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Il suono
Cos’è il suono 
La percezione del suono: intensità 
La velocità del suono: effetto Doppler 
smorzamento 
assorbimento 
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Vedi 
Introduzione al suono: le vibrazioni 
Introduzione al suono: sorgenti impulsive
Suono o rumore?
Onda longitudinale
Non tutte le onde elastiche sono suoni. 
L’intervallo di udibilità dell’uomo va da 20Hz a 
20000 Hz, 
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Intervalli di emissione 
della voce umana e di 
diversi strumenti 
musicali
La percezione del suono 
E’ possibile stabilire relazioni semplici tra le 
grandezze fisiche che caratterizzano l'onda son...
La percezione dell’intensità 
Non basta dire non ci sento… 
Prova 
hearloss.exe
Intensità di un’onda sonora
La soglia di udibilità: 
Corrisponde ad una variazione di pressione rispetto alla pressione 
atmosferica di soli 20 μPa 
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La soglia del dolore: 
Mille miliardi di volte più grande della soglia di 
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Livello di intensità sonora 
Il campo di variazione dell’intensità sonora è 
estremamente ampio: occupa circa 12 ordini di...
e 
l'orecchio non risponde alle differenza tra due 
intensità, quanto al rapporto tra due intensità 
Per il suono
Per questo si è scelto di esprimere il livello 
di intensità sonora mediante una scala 
logaritmica 
Il livello di intensi...
Vantaggi della scala in decibel 
• il valore di intensità relativo alla soglia di udibilità vale : 
0 dB 
• possibilità di...
Vantaggi della scala in decibel 
•A livello percettivo l’orecchio sembra rispondere, 
approssimativamente, allo stimolo ra...
Perché compare il 10? 
Senza il 10, invece del decibel avremmo il Bel, 
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Sorgente sonora Livello di intensità sonora in dB 
razzo che parte - non tollerabilità 170 
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Attenzione però! 
L'intensità sonora I(dB) è una grandezza fisica che, oggettivamente, misura 
il flusso di energia traspo...
Il condotto uditivo esterno ha un diametro di 7,5 mm e una 
lunghezza di 22-25 mm. La lunghezza del condotto è tale che es...
Effetti e illusioni acustiche 
La scala di Shepard 
La percezione uditiva è un fenomeno complesso, in cui le caratteristic...
Effetti e illusioni acustiche 
L'effetto McGurk 
1. Osservare il video senza audio e 
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La velocità del suono in un gas 
dove 
fattore che dipende dalla temperatura; 
è la pressione a 0°C 
è la densità del gas....
gas Densità (Kg/m3) Velocità (m/s) 
elio 0,18 1030 
aria 1,20 344 
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carbonica 
1,98 279 
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zolfo 
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Con elio 
AUDIO: clicca qui per ascoltare 
ELIO.mp3 
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La frequenza delle corde vocali non è 
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Gas più denso dell’aria 
• Spettacolare dimostrazione della maggiore densità del SF6 
rispetto all'aria 
VIDEO: clicca qui...
Velocità del suono nell'acqua 
Nei liquidi non sono possibili onde trasversali. 
La maggior parte delle onde radio non pas...
Vedi 
bang supersonici
Effetto Doppler 
f ´ < f0 f ´ > f0 f0 f0 
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Sorgente 
vsource = vsound 
Sorgente 
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Molte armi portatili sparano proiettili a 
velocità comprese tra 200 e 300 m/s
"boom supersonico" 
Vedi video 
Mach 1 equivale alla velocità del suono.
Smorzamento 
A parità di energia emessa, quale suono arriva 
più lontano?
Dipendenza del flusso di energia e dell'ampiezza 
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Smorzamento 
Per sorgenti di onde sferiche, il 
flusso di energia dovrà decrescere 
come il quadrato della distanza 
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Smorzamento 
Se la sorgente sonora ha una 
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Smorzamento 
Per questo, in ambienti aperti, le onde sonore emesse da 
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Smorzamento 
Allora, lo spettatore in ultima fila non dovrebbe 
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Assorbimento 
Nelle situazioni reali non è più possibile trascurare la 
perdita di energia sonora dovuta alla sua parziale...
