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Le onde acustiche sono onde meccaniche longitudinali: esse si propagano, a partire dalla sorgente, in tutte le direzioni dello spazio tridimensionale. Le molecole investite dall'onda vibrano lungo il raggio di propagazione e quindi nella stessa direzione di propagazione dell'onda, provocando fasi alternate di compressione (alta densità e pressione) e di rarefazione (bassa densità e pressione) del mezzo.
Le onde sonore sono onde acustiche comprese fra 20 Hz e 20 kHz, cioè l'intervallo di frequenze udibili dall'orecchio umano.
All'aumentare della frequenza aumenta l'altezza del suono. Onde sonore di frequenza inferiore a 20 Hz si dicono infrasuoni, onde acustiche di frequenza superiore a 20 kHz si dicono ultrasuoni.
Se il mezzo è isotropo, i fronti d'onda emessi da una sorgente puntiforme sono delle sfere concentriche e i raggi di propagazione sono tutte le semirette uscenti dalla sorgente. La velocità del suono dipende dalle proprietà elastiche e inerziali del mezzo ed è più elevata nei mezzi solidi rispetto a quelli liquidi o gassosi.
mezzo | velocità (m/s) |
aria (a 0°C) | 331 |
aria (a 20°C) | 343 (=1235 km/h) |
acqua (a 20°C) | 1482 |
acqua di mare | 1522 |
acciaio | 5941 |
Come abbiamo già visto, l'intensità è definita come la potenza trasmessa dalla sorgente su una unità di superficie e diminuisce man mano che l'onda si allontana dalla sorgente. La minima intensità percepibile dall'orecchio umano, detta intensità di riferimento, è I0 = 10-12 W/m2
La gamma di intensità a cui può adattarsi l'orecchio umano è vastissima: si va dalla intensità di riferimento fino a suoni 1024 volte maggiori! La stessa cosa accade se ci riferisce alla variazione di pressione, piuttosto che all'intensità. Per trattare meglio questa enorme gamma di potenze del 10, si usa una scala logaritmica che si basa sull'esponente del 10. Quando i numeri crescono molto, i logaritmi crescono molto meno.
Potenza del 10 | 1 | 10 | 100 | 1000 |
Logaritmo | 0 | 1 | 2 | 3 |
β = 10 log (I / I0)
dove I0 = 10-12 W/m2 è l'intensità di riferimento. Il livello sonoro si misura in decibel (dB)fenomeno | livello sonoro in dB |
soglia dell'udibile | 0 |
foglie nel bosco | 10 |
biblioteca | 40 |
conversazione | 60 |
valore massimo consentito al chiuso | 75 |
traffico medio | 80 |
traffico pesante | 90 |
martello pneumatico | 100 |
concerto rock | 110 |
soglia del dolore | 120 |
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