Tavola Armonica

Ahi, mi si scatena il fisico che è in me!

Purtroppo, anche Wikipedia la racconta in questi termini, forse cercando di essere intuitiva.

Ma credo che si possa essere precisi anche con esempi intuitivi, senza trarre in inganno chi legge.

In effetti, nessuna tavola armonica inerte è un amplificatore, ma è, più propriamente, un risuonatore.

Mi spiego meglio.

Ogni segnale (nel seguito per noi è un corpo) porta con sè una certa energia, la quale può essere mantenuta nel segnale o può perdersi andando a finire da altre parti che non sono il segnale; questa perdita si chiama attrito.

Per fare un esempio, consideriamo una stone (la boccia in pietra) da Curling; essendo il ghiaccio molto liscio, una volta avviata, la boccia può percorrere un tratto lunghissimo. Se la lanciamo su del ghiaccio sempre più ruvido vedremo che, a parità di forza impressa, farà percorsi sempre più brevi; sta aumentando l'attrito. Viceversa, se prendiamo boccie di diverso peso e le lanciamo sullo stesso ghiaccio con la stessa velocità, vedremo che le pietre più pesanti percorrono la maggiore distanza.

In termini fisici, si può dimostrare, con questi e altri esperimenti, che l'energia si conserva e che, quando le cose cambiano (la pietra rallenta) è solo perché una quota di energia si è trasformata in qualcosa d'altro (nel nostro caso non spinge più la pietra, ma scalda e scioglie il ghiaccio su cui la pietra scorre). Vediamo pure che, se mentre la boccia corre, le spazzoliamo il ghiaccio davanti rendendolo più liscio, la boccia va più lontano (diminuisce l'attrito). Si vede infine che, se mentre la boccia corre le diamo nuova energia con una spinta, la stessa accelera e va più lontano.

Come vedete, se l'energia aumenta, significa necessariamente che l'abbiamo presa da qualche altra parte.

Questo è proprio il modo di funzionare degli amplificatori.

Consideriamo, per esempio, il segnale della mia voce: esso ha una certa energia. Questa energia viene utilizzata per azionare - proprio come una specie di valvola - un sistema che porta altra energia (nel nostro caso, i fili che portano la corrente); quest'ultima viene utilizzata per muovere gli altoparlanti. i quali sono capaci di mettere in moto una massa molto maggiore di aria di quanto sia capace la mia gola. Il risultato è la mia voce amplificata.

Quando invece non viene fornita energia, non è possibile amplificare, ma solo fare trucchi diversi; il primo trucco è un poco come sostituire il ghiaccio alla terra nel gioco delle palle (passare dal gioco delle bocce al Curling!, ossia diminuire gli attriti), il secondo è un poco come bocciare (mettere in moto una boccia ferma usando quella che lanciamo).

Se ben osservate, una volta che il pianista ha premuto il tasto e ha impresso l'energia alla corda (o il violinista ha strofinato la corda), non viene più fornita energia. Quindi, o ha usato il primo trucco o ha usato il secondo.

Quindi non possiamo parlare di amplificazione, ma dobbiamo parlare di qualcosa d'altro.

Molto spesso si usano ambedue i trucchi. Del secondo fenomeno non abbiamo ancora parlato: esso si chiama risonanza.

La risonanza è il fenomeno per cui l'energia che sta in un corpo (che vibra) passa in un altro corpo (che anch'esso vibra).

Un esempio classico, che tutti conoscete, è il passaggio continuo di energia fra i rebbi di due diapason accordati (batto il primo diapason e si mette a vibrare il secondo: l'energia abbandona il primo e va al secondo, poi avviene il viceversa e così di seguito; anche qui il fenomeno prima o poi si ferma per attriti).

In alcuni casi (che sono quelli che ci interessano) abbiamo l'impressione che si tratti di una amplificazione perché un risuonatore non è obbligato a ritrasmettere l'energia con le stesse modalità con cui l'ha ricevuta.

Ad esempio, se metto in vibrazione un volume di aria, l'energia si distribuisce - via via che l'onda si propaga - su una superficie sferica sempre più grande (questo perché l'onda si propaga in tutte le direzioni alla stessa velocità). Il risultato è che, man mano che mi allontano, le mie orecchie ricevono quantità di energia sempre più ridotta, perché la stessa si distribuisce su una superficie sempre più grande.

Immaginiamo adesso di porre a ridosso del volume di aria messo in vibrazione un tubo.

Se il tubo è di plastica, appena ci allontaniamo, non sentiamo quasi più niente; ciò perché il tubo non è capace di vibrare alla stessa frequenza del volume d'aria e quindi intercetta praticamente tutta l'energia e la utilizza per deformarsi o scaldarsi (attrito grande). Se il tubo è invece di ottone ed è capace di vibrare alla stessa frequenza del volume d'aria, succede che il volume si ferma, ma il tubo mette a sua volta in moto un altro volume d'aria, utilizzando l'energia ricevuta dal primo volume messo in moto e così via di seguito. Solo che, stavolta, l'onda sonora non si allarga sfericamente, ma avanza lungo un cilindro e, quindi, non aumenta la superficie su cui è distribuita l'energia, ma rimane costante. Ne consegue che, anche a grande distanza, sentirò il suono (impressione di amplificazione).

