di sovrapposizione, diffrazione, interferenza (costruttiva o distruttiva a seconda della concordanza o discordanza di fase), fenomeno dei battimenti, e onde stazionarie; analizziamo proprio queste ultime, siccome sarà utile comprendere questo principio per le esperienze descritte successivamente.

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Un’onda stazionaria, generata dalla sovrapposizione di un’onda che avanza con una riflessa, è una perturbazione periodica di un mezzo materiale, le cui oscillazioni, vincolate ad alcuni nodi, sono limitate nello spazio: non c’è propagazione lungo una certa direzione nello spazio, ma solo un’oscillazione nel tempo. La vibrazione dà origine a un modo normale dell’onda che è definito come prima armonica; la sezione di spazio che oscilla ha dei punti fondamentali che sono i nodi e i ventri: un nodo è una parte del mezzo che non si muove, mentre un ventre è il punto dove l’onda raggiunge l’ampiezza massima dell’oscillazione. Chiamiamo “modo normale” la forma che l’oscillazione assume, la quale dipende ovviamente da una diversa frequenza di vibrazione: le frequenze registrate formano una serie armonica che è la successione di queste frequenze; quella più bassa è la “frequenza fondamentale” a cui seguono le altre armoniche (2^a, 3^a… armonica) che sono multipli interi della fondamentale e a cui corrisponde il numero di ventri dell’onda generata (la prima armonica ha solo un ventre, la seconda due e così via).

Consideriamo il caso in cui l’onda stazionaria si generi all’interno di un cilindro con un’estremità chiusa: abbiamo quindi un nodo fisso che è presso il fondo del cilindro mentre all’altra estremità notiamo come l’onda si disperda subito dopo aver raggiunto il ventre.

Definiamo quindi nel caso generale la prima armonica, la frequenza fondamentale, che avrà lunghezza d’onda:

proseguendo ricaviamo la frequenza dalla relazione λf = v, e quindi:

considerando che rispetto al modello iniziale questo manca di un nodo, le armoniche seguenti saranno la terza, la quinta e così via. Possiamo quindi definire il caso generale e scrivere le formule per la frequenza e la lunghezza d’onda delle successive armoniche:

L’esempio più chiaro di questo fenomeno è l’orecchio umano e in questo caso il fondo del “cilindro” è il timpano. Ci sono anche gli strumenti a fiato che funzionano nello stesso modo, spesso però il cilindro ha entrambe le estremità aperte; in questo caso:

2. Cimatica

Il termine cimatica designa una teoria, dovuta allo studioso svizzero Hans Jenny, che tenta di dimostrare un effetto morfogenetico delle onde sonore. Il nome di questa scienza è stato coniato dallo stesso Hans Jenny, e deriva dal greco kymatika [κυματικά] che significa “studio riguardante le onde” (da kyma [κΰμα] che significa “onda, flutto”).

Precedentemente alle sue teorie, già nel 1787 il fisico e musicista tedesco Ernst Chladni pubblicò il libro “Scoperte sulla teoria dei suoni” nel quale descriveva le proprie esperienze dimostrando di fatto che il suono agisce sulla materia fisica creando schemi geometrici; ciò era ben visibile con uno metodo che

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consisteva nello sfregare con un archetto di violino un piatto metallico cosparso di sabbia molto fine sul quale si generavano particolari forme dovute alla frequenza di vibrazione della lastra metallica. Parliamo sempre di onde stazionarie: la sabbia si accumulava quindi in presenza dei nodi di queste onde formando figure simili a queste.

Chladni osservò inoltre che:

• Ogni ventre è separato da un altro ventre tramite una linea nodale;
• La lastra vibra diversamente al variare del modo di eccitazione. Fissando più punti si ottengono figure più complesse poiché maggiori sono le linee nodali;
• La posizione delle linee nodali muta al variare della forma delle piastre, delle loro dimensioni, dal modo in cui esse vibrano e dalla frequenza;
• Più è acuto il suono della vibrazione tanto maggiori sono le linee nodali che una stessa piastra produce;
• Le linee nodali si caratterizzano per la simmetria. La stessa piastra posta in vibrazione nelle medesime condizioni riproduce sempre le stesse linee nodali.

Successivamente a queste esperienze gli studi vennero tralasciati finché nel XX secolo Hans Jenny con apparecchiature più sofisticate riprese le ricerche approfondendo le teorie di Chladni e fotografando anche l’esperienza in modo da verificare la prevedibilità delle forme che si venivano a creare; lo studioso fu particolarmente impressionato da un’osservazione: imponendo una vocalizzazione in antico sanscrito come l’OM (Aum) (conosciuto dagli induisti e buddhisti come il suono della creazione e corrispondente al Verbo, al Logos della Bibbia occidentale) la polvere di licopodio rispondeva alle vibrazioni sonore generando un cerchio con un punto centrale, simbolo con il quale antiche popolazioni indiane rappresentavano il mantra OM (Aum); lo stesso comportamento avveniva anche con altri suoni delle lingue ebraica e sanscrito e si venivano quindi a generare i simboli grafici utilizzati per scrivere quel particolare suono, come se pronunciando una “A” la forma che si crea sul piatto metallico fosse il simbolo grafico della “A” stessa.

Al di là di questo particolare aspetto si è osservato come il suono sia in grado di manipolare la materia seppur con interazioni deboli, rendendo però evidente la relazione tra forma e frequenza.

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