Le onde a più elevata frequenza vengono 
assorbite con maggiore facilità. 
tuono percepito da lontano: 
"rombo" perché fre...
Dispersione 
L'aria ha un'altra gradevole proprietà oltre a quella di 
essere respirabile. Essa è un mezzo sostanzialmente...
La riflessione 
il fenomeno della riflessione è significativo solo se la dimensione 
dell'ostacolo è molto maggiore della ...
L’eco 
Il nostro orecchio ha la capacità, per ragioni di fisiologiche, di discriminare 
due suoni ricevuti in sequenza, so...
Applicazioni 
Il Sonar 
Non solo per la nautica 
• robot mobili 
• telecomandi per elettrodomestici con sensori ultrasonic...
• L’ecografia 
Applicazioni 
Viste le dimensioni minime dei dettagli da 
visualizzare, devono essere usati ultrasuoni. 
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Applicazioni 
Tale tecnica si basa sullo spostamento in frequenza che subiscono le onde 
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Diffrazione del suono 
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Con una fenditura 
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A parità di dimensioni dell'ostacolo, 
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Interferenza del suono 
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Sovrapposizione di due impulsi
Sovrapposizione di due onde che si 
propagano nella stessa direzione
Sovrapposizione di due onde che si 
propagano in direzioni opposte 
Onda stazionaria
Gli strumenti 
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riflessione + interferenza 
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Onde stazionarie nel flauto 
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Onde stazionarie nel flauto 
Senti la nota 
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Guarda la forma d’onda Guarda lo spettro delle frequenze 
I picchi che com...
Vedi onde stazionarie con i tubi di gomma 
Vedi tubo di Kundt 
Vedi altra visualizzazione delle onde stazionarie.
Vedi 
Dalla pernacchia allo strumento, con la risonanza …
… con frequenza diversa 
i battimenti 
Prova a costruire suoni con 
Generatore di suoni
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Il suono 2014

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Il suono 2014

  1. 1. Il suono
  2. 2. Cos’è il suono La percezione del suono: intensità La velocità del suono: effetto Doppler smorzamento assorbimento dispersione riflessione rifrazione diffrazione interferenza onde stazionarie battimenti Fenomeni:
  3. 3. Vedi Introduzione al suono: le vibrazioni Introduzione al suono: sorgenti impulsive
  4. 4. Suono o rumore?
  5. 5. Onda longitudinale
  6. 6. Non tutte le onde elastiche sono suoni. L’intervallo di udibilità dell’uomo va da 20Hz a 20000 Hz, l’intervallo di emissione da 85 Hz a 1100 Hz. Senti, se ce la fai… Oppure qui Oppure prova col generatore di segnali di SCOPE
  7. 7. Intervalli di emissione della voce umana e di diversi strumenti musicali
  8. 8. La percezione del suono E’ possibile stabilire relazioni semplici tra le grandezze fisiche che caratterizzano l'onda sonora e gli attributi del suono che percepiamo? Grandezza fisica relativa all'onda termine musicale frequenza altezza ampiezza al quadrato intensità (o volume) composizione spettrale timbro Ma queste relazioni valgono solo in misura approssimativa, e solo quando ci si riferisce a suoni puri.
  9. 9. La percezione dell’intensità Non basta dire non ci sento… Prova hearloss.exe
  10. 10. Intensità di un’onda sonora
  11. 11. La soglia di udibilità: Corrisponde ad una variazione di pressione rispetto alla pressione atmosferica di soli 20 μPa (pari a circa 0,2 miliardesimi della pressione atmosferica). A questi livelli di pressione lo spostamento della membrana timpanica è dell'ordine di 10-11 cm (un decimo circa del raggio dell'atomo di idrogeno)!!!
  12. 12. La soglia del dolore: Mille miliardi di volte più grande della soglia di udibilità.
