Storia dell'acustica

L‟ACUSTICA NELLA
STORIA
Breve excursus nella storia della fisica acustica dalle prime testimonianze scritte ai
primi del 1900
Fosca Fimiania.s. 2013/2014
Fosca Fimiani a.s. 20013/20014 L‟acustica nella storia

Prefazione
La prima testimonianza scritta relativamente all‟acustica può essere trovata nel vecchio
testamento, Esodo XXVI – 7/8:
“Farai pure dei teli di pelo di capra che serviranno da tenda per coprire il tabernacolo: di
questi teli ne farai undici. La lunghezza di ogni telo sarà di trenta cubiti e la larghezza di
ogni telo di quattro cubiti…» segue poi una minuziosa descrizione di come posizionare
questi teli sopra il tabernacolo e delle dimensioni degli stessi, molto probabilmente con la
funzione di assorbire il suono.

Pitagora e i Pitagorici (570-497 a.C.)
La scienza del suono ha le sue origini nello studio
della musica e delle corde vibranti effettuato da
Pitagora durante il sesto secolo a.C.
Il contributo più duraturo che i pitagorici hanno dato
alla teoria acustica fu stabilire la proporzionalità
inversa tra l‟altezza e la lunghezza di una corda
vibrante.
L‟influenza della ricerca pitagorica nell‟acustica è
principalmente presente in concetti relativi
all‟astronomia, cioè i pitagorici cercavano di
associare un‟armonia musicale all‟organizzazione
dei corpi celesti.

« Alcuni pensatori suppongono», scrisse con chiaro riferimento ai
pitagorici, «Che il moto dei corpi di questa grandezza deve produrre un
rumore, fintanto che sulla nostra terra il moto dei corpi molto inferiori in
grandezza e in velocità di movimento ha quest'effetto. Anche, quando il
sole e la luna, dicono, e le stelle, così tante, si muovono con si rapido
movimento, come possono non produrre un suono immensamente
grande? Incominciando da questo argomento e dall'osservazione delle
velocità, come misurate dalle loro distanze, sono nello stesso rapporto
degli intervalli musicali, asseriscono che il suono dato dal movimento
circolare delle stelle è un'armonia.»
Aristotele, De Caelo, Book II.9.
Aristotele (384-322 a.C.) diede una spiegazione di questa teoria stravagante:

Aristotele (384 – 322 a.C.)
Filosofo Greco e fondatore del liceo di Atene,
scrisse molto su diversi temi scientifici.
I principali riferimenti all‟acustica fatti da
Aristotele, si trovano nel suo trattato: il “De
Anima” e nel trattato: “De Audibilibus”. Questi
trattati mostrano che Aristotele collegava il
suono al moto dell‟aria ma non è certo fosse
arrivato al concetto d‟onda. Capiva la natura
dell‟eco.

“Tutti i suoni, che siano articolati o inarticolati, sono
prodotti dallo scontrarsi di corpi con altri corpi o dell’aria
con i corpi, non perché l’aria assuma certe forme, come
alcuni pensano, ma perché è messa in movimento nello
stesso modo in cui lo sono messi i corpi: per contrazione,
espansione e compressione, perché si scontrano con il
fiato o con le corde di uno strumento musicale.”
De Audibilibus

Ingegnere romano e architetto. Scrisse un
trattato in 10 libri: “De Architectura”
sopravvissuto fino ad oggi. Era interessato
soprattutto all‟acustica dei teatri classici. In
questo trattato Vitruvius incluse un'analisi
alquanto accurata dell'acustica dei teatri.
Ovviamente Vitruvius quando scrisse il trattato
non aveva le stesse conoscenze che abbiamo
oggi in riferimento alla interferenza e alla
decadenza del suolo riverberato ma Vitruvius
va comunque considerato come profeta
acustico per la loro identificazione.
Marcus Pollio Vitruvius 25 a.C.

«1. Cum haec omnia summa cura sollertiaque explicata sunt, tunc etiam diligentius est
animadvertendum uti sit electus locus, in quo leniter adplicet se vox neque repulsa
resiliens incertas auribus referat significationes. sunt enim nonnulli qui graece dicuntur
κατητοσντες, circumsonantes qui apud eos nominantur περιητοῦντες, item resonantes
qui dicuntur ἀντητοῦντες, consonantesque quos appellant σσνητοσντες. dissonantes
sunt in quibus vox prima cum est elata in altitudinem, offensa superioribus solidis
corporibus repulsaque residens in imo opprimit insequentis vocis elationem,
2. circumsonantes autem in quibus circumvagando coacta exsolvens in medio, sine
extremis casibus sonans ibi extinguatur incerta verborum significatione, resonantes vero
in quibus cum in solido tactu percussa resiliat, imagines exprimendo novissimos casus
duplices faciat auditu. item consonantes sunt in quibus ab imis auxiliata cum incremento
scandens egrediatur ad aures diserta verborum claritate. ita si in locorum electione fuerit
diligens animadversio, emendatus erit prudentia ad utilitatem in theatris vocis
effectus. formarum autem descriptiones inter se discriminibus his erunt notatae uti quae
ex quadratis designentur, Graecorum habeant usus, latina e paribus lateribus
trigonorum. ita his praescriptionibus qui voluerit uti, emendatas efficiet theatrorum
perfectiones.»
Vitruvius, De Architectura, libro 5, cap. 8

