Acustica Applicata Angelo Farina Dip. di Ingegneria Industriale - Università di Parma Parco Area delle Scienze 181/A, 43100 Parma – Italy [email protected] 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 1 Fenomeno sonoro 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 2 IL SUONO • Il suono è generato dalla variazione di pressione in un mezzo materiale (fluido o solido) che si propaga senza trasporto di materia. • Esso è caratterizzato da alcune grandezze fondamentali quali l'Ampiezza, la frequenza o il periodo di oscillazione, la lunghezza d'onda e la celerità di propagazione nel mezzo attraversato. 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 3 Fenomeno sonoro: generalità Il fenomeno sonoro è caratterizzato dalla propagazione di energia meccanica dovuta al rapido succedersi di compressioni ed espansioni di un mezzo elastico; tale energia, che ha origine in una sorgente sonora, si propaga nel mezzo stesso per onde con velocità finita. Perché il fenomeno nasca e si propaghi occorre dunque che esista: • una “sorgente sonora” • un “mezzo elastico” 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 4 Sorgente sonora (1): Sorgente sonora: superficie piana che si muove di moto armonico semplice ad una estremità di un condotto di lunghezza infinita nel quale si trova un mezzo elastico in quiete. Rarefazioni Compressioni 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 5 Sorgente sonora (2): Il moto armonico del pistone è caratterizzato dalla frequenza “f” con cui la superficie piana si muove. “f” = frequenza, numero di cicli compiuti dalla superficie piana in un secondo e viene espressa in “hertz” (Hz); “T” = periodo, tempo necessario a compiere un ciclo; “” = velocità angolare; Relazioni tra le varie grandezze: f = 1/T ed f = / 2 (Hz) Se la frequenza del fenomeno è compresa tra 20 e 20000 Hz, la perturbazione è percepita dall’orecchio dell’uomo e si parlerà di fenomeno acustico o sonoro. 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 6 Sorgente sonora (3): La superficie del pistone si muove di moto armonico semplice: • spostamento = s = so cos(t), • velocità = v = ds/dt = -so sen ( t), • accelerazione = a = dv/dt = - 2 so cos( t), dove so rappresenta il valore dello spostamento massimo della superficie del pistone. 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 7 Mezzo elastico: Le proprietà elastiche e la massa del mezzo elastico stabiliscono la “velocità” con cui la perturbazione si trasmette e la quantità di energia meccanica trasferita dalla sorgente nella unità di tempo (W). 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 8 Velocità di propagazione e lunghezza d’onda: La perturbazione, generata nel mezzo elastico dal movimento delle particelle a contatto con la superficie vibrante della sorgente, si propaga con una velocità “c0” che, nel caso dell’aria secca e alla temperatura t (°C), vale: • c0 = 331.4 + 0.6t (m/s) la lunghezza d’onda “”, fissata la frequenza “f” del moto armonico della sorgente, dipende dal valore della velocità c0 secondo la relazione: c R T • 14 ottobre 2010 c0 f 0 (m) 1.41 R 287 ( J / kgK ) Il Fenomeno Sonoro T t 273 ( K ) 9 Legame frequenza-lunghezza d’onda: All’aumentare della frequenza si riduce la lunghezza d’onda della perturbazione sonora 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro 10 Velocità di propagazione in mezzi diversi: • Velocità del suono in aria @ 20°C • Velocità del suono in mezzi diversi 340 m/s • Velocità distillata del suono in acqua c 14 ottobre 2010 Il Fenomeno Sonoro E E m.elastico densità ( N / m 2 ) 11 ( kg / m 3 )