  13. 13. Livello di intensità sonora Il campo di variazione dell’intensità sonora è estremamente ampio: occupa circa 12 ordini di grandezza. Ameba: circa 600 millesimi di mm diametro dell'orbita lunare : circa 600 mila km
  14. 14. e l'orecchio non risponde alle differenza tra due intensità, quanto al rapporto tra due intensità Per il suono
  15. 15. Per questo si è scelto di esprimere il livello di intensità sonora mediante una scala logaritmica Il livello di intensità sonora è un numero puro al quale si attribuisce però, per convenzione, un'unità di misura: il decibel.
  16. 16. Vantaggi della scala in decibel • il valore di intensità relativo alla soglia di udibilità vale : 0 dB • possibilità di rappresentare grandezze che presentano un grande campo di variazione l’intensità sonora di un concerto rock (prossimo alla soglia del dolore) è 1000 miliardi più intensa della soglia di udibilità, cioè 120 dB
  17. 17. Vantaggi della scala in decibel •A livello percettivo l’orecchio sembra rispondere, approssimativamente, allo stimolo rappresentato dall’intensità dell’onda seguendo una scala logaritmica. Un suono puro di ampiezza crescente con progressione aritmetica: ad ogni secondo l'ampiezza aumenta di una quantità fissa (pari all'ampiezza iniziale) Un suono puro di ampiezza crescente con progressione geometrica: ogni secondo l'ampiezza raddoppia AUDIO: clicca qui per ascoltare progressione_aritmetica_ampiezze.wav AUDIO: clicca qui per ascoltare progressione_geometrica_ampiezze.wav Raddoppiando l’intensità sonora non si percepisce un suono di intensità doppia
  18. 18. Perché compare il 10? Senza il 10, invece del decibel avremmo il Bel, ma il dB rappresenta, con buona approssimazione, la minima differenza di intensità tra due suoni che l'orecchio può percepire Che senso ha avere unità di misura più piccole del decibel se poi l'orecchio non è in grado di apprezzare la differenza? Il dB rappresenta il giusto livello di sensibilità.
  19. 19. Sorgente sonora Livello di intensità sonora in dB razzo che parte - non tollerabilità 170 aereo a reazione che decolla 130 martello pneumatico 120 a un concerto rock 110 quando c'è molto traffico 100 in metropolitana 90 in una piccola fabbrica 80 in strada di città 70 quando si conversa 60 in casa 50 in biblioteca 40 bisbiglio 20 foglie che si muovono 10 soglia di udibilità 0 Si pensa che un rumore (onda di shock) di 200 dB possa uccidere un uomo.
  20. 20. Attenzione però! L'intensità sonora I(dB) è una grandezza fisica che, oggettivamente, misura il flusso di energia trasportata dall'onda sonora. Tale grandezza non descrive correttamente però la "sonorità" percepita in quanto essa dipende in modo decisivo dalla frequenza del suono, e in misura minore, anche dal timbro del suono stesso. Suono di intensità costante e frequenza crescente. L'intensità percepita sembrerà invece variabile a causa in parte della risposta del mezzo con cui il suono è trasmesso (cuffia, altoparlanti, ecc.), e in parte per la dipendenza dalla frequenza . AUDIO: clicca qui per ascoltare sweep_20_20000_Hz.wav
  21. 21. Il condotto uditivo esterno ha un diametro di 7,5 mm e una lunghezza di 22-25 mm. La lunghezza del condotto è tale che esso entra in risonanza alla frequenza di circa 2700 Hz (anche se poi, per la concomitanza di altri processi, la regione di massima sensibilità uditiva si colloca attorno ai 3800 Hz).
