Che cos’è l’altezza di un suono?

L’altezza di un suono dipende dalla frequenza delle vibrazioni, cioè dal numero di volte in cui tali vibrazioni si ripetono nell’unità di tempo. I suoni più acuti sono emessi da corpi di piccole dimensioni e più elastici: le corde vocali di una donna emettono suoni a una frequenza maggiore di quelle emesse dalle corde vocali di un uomo. L’orecchio umano percepisce i suoni con frequenze tra 20 e 20 000 Hz, ma non tutte le persone hanno la stessa capacità di recepire i suoni. I suoni che si percepiscono meglio sono quelli compresi tra i 2 000 e i 5 000 Hz, che corrispondono alle frequenze della voce umana. Al di sotto di 20 Hz si hanno gli infrasuoni, percepiti da alcuni animali come elefanti, ippopotami e coccodrilli, e al di sopra di 20 000 Hz si hanno gli ultrasuoni, percepiti da altri animali tra cui cani, gatti, pipistrelli e delfini.

Se sfiori appena le corde di una chitarra, sentirai un suono debole, ma se le pizzichi con forza, il suono sarà forte: il secondo suono è più intenso del primo. Puoi osservare i grafici dei due suoni ( 13 ): entrambi i suoni hanno la stessa frequenza ma hanno ampiezza diversa. La prima onda ( a ) ha ampiezza minore della seconda ( b ).

L’intensità di un suono dipende dall’ampiezza delle vibrazioni e anche dalla distanza tra sorgente sonora e orecchio: più la sorgente è lontana, più il suono è debole. L’intensità del suono viene misurata in decibel (db), dal nome dello scienziato Bell che si interessò alla realizzazione di apparecchi per sordi. L’orecchio umano percepisce i suoni a partire da 3 db: oltre i 130 db si avverte una sensazione di dolore, perciò questo valore è detto soglia del dolore. Il valore di 0 db corrisponde invece alla soglia di udibilità. L’uomo ha messo a punto degli strumenti per aumentare l’intensità del suono. Fra questi si possono ricordare gli apparecchi acustici, il megafono, gli amplificatori e lo stetoscopio usato dai medici per auscultare il cuore.

Se due strumenti musicali diversi, per esempio una chitarra e una tromba, emettono la stessa nota, l’orecchio umano è in grado di capire quale strumento sta suonando. Ciò accade perché i due suoni hanno timbro diverso. Osserva i grafici che si riferiscono alla stessa nota suonata dalla chitarra ( 14 ) e dalla tromba ( 15 ).

L’intensità e l’altezza del suono sono le stesse ma la “forma” dell’onda è diversa. Il timbro di un suono dipende dalla sovrapposizione delle vibrazioni secondarie, dette armoniche, alla vibrazione principale della sorgente. Queste, sovrapponendosi alla vibrazione principale, modificano la forma dell’onda sonora. Un suono è tanto più puro quanto minore è il numero di armoniche prodotte. Esiste un dispositivo musicale che emette un suono puro, la cui onda ha la tipica semplice forma: è il diapason. È formato da una forcella metallica a due punte, dette “rebbi”; se percosso, vibra producendo un’onda che ha la frequenza della nota musicale “la”. Il diapason è utilizzato dai musicisti per accordare gli strumenti ( 16 ).

Non sempre l’altezza, l’intensità e il timbro sono ordinati, regolari e costanti come nel caso dei suoni emessi dagli strumenti musicali. Spesso quando un corpo entra in vibrazione lo fa in modo disordinato, producendo onde sonore dalla forma in cui non si riconosce alcuna regolarità: si ha allora un rumore.

Sette note, sette frequenze

L’acustica è nata circa 2500 anni fa con gli studi di Pitagora sulle corde degli strumenti musicali e sui suoni da esse prodotti. Suonando la lira, Pitagora si accorse che corde di lunghezza diversa emettevano suoni diversi; individuò 7 lunghezze diverse che davano effetti sonori diversi: aveva scoperto le 7 note musicali a cui in seguito vennero attribuiti i nomi che conosci. Si sa che la lunghezza di una corda e il numero di vibrazioni da essa compiute in un secondo (frequenza) sono inversamente proporzionali: più una corda è corta, maggiore è il numero di oscillazioni al secondo, più è acuto il suono che produce. Presa una corda di lunghezza conosciuta che equivale al “do” di una certa altezza, se la si accorcia di 1/9 si ottiene una corda lunga 8/9 rispetto alla precedente, che vibrando dà il “re”. Il numero delle vibrazioni del “re” è 9/8 di quelle del “do” (ricorda che la lunghezza della corda e la frequenza delle vibrazioni sono inversamente proporzionali). Per ottenere il “mi” si devono prendere i 4/5 della lunghezza della corda che produce il “do”; il “mi” corrisponde perciò a un numero di vibrazioni uguale ai 5/4 delle vibrazioni del “do”. Dal “do” al “si” i suoni diventano più alti. Nella tabella 1 la frequenza di tutte le note è riferita al “do”, ma in generale tutte le note si riportano al “la”, suono che ha la frequenza di 440 vibrazioni al secondo e che è emesso dal diapason.