La tavola armonica del piano è, più o meno, con diverse complicazioni teoriche, un meccanismo come questo che Vi ho descritto.

Un saluto

Bella spiegazione, ma se non mi ricordo male la tavola armonica del pianoforte presenta diversi spessori, questo fa si che le onde si raggruppino e quindi oltre che risuonare, in un modo molto artificioso più che amplificare (dal momento che come hai fatto ben notare con l'esempio degli altoparlanti c'è bisogno di energia aggiuntiva che si somma a quella iniziale per amplificare) somma le onde proiettandole in una direzione ne deriva un suono apparentemente più forte perché sarebbe la risultante della sommatoria di tutte le onde sferiche che vengono raggruppate sul piano della tavola armonica direzionate in un'unica direzione perpendicolare alla tavola. Infatti la somma degli integrali di due onde uguali in fase producono il doppio del risultato del singolo integrale. Il lid completamente aperto a 45 gradi dovrebbe infatti servire proprio a ridirezionare le onde verso il pubblico ovvero creare un angolo di 90 gradi tra le onde in uscita ortogonalmente al piano della tavola armonica e quelle destinate alla platea di rimbalzo sul lid. Questa è il mio ragionamento logico, non so se giusto, attendo opinioni dei più ferrati in materia.

Sto purtroppo scappando per andare a una mesta cerimonia, e, quindi, devo essere per forza di cose stringato.

Confermo quanto affermi ed era, nella sostanza, alla teoria di quello che tu dici che mi riferivo quando ho scritto "La tavola armonica del piano è , più o meno, con diverse complicazioni teoriche, un meccanismo come questo che Vi ho descritto"; insomma, un risuonatore che non si comporta, per ritrasmettere, come l'onda in arrivo. Il fatto di focalizzare l'energia in un determinato volume (quello occupato dallo spettatore), anziché uniformemente nello spazio, consente di aumentare in quel volume la densità di energia, dando allo spettatore la sensazione di una amplificazione, anche se non lo è veramente! Se infatti ci recassimo in altri volumi, vedremmo che qui non arriva praticamente energia, a differenza del caso in cui l'onda si propaga in assenza del risuonatore!

Infine, una parte importante la gioca la fisiologia e la psicologia del nostro apparato uditivo, che non è lineare; ma questo è un discorso più da medico fisiologo.

Ciao

Gennarino: complimenti per la spiegazione chiara e dettagliata!

Quali libri di acustica ha consultato? Ne consiglierebbe qualcuno in particolare?

P.s. Buon capodanno a tutti e bevete responsabilamente! 😳

Andrea,

come ho detto prima, sono un fisico, che ha passato la vita di ricerca universitaria e, successivamente, quella lavorativa interessandosi di sistemi elaborativi e reti complesse.

Per la spiegazione di cui sopra non ho consultato quindi nessun libro, ma solo la mia memoria, che ospita (ancora piuttosto bene!) gli studi compiuti (fra questi anche gli studi di fisica acustica, svolti all'Accademia di Livorno quando studiavo per diventare ufficiale di complemento del Genio Navale ai tempi della leva). A Livorno avevo un docente di acustica che era una favola e che adottava un libro eccezionale per concisione e chiarezza, di cui, purtroppo, non ricordo più il nome! Ma ricordo bene la tesina di acustica svolta per l'esame di ufficiale, che analizzava le peculiari proprietà riflessive e rifrattive degli strati di acqua - dovute alle differenze di salinità e di temperatura alle diverse profondità - che venivano utilizzate dai sottomarini per nascondersi alla rilevazione dei sonar.

Fra le mie letture preferite c'erano le famosissime "The Feynman Lectures on Physics", con i dodici ulteriori capitoli : "Six Easy Pieces: Essentials of Physics" e "Six Not So Easy Pieces" di Richard P. Feynman e dei suoi collaboratori Leighton e Sands, che sono in parte semplici, in parte molto più complesse. Il capitolo dedicato all'acustica, ricordo, era compatto, efficace e sintetico, ma lo sconsiglio a chi preferisca una trattazione non fisico-matematica, quanto illustrativa o non possieda un buon background di analisi.

Ti consiglio invece un discreto libro, a suo tempo prestatomi da un amico, pubblicato in italiano; si tratta di "La scienza del suono" di John Pierce, edito nella collana Nuovi classici della scienza dalla Zanichelli. Il libro ospita, oltre che la trattazione della fisica sottostante, anche una serie di aspetti relativi al rapporto tra suono e musica, al concetto di percezione sonora e alle ricerche di informatica musicale ed è quindi una interessante lettura nel campo.

Un augurio cordiale di Buon Anno Nuovo.

Mai sentito parlare di un nuovo dispositivo che si chiama Oval? Ne parlano su Facebook ed alcuni siti di acustica. Pare sia in grado di 'annullare le perturbazioni causate dai campi elettrostatici in cui siamo immersi'. Il suono ne risulta più chiaro, pulito e lungo.

Mai sentito, puoi darci un link dove leggere di questo dispositivo ?