1.Et cum siano tute queste cose con summa cura et solertia explicate, pur anchora più
diligentemente è da animadvertire chel sia electo il loco in lo quale placevolmente se applica
la voce, né anche repercossa resaliendo referisca a le aurechie le incerte significatione, per
che sono aluni loci naturalmente impedienti li moti de la voce, sì co-
mo li dissonanti, quali da Graeci sono dicti κατητοντες. Li circumsonanti quali appresso di epsi
Graeci son nominati περητοντες. Item li resonanti quali sono dicti αντητοντες. Et li
consonanti quali appellano σσνητοντες. Li dissonanti loci sono epsi, in li quali la voce prima
quando è elevata in altitudine offensa et repulsa da li corpi solidi superiori, questa retornando
al basso opprime la elevatione de la insequente voce.
2. Ma li circumsonanti sono epsi, in li quali la constricta voce va circumvagando, disolvendosi
in lo medio sonando senza extremi casi, ivi se extingue con incerta signifi-
catione de le parole. Ma li resonanti, in li quali quando in lo solido dal tacto è
percossa, resalisseno le imagine de la voce, exprimendo li novissimi casi de epsa voce duplici
fano al audito. Item li consonanti sono epsi, in li quali la voce auxiliata da li bassi loci
ascendendo con augumento intra a le aurechie con discernuta clarità de le parole. Così in la
electione de li loci serà diligente animadversione, serà con prudentia emendato lo effecto de
la voce in li theatri ad utilitate. Ma la descriptione de le forme serano intra epse con queste
differentie notate, per che quelle che de quadrati se designano
habiano lo uso de li graeci. Ma le latine con li pari lati de li trigoni sono facte, et così quello
che queste perscriptione haverà voluto usare efficerà le emendate perfectione de li theatri.
(traduzione di Cesariano, Cesare, allievo di Bramante)

Galileo Galilei (1564 – 1642)
Filosofo italiano fondatore della fisica
moderna, il suo maggior contributo
alla scienza fu probabilmente legato al
campo della meccanica ed anche le
sue scoperte legate all‟astronomia
sono molto conosciute.
Galileo era molto affascinato dal
fenomeno del suono. Nel suo libro
“Discorsi e dimostrazioni matematiche
intorno a due nuove scienze” (1638)
alla fine delle discussioni del primo
giorno, introduce le sue idee
sull‟acustica con particolare interesse
all‟importanza del concetto di
frequenza.

Le ultime pagine del primo giorno nel «Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove
scienze», trattano principalmente d‟acustica. (Salviati parla)

Marin Marsenne (1588–1648)
Un filosofo francese naturalista e frate
francescano, è considerato come il “padre
dell‟acustica moderna”. Nel suo trattato
“Harmonie universelle”, pubblicato nel 1636,
egli descrisse per la prima volta in termini
scientifici un suono udibile (84 Hz), e dimostrò
che il rapporto assoluto della frequenza di due
corde vibranti, di cui una riproduceva l‟ottava
superiore dell‟altra, era dato da 1:2.
Il paragone con le onde in un fluido era
scontato: fu quindi definito che il moto in aria
generato da dei suoni musicali è di tipo
oscillatorio, e fu osservato che il suono
viaggiava a velocità finita.
Mersenne misurò la velocità del suono
contando il numero di battiti del cuore durante
l‟intervallo fra il lampo e la percezione del tuono.

Isaac Newton (1642 – 1727)
Uno dei giganti della filosofia naturale , è conosciuto
principalmente per i suoi lavori sulla gravitazione,
cosmologia, luce e matematica. Nel suo famoso libro
“Principia Mathematica” nel secondo libro, relativamente
alle sue investigazioni del moto ondoso nei fluidi, fece ciò
che si può considerare il primo passo verso una
derivazione teorica della velocità del suono in un fluido
come l‟aria. Lavoro che fu criticato da uomini come
Eulero e Lagrange.
Il valore trovato da Newton era di poco lontano da quello
veritiero (questa discrepanza sarà messa in evidenza da
Laplace nel suo lavoro del 1816).

Piccoli spot prima di arrivare alla seconda
metà del „700
Joseph Sauver (1653 – 1713) suggerì il termine acustica (dalla parola
Greca ἀκούειν, "udire") per identificare la scienza del suono
Il conte Giovanni Battista Lodovico Bianoni (1717 – 1781) di
Bologna assieme al francese Charles Marie de la Condamine
(1701 – 1773), in esperimenti fra loro indipendenti, scoprirono che
la temperatura influenzava la velocità del suono.

