Diffrazione del suono

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Cos'è la diffrazione

Quando un'onda incontra sulla sua strada un ostacolo o è costretta a passare attraverso una piccola fenditura, sotto certe condizioni fisiche che indagheremo, manifesta un comportamento peculiare: essa (e con essa l'energia che trasporta) è in grado di raggiungere anche punti che non sarebbero raggiungibili se la propagazione avvenisse per raggi d'onda rettilinei. È come se l'onda si "rompesse" (da cui il nome del fenomeno dal latino "diffractus" participio passato di de-frangere coniato per la prima volta da F. M. Grimaldi nel 1665) e si ricomponesse, sparpagliandosi, al di là dell'ostacolo o della fenditura.

Diffrazione del suono

Essendo il suono un'onda, esso è soggetto, in determinate condizioni, al fenomeno della diffrazione. Tali condizioni sono illustrate, in generale, nella pagina relativa alla diffrazione e possono riassumersi dicendo:

  1. 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. Se vuoi vedere tali effetti visita il nostro laboratorio virtuale Onde 2D eseguendo l'esperienza descritta alla pagina:
  2. 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. Anche in questo caso visitando il nostro laboratorio virtuale Onde 2D puoi eseguire le esperienze descritte alle pagine

In questa pagina illustriamo i fenomeni specifici di diffrazione del suono. Visto che il criterio per stabilire la presenza o meno di diffrazione è un criterio relativo alla lunghezza d'onda, ti invitiamo a leggere la pagina relativa alla lunghezza d'onda del suono. Per comodità riportiamo i dati là illustrati: il suono ha una lunghezza d'onda che va da 1,7 cm (suoni acutissimi a 20000 Hz alla soglia di udibilità superiore) fino a 17 metri (suoni gravissimi a 20 Hz alla soglia di udibilità inferiore).

Direzionalità del suono

Quando un suono viene irradiato da una sorgente (ad esempio un altoparlante) ci accorgiamo subito che è molto più facile individuare la direzione da cui proviene il suono nel caso di suoni acuti (frequenze alte e lunghezze d'onda corte) che nel caso di suoni gravi (basse frequenze e grandi lunghezze d'onda). Ciò è del tutto coerente con il primo criterio illustrato in precedenza: in questo caso la sorgente è l'altoparlante (anziché la fenditura). Se hai eseguito gli esperimenti, avrai visto queste due situazioni:

feritoia grande feritoia piccola
rispetto alla lunghezza d'onda
Diffrazione l piccola.png Diffrazione l grande.png
In questo caso il suono (acuto, di piccola lunghezza d'onda) conserva la direzione impressagli dalla sorgente (fenditura o altoparlante che sia). È per tale motivo che la direzione da cui provengono suoni acuti è individuata facilmente dal nostro sistema percettivo. In questo caso il suono (grave, di elevata lunghezza d'onda) non ha direzionalità precisa. Questo ha una conseguenza importante anche nel caso della voce: essendo la nostra bocca sufficiente piccola rispetto alle frequenze del parlato, i fronti d'onda emessi sono pressoché sferici.

Capacità di aggirare gli ostacoli da parte del suono

Quando un suono incontra un ostacolo, la sua capacità di aggirarlo dipende, come stabilito dal secondo criterio generale precedentemente enunciato, dal rapporto tra la dimensione dell'ostacolo e la lunghezza d'onda del suono. Nel caso del suono potremmo dire, a parità di dimensioni dell'ostacolo,

suoni più gravi (di maggior lunghezza d'onda) aggirano più facilmente gli ostacoli

Tale fatto ha una serie di importanti conseguenze:

  • i suoni gravi riescono a superare l'ostacolo rappresentato dalla testa di una persona. Ciò fa sì che:
    • se riceviamo un suono grave, come già detto, possiamo essere in difficoltà nella localizzazione della sorgente. Tale suono però è in grado di aggirare la nostra testa è di pervenire ad entrambe le orecchie. Ebbene valutando i tempi di ritardo tra l'arrivo ad un orecchio e all'altro, il nostro sistema percettivo è in grado di ricavare informazioni riguardo alla localizzazione della sorgente sonora.
    • 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, come spiegato nella pagina relativa alla voce, rende difficile il riconoscimento delle formanti dei suoni vocalici.
  • in ogni caso gli ostacoli della vita di tutti giorni (un albero, un muretto, una colonna) hanno dimensioni piccole rispetto a gran parte dei suoni usati nel parlato e nella musica. È per tale motivo che il suono li aggira facilmente! (non accade certo con la luce che ha lunghezze d'onda piccolissime rispetto alla dimensione di un albero: la luce viene arrestata e dietro l'albero si forma quell'ombra nella quale spesso ci siamo trovati a riposare in una giornata assolata).

Approfondimenti e collegamenti

  • Un principio molto utile per comprendere, seppur in modo qualitativo, cosa accade ad un'onda quando incontra un ostacolo od una fenditura è quello di Huygens. Visita questa pagina se vuoi saperne di più.
  • Il fenomeno della diffrazione sonora gioca un ruolo di fondamentale importanza nella progettazione di ambienti chiusi dotati di una "buona acustica". Tali aspetti sono approfonditi nella pagina relativa all'acustica architettonica.
  • Il fenomeno della diffrazione sonora è in qualche modo complementare a quello della riflessione sonora. Se vuoi avere una visione più completa di quel che accade quando un'onda sonora incontra un ostacolo visita anche la pagina relativa alla riflessione del suono.
  • Nella pagine relative agli strumenti musicali e in particolare in quella dedicata alla tromba, potrai ascoltare un'interessante registrazione effettuata ponendo il microfono davanti o alle spalle del trombettista. La modifica percepibile del timbro dello strumento è da imputarsi proprio alla diversa capacità delle varie frequenze di aggirare l'ostacolo rappresentato dalla testa del trombettista.

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