  22. 22. Effetti e illusioni acustiche La scala di Shepard La percezione uditiva è un fenomeno complesso, in cui le caratteristiche fisiche del suono ricevuto, quelle fisiologiche dell'orecchio, e l'attività neurale del cervello interagiscono in modo sottile. La percezione uditiva non èun’immagine fedele del suono ricevuto, ma piuttosto una sua complessa (e non così fedele) elaborazione. AUDIO: clicca qui per ascoltare Glissando_Shepard.mp3 scala di Shepard. Glissando discendente. AUDIO: AUDIO: AUDIO: teo_torriatte.mp3 da Teo Torriatte, dei Queen echoes.mp3 da Echoes, dei Pink Floyd BWV542.mp3 J.S. Bach
  23. 23. Effetti e illusioni acustiche L'effetto McGurk 1. Osservare il video senza audio e cercare di capire quale sillaba viene pronunciata. 2. Rivedere il video con l’audio 3. Ascoltare l’audio senza guardare il filmato. Vedi video
  24. 24. La velocità del suono in un gas dove fattore che dipende dalla temperatura; è la pressione a 0°C è la densità del gas. In condizioni standard vsuono =340 m/s
  25. 25. gas Densità (Kg/m3) Velocità (m/s) elio 0,18 1030 aria 1,20 344 Anidride carbonica 1,98 279 Esafluoruro di zolfo 6,07 145 27°C, a livello del mare
  26. 26. Con elio AUDIO: clicca qui per ascoltare ELIO.mp3 ELIO La frequenza delle corde vocali non è sensibilmente modificata dal gas che le avvolge Le corde vocali producono un'onda di forma complessa, ma la voce è modulata dal filtraggio operato dalle risonanze proprie di faringe, L'effetto dell‘elio non è bocca, cavità nasali, ecc. quello di modificare la frequenza delle armoniche della voce, ma di spostare verso valori più acuti le frequenze proprie di risonanza della bocca e delle altre cavità. L'ampiezza relativa delle diverse armoniche è mutata. Armoniche più acute, che non avevano grande ampiezza in aria divengono più importanti in elio
  27. 27. Gas più denso dell’aria • Spettacolare dimostrazione della maggiore densità del SF6 rispetto all'aria VIDEO: clicca qui per vedere • L'inalazione di SF6 permette di verificare che il timbro della voce viene spostato verso il registro grave, all'opposto di quanto accade inalando Elio, che rende la voce simile a quella di Paperino. VIDEO: clicca qui per vedere
  28. 28. Velocità del suono nell'acqua Nei liquidi non sono possibili onde trasversali. La maggior parte delle onde radio non passano dall'aria all'acqua, e quindi, per esempio il GPS e le normali trasmissioni radio non funzionano sott'acqua. La densità dell'acqua è circa 1000 volte maggiore di quella dell'aria, mentre la comprimibilità è circa 10000 volte minore. Il numero che si ottiene per acqua distillata a 25°C e a pressione ambiente è circa V acqua= 1947 m/s L'oceano è un mezzo non omogeneo, e anche la velocità del suono può cambiare di punto in punto, per il fenomeno della rifrazione. Un effetto noto e particolarmente importane è la costituzione di un "canale" privilegiato alla profondità approssimativa di 750 m, in grado di condurre il suono subacqueo a grandi distanze come una vera e propria guida d'onda.
  29. 29. Vedi bang supersonici
  30. 30. Effetto Doppler f ´ < f0 f ´ > f0 f0 f0 Sorgente di suono a frequenza f0 ferma Sorgente di suono a frequenza f0 vsource < vsound
  31. 31. Sorgente vsource = vsound Sorgente vsource > vsound
  32. 32. Molte armi portatili sparano proiettili a velocità comprese tra 200 e 300 m/s
  33. 33. "boom supersonico" Vedi video Mach 1 equivale alla velocità del suono.
  34. 34. Smorzamento A parità di energia emessa, quale suono arriva più lontano?
  35. 35. Dipendenza del flusso di energia e dell'ampiezza dell'onda dalla distanza r dalla sorgente Tipo di onda Flusso di energia ampiezza Sferiche ÷ 1/r2 ÷ 1/r Cilindriche ÷ 1/r ÷ 1/r piane costante costante
  36. 36. Smorzamento Per sorgenti di onde sferiche, il flusso di energia dovrà decrescere come il quadrato della distanza dovendo attraversare superfici sferiche che invece crescono come il quadrato della distanza.
  37. 37. Smorzamento Se la sorgente sonora ha una simmetria cilindrica, ci aspettiamo che il flusso di energia emessa decresca come l'inverso della distanza dovendo attraversare superfici (laterale) la cui area aumenta linearmente con la distanza dalla sorgente.
  38. 38. Smorzamento Per questo, in ambienti aperti, le onde sonore emesse da sorgenti puntiformi si smorzano molto più rapidamente rispetto a quelle emesse da sorgenti a simmetria cilindrica o piana.
