Acustica di base

Acustica

Fenomeno sonoro

Il fenomeno sonoro è una perturbazione che si propaga in un mezzo elastico e che può essere percepita dall'orecchio umano.

Elementi

• Sorgente sonora
• Mezzo di propagazione
• Ricezione

Lunghezza d'onda

La lunghezza d'onda è la distanza percorsa dall'onda durante un'oscillazione completa. La sua espressione è: \[\lambda = \frac{v}{f}\], dove:

• v è la velocità di propagazione del suono in quel determinato mezzo elastico,
• T è il periodo dell'onda sonora,
• f è la frequenza di oscillazione.

L'orecchio umano non può percepire tutte le frequenze, ma solo quelle comprese fra 16 e 20.000 Hz.

Pressione sonora

La pressione sonora è definita come ΔP = P₀ - P, dove P₀ è la pressione indisturbata, generalmente considerata quella atmosferica, risultando in genere 0 ≤ ΔP ≪ 10 Pa.

Velocità di propagazione

Indicando con v la velocità delle particelle del fluido perturbato e con Δρ la variazione di densità rispetto all'iniziale ρ₀, si potrà scrivere: v = Δρ/ρ₀.

Dalla legge di Newton, si ricava un'altra relazione sulla velocità: ΔP = ρ₀v².

Esplicando dalla relazione precedente la velocità delle particelle, si ottiene: v = (ΔP/ρ₀)^1/2 e considerando ΔP come una differenza di potenziale, di conseguenza, si può definire come una resistenza acustica.

Un'altra relazione per la velocità è: v = (B/ρ₀)^1/2, dove B è il modulo di bulk.

Il processo sonoro si può considerare:

• Adiabatico: perché l'aria non trasmette bene il calore.
• Quasi statico: poiché ΔP è molto piccolo.
• Senza fenomeni dissipativi: quindi è una trasformazione adiabatica reversibile.

Propagazione nei gas

Dall'equazione dei gas ideali: P₀V₀/T₀ = nR = 8314 J/mol·K, si scrive in funzione della densità utilizzando la relazione del volume specifico come inverso della densità. Essendo in presenza di un’adiabatica reversibile, vale la relazione: (P/ρ)^κ = costante. In conclusione, si ottiene la velocità di propagazione del suono nei gas come: v = (γRT/M)^1/2, dove si evidenzia la relazione della velocità con la temperatura.

Intensità sonora

L'intensità sonora è definita come la potenza che fluisce perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda per unità di superficie nell'unità di tempo. L'intensità sonora, misurata in Watt, sarà quindi: I = P/A.

Densità di energia

La densità di energia è l'energia contenuta nell'unità di volume a causa dell'attraversamento di un fronte sonoro. Prendendo un volume di superficie S e altezza vΔt, si avrà: E = ½ ρv².

La densità risulta dunque dal rapporto: E/V = ½ ρv².

Pressione efficace

I fenomeni sonori possono essere visti come sovrapposizioni di onde.