Le frequenze del suono
di Fabio Morelli
Provate a fermarvi un secondo e ad ascoltare. Il ronzio del frigorifero, un motorino in lontananza, la voce di qualcuno nell’altra stanza: sembrano rumori qualunque, ma sono tutti numeri travestiti. Ogni suono ha infatti una “carta d’identità” fatta di una cifra sola: la frequenza.
È grazie a lei che distinguiamo il fischio di un bollitore dal rombo di un tuono, la voce di una bambina da quella di un nonno, un violino da un contrabbasso. E c’è di più: intorno a noi vibrano suoni che le nostre orecchie non captano, ma che altri animali sentono benissimo. Pronti a sintonizzarvi?
Il suono nasce da una vibrazione.
Quando una corda di chitarra, le nostre corde vocali o la membrana di un altoparlante oscillano, spingono e rilasciano le molecole d’aria vicine. Si formano così zone in cui l’aria è più compressa e zone in cui è più rarefatta, e questa alternanza viaggia come un’onda fino al nostro orecchio. Nel vuoto non può farlo: nello spazio, davvero, nessuno può sentirvi urlare.
La frequenza è il numero di volte al secondo in cui il ciclo “compressione-rarefazione” si ripete. Si misura in hertz (Hz): 1 Hz è una vibrazione al secondo. Tante vibrazioni al secondo danno un suono acuto, poche un suono grave.
Un suono ha però tre caratteristiche, e conviene non confonderle:
- Altezza: dipende dalla frequenza. È ciò che ci fa dire “acuto” o “grave”;
- Intensità: dipende dall’ampiezza dell’onda e si misura in decibel. È il “volume”;
- Timbro: dipende da quante armoniche accompagnano la nota principale. Un La a 440 Hz suonato da un pianoforte e da un violino ha la stessa altezza, ma i multipli di quella frequenza (880 Hz, 1.320 Hz e così via) sono dosati in modo diverso. È questa la firma di ogni strumento, e di ogni voce.
Un giovane in buona salute percepisce all’incirca da 20 Hz a 20.000 Hz (20 kHz). Sotto i 20 Hz si parla di infrasuoni, sopra i 20 kHz di ultrasuoni. Con gli anni le frequenze più alte si spengono per prime: il limite superiore scende, e a quarant’anni difficilmente si arriva ancora ai 20 kHz.
Dentro la chiocciola, o coclea, ogni zona della membrana è “accordata” su una frequenza diversa: i suoni acuti fanno vibrare l’ingresso, quelli gravi si spingono più in fondo. Il cervello legge questa mappa e ci restituisce una melodia.
Un dettaglio utile per capire il mondo che ci circonda
Consideriamo che un suono in aria viaggia a circa 343 metri al secondo, quindi la sua lunghezza d’onda si ottiene dividendo la velocità per la frequenza. Un “La” a 440 Hz misura circa 78 centimetri. Ecco perché i bassi dei vicini attraversano i muri, mentre i loro acuti restano fuori: le onde lunghe aggirano gli ostacoli e si fanno largo molto più facilmente.
Siamo immersi nelle frequenze dal momento in cui suona la sveglia.
Questo elenco raccoglie alcune curiosità e “incontri” quotidiani con le frequenze dei suoni, più o meno gravi o acuti. I valori in Hz, riportati, sono indicativi: dipendono da persona, apparecchio e specie.
Il bollitore e il frigorifero
Il ronzio che sentite nelle case europee nasce dalla corrente alternata a 50 Hz che fa vibrare trasformatori e alimentatori. Negli Stati Uniti, dove la corrente è a 60 Hz, il ronzio è appena più acuto.
Il telefono e la voce “ricostruita”
Le linee telefoniche tagliano tutto ciò che sta sotto i 300 Hz, dove vive la nota fondamentale di molte voci maschili. Eppure riconosciamo benissimo papà al telefono: il cervello deduce la nota mancante dalle armoniche rimaste. I fisiologi lo chiamano “effetto della fondamentale mancante”.
Fasce di frequenza
Alzare i bassi o gli acuti significa semplicemente amplificare certe fasce di frequenza: sotto i 250 Hz stanno bassi e grancassa, al centro le voci, sopra i 4.000 Hz i piatti della batteria e quel “brillante” che rende un brano frizzante.
Gli ultrasuoni e la medicina
Gli ultrasuoni, cioè suoni troppo acuti per noi, sono molto usati in medicina. Le onde rimbalzano sui tessuti e il computer le trasforma in immagini: è lo stesso principio con cui il pipistrello si orienta nel buio. Ultrasuoni a 20-40 kHz fanno anche lavorare le vaschette che puliscono occhiali e gioielli.
La voce con l’elio
Dopo aver inspirato elio parliamo come un cartone animato. Le corde vocali vibrano quasi alla stessa frequenza di prima: a cambiare sono le risonanze della gola e della bocca, perché nel gas leggero il suono corre più veloce.
“Ma la mia voce non è così!”
Quando ascoltiamo la nostra voce registrata ci sembra quella di un estraneo, più sottile e più acuta. Quando parliamo, infatti, il suono ci arriva anche attraverso le ossa del cranio, che esaltano le frequenze gravi. Gli altri sentono la versione “da registratore”, noi quella con i bassi aggiunti.
Il bicchiere e il tenore.
Un cantante può davvero rompere un calice di cristallo, ma serve una nota precisa, tenuta a lungo e a volume altissimo (intorno ai 100 decibel), per far vibrare il vetro alla sua frequenza di risonanza fino a farlo cedere. La leggenda lo attribuisce al tenore Enrico Caruso, ma di prove ce ne sono poche.
Il fischietto silenzioso
Il fischietto “silenzioso” fu messo a punto dal naturalista inglese Francis Galton a fine Ottocento, per studiare fin dove arrivasse l’udito degli animali. I cani sentono un fischio che per noi è muto perché la loro soglia sale ben oltre i 20 kHz.
La prossima volta che sentite il motorino di un vicino, il pianto di un neonato o la vostra canzone preferita in cuffia, ricordatevi che dietro c’è sempre la stessa cosa: aria che vibra, un certo numero di volte al secondo. Una sola cifra, la frequenza, ha dato forma alla musica, alla medicina, alla radio e a qualche ottima leggenda. E mentre voi leggete, da qualche parte un pipistrello sta usando gli ultrasuoni per cenare.
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