  39. 39. Smorzamento Allora, lo spettatore in ultima fila non dovrebbe sentire niente, o no?
  40. 40. Assorbimento Nelle situazioni reali non è più possibile trascurare la perdita di energia sonora dovuta alla sua parziale conversione in energia interna. L'attenuazione del flusso di energia sonora dovuta all'assorbimento atmosferico è di solito proporzionale alla densità dell'aria e alla velocità del suono nel mezzo e dipende • dalle condizioni di umidità dell'aria • dalla temperatura dell'aria • dalla frequenza dell'onda sonora.
  41. 41. Le onde a più elevata frequenza vengono assorbite con maggiore facilità. tuono percepito da lontano: "rombo" perché frequenze molto basse, le uniche sopravvissute all'assorbimento atmosferico. doccia
  42. 42. Dispersione L'aria ha un'altra gradevole proprietà oltre a quella di essere respirabile. Essa è un mezzo sostanzialmente non dispersivo rispetto ai suoni di frequenza udibile. Con questo si intende che tutti i suoni udibili viaggiano in aria con la stessa velocità qualunque sia la loro frequenza. Le onde sonore mantengono così la loro forma durante la propagazione, evitando che una "a“ si trasformi in una "u" durante il viaggio. L'anidride carbonica, invece, è un mezzo dispersivo rispetto al suono, ma solo a frequenze ultrasoniche, e quindi non influisce sulle comunicazioni udibili.
  43. 43. La riflessione il fenomeno della riflessione è significativo solo se la dimensione dell'ostacolo è molto maggiore della lunghezza d'onda dell'onda sonora che incide su di esso Quali lunghezze d’onda può avere l’onda sonora? Per le onde sonore le lunghezze d'onda variano da circa 17 metri fino a pochi millimetri .
  44. 44. L’eco Il nostro orecchio ha la capacità, per ragioni di fisiologiche, di discriminare due suoni ricevuti in sequenza, solo se il tempo di separazione è di un decimo di secondo. Quali condizioni bisogna avere per sentire l’eco? •l'ostacolo deve essere di grandi dimensioni •e posto ad almeno 17 metri dalle nostre orecchie! Lo stesso Newton utilizzò il fenomeno dell'eco per una prima determinazione della velocità del suono: egli ottenne misure incredibilmente precise (entro l'1% del valore noto oggi) utilizzando il porticato della Neville's Court nel Trinity College, Cambridge, dove aveva studiato, lungo ben 65 metri
  45. 45. Applicazioni Il Sonar Non solo per la nautica • robot mobili • telecomandi per elettrodomestici con sensori ultrasonici; • interruttori di vicinanza (ad esempio nei cancelli automatici); • dispositivi montati sul paraurti delle automobili come dispositivi di aiuto per il parcheggio. • …
  46. 46. • L’ecografia Applicazioni Viste le dimensioni minime dei dettagli da visualizzare, devono essere usati ultrasuoni. La tecnica ecografica si basa sulla diversa capacità di riflettere le onde sonore che hanno sostanze di diversa densità e composizione chimica.
  47. 47. Applicazioni Tale tecnica si basa sullo spostamento in frequenza che subiscono le onde riflesse da corpi in movimento; tale spostamento dipende dalla velocità del corpo riflettente e quindi fornisce una "mappatura" delle diverse velocità del flusso sanguigno nei vari punti della sezione del vaso.
  48. 48. Rifrazione del suono all'interfaccia aria-acqua Che cosa accade quando un suono che è generato in aria colpisce la superficie dell'acqua? O viceversa, i suoni prodotti in acqua sono udibili anche all'esterno?
  49. 49. Rifrazione del suono all'interfaccia aria-acqua Visto che vacqua > v aria allora le onde sonore tenderanno ad allontanarsi dalla normale alla superficie. Ma la densità dell'acqua è circa 1000 volte superiore a quella dell'aria. Questo fatto fa sì che sia estremamente difficile trasferire energia elastica dall'aria all'acqua e viceversa tramite le onde sonore. Quindi, quando un suono si produce in aria e colpisce l'acqua, o viceversa, accade che l'onda sia praticamente completamente riflessa . Non è quindi possibile spaventare i pesci gridando da fuori dell'acqua.
  50. 50. Rifrazione del suono all'interfaccia aria-corpo umano La conclusione che abbiamo tratto nel caso di passaggio delle onde sonore tra aria e acqua vale anche quando il suono passa dall'aria al corpo umano, che ha densità simile. Il coefficiente di trasmissione è bassissimo. Un momento, allora come mai l'ecografia funziona?
  51. 51. Diffrazione del suono Con una fenditura: un'onda è in grado di passare attraverso una fenditura senza modificare apprezzabilmente la forma dei suoi fronti d'onda se la dimensione della fenditura è molto maggiore della lunghezza d'onda dell'onda. Nel caso in cui la fenditura è stretta (di dimensioni molto minori della lunghezza d'onda) il fronte d'onda dell'onda incidente si deforma e diventa pressoché sferico. Con un ostacolo: un'onda è in grado di "aggirare" un ostacolo se le dimensioni dell'ostacolo sono minori (o confrontabili) alla lunghezza d'onda dell'onda incidente.
  52. 52. Diffrazione del suono Con una fenditura Quando un suono viene irradiato da una sorgente, come un altoparlante, è molto più facile individuare la direzione da cui proviene il suono nel caso di suoni acuti che nel caso di suoni gravi. La stessa “fenditura”, cioè l'altoparlante, appare grande alle lunghezze d’onda piccole, e piccola alle lunghezza d’onda grandi. Per la voce: essendo la nostra bocca sufficiente piccola rispetto alle frequenze del parlato, i fronti d'onda emessi sono pressoché sferici.
  53. 53. Diffrazione del suono con un ostacolo A parità di dimensioni dell'ostacolo, suoni più gravi aggirano più facilmente gli ostacoli. i suoni gravi riescono a superare l'ostacolo rappresentato dalla testa di una persona. Ciò fa sì che: se ascoltiamo una persona che sta parlando ponendoci alle sue spalle, fatichiamo a comprendere quel che dice. Il fatto è che solo le onde a bassa frequenza riescono ad aggirare la testa di chi parla e a pervenire al nostro orecchio. Questo rende impossibile il riconoscimento delle frequenze formantii suoni vocalici.
  54. 54. Interferenza del suono Prima con gli impulsi su una corda …
  55. 55. Sovrapposizione di due impulsi
  56. 56. Sovrapposizione di due onde che si propagano nella stessa direzione
  57. 57. Sovrapposizione di due onde che si propagano in direzioni opposte Onda stazionaria
  58. 58. Gli strumenti a fiato Onde stazionarie riflessione + interferenza Vedi applet onde stazionarie longitudinali Vedi onde stazionarie in una molla Fondamentale senti Prima armonica senti Seconda armonica senti Terza armonica senti
  59. 59. Onde stazionarie nel flauto Senti la nota LA Guarda la forma d’onda Guarda lo spettro delle frequenze I picchi che compaiono nello spettro corrispondono a : LA5 885 Hz e LA6 1769 Hz
  60. 60. Onde stazionarie nel flauto Senti la nota SOL Guarda la forma d’onda Guarda lo spettro delle frequenze I picchi che compaiono nello spettro corrispondono a : SOL5 787 Hz e SOL6 1573 Hz Ci sono anche (piccoli) il DO7 a 2360 Hz e il SOL7 a 3127 Hz.
  61. 61. Onde stazionarie nel flauto Senti la nota MI Guarda la forma d’onda Guarda lo spettro delle frequenze I picchi che compaiono nello spettro corrispondono a : MI5 658 Hz, MI6 1315 Hz e SI6 1998 Hz. C’e anche il MI7 a 2636 Hz.
  62. 62. Vedi onde stazionarie con i tubi di gomma Vedi tubo di Kundt Vedi altra visualizzazione delle onde stazionarie.
  63. 63. Vedi Dalla pernacchia allo strumento, con la risonanza …
  64. 64. … con frequenza diversa i battimenti Prova a costruire suoni con Generatore di suoni

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