Ernst F. F. Chladni (1756–1827)
Chladni nacque a Wittemberg, Germania,
la sua famiglia era originaria della
Kremnica, una città che ora si trova in
Slovacchia, allora era parte del regno di
Ungaria.
E‟ l‟autore dell‟acclamato “Die Akustik” gli
è spesso stato accreditato il merito di
stabilire il campo della acustica
sperimentale moderna attraverso la
scoperta delle vibrazioni torsionali e
misure della velocità del suono con l‟aiuto
di aste vibranti e canne risonanti.
Una delle scoperte più conosciute di
Chladni fu inventare una tecnica per far
vedere I vari modi di vibrazione di una
superficie rigida.

Curiosità
Negli anni Cinquanta Carleen Maley Hutchins, oltreoceano, inizia e porta
avanti interessanti ricerche partendo dalle teorie del Savart il quale affermava
che i migliori violini presentano una tavola armonica che se percossa, emette
una nota di un semitono più alta del fondo. L‟ausilio di strumentazioni
elettroniche rivoluzionarie per l‟epoca ed i suggerimenti nonché le collaborazioni
con liutai, chimici e ricercatori (Karl a. Berger, alvin S. Hopping, fernando
Sacconi) la portano a scoprire ed applicare alla liuteria le figure di Ernst
Chladni. - posted in estratti dal libro, il violinista – Antonio Bonacchi

Giusto per sapere…
Il barone S.B.J. Fourier nel 1822 pubblicò il suo libro sulla «teoria analitica del
calore» dove dimostrò che un moto finito e periodico continuo può essere
sempre decomposto in una serie di moti semplici armonici di giusta fase ed
ampiezza.
L‟analisi Fourier è sempre presente in acustica ed è lo studio del modo in cui
funzioni generali possono essere rappresentate o approssimate dalla somma
di semplici funzioni trigonometriche (somme di seni e coseni).

Michael Faraday (1791 – 1867)
Considerato da molti essere il più grande fra i filosofi naturali, spese tutta la
sua vita professionale al “Royal Institution” in Inghilterra. È famoso per le sue
ricerche sull‟elettromagnetismo e la scoperta dell‟induzione elettromagnetica.
Era comunque interessato a tutti gli aspetti relativi ai fenomeni naturali: tra cui
il suono. Intono al 1830 (articolo “On a peculiar class of Acoustical Figures;
and on certain Forms assumed by groups of particles upon vibrating elastic
Surfaces”) compì diversi esperimenti relativi alle superfici vibranti dove fu
portato a collegare la radiazione acustica risultante con la propagazione
dell‟effetto elettromagnetico, anticipando, in un certo senso, il lavoro di
Maxwell sulle onde elettromagnetiche.
Faraday lavorando sugli esperimenti di Chladni, osservò il comportamento
della sabbia su dei piatti vibranti e scoprì che le particelle si accumulavano
sulle linee nodali. Successivamente scoprì che quando utilizzava sabbia
veramente fine, queste non ricadevano sulle linee nodali ma venivano
rimbalzate in aria, e tornavano allo stato di riposo, quando il suono cessava,
negli spazi intermedi delle linee nodali, in vicinanza degli antinodi. La ragione
di questo comportamento particolare fu scoperta proprio da Faraday, che la
descrisse così nel suo paper:

“When a plate is made to vibrate, currents are established in
the air lying upon the surface of the plate, which pass from the
quiescent lines towards the centres or lines of vibration… and
then proceeding outwards from the plate to a greater or
smaller distance, return towards the quiescent lines.”
Faraday notò che la velocità del moto di queste correnti, e l‟altezza alla quale erano sollevate
rispetto al piatto, dipendeva dall‟intensità della radiazione, la natura del mezzo e altre
circostanze.

Simon Ohm (1789 – 1854)
Avanzò l‟ipotesi che l‟orecchio percepiva solo una singola vibrazione sinusoidale pura e che
ciascun suono complesso era diviso dall‟orecchio nella sua frequenza fondamentale e nelle
sue armoniche.
Hermann F.L. von Helmholtz (1821 – 1894)
Senza alcun dubbio a lui va il merito di aver posto le basi dell‟analisi spettrale nel suo
classico «Lehre von den Tonempfindungen» (Sulla sensazione del Suono), qui lui mostrò
come l‟orecchio può separare le varie componenti di un suono composto.
Lord Rayleigh (1845 – 1919)
Pose le basi teoriche dell‟acustica. Stabilì come misurare l‟intensità sonora ed
inoltre definì la propagazione delle onde Rayleigh (da lui il loro nome) sulla
superficie piana di un solido elastico.

Grazie per l‟attenzione

Bibliografia e sitografia
• Lindsay - “Acoustic”;
• J.W.S. Rayleigh - “The theory of sound”;
• R.T.Beyer - “Sounds of our times”;
• Daniel R. Raichel - «The science and applications of acoustics»;
• D. Merejkowski - «The Romance of Leonardo Da Vinci»;
• Thomas D. Rossing (Editore) - «Handbook of acoustics»;
• M. R. Cohen e I.E. Drabkin - “A source book of greek science” ;
• G. Galilei - «Discorsi e dimostrazioni intorno a due nuove scienze»
• www.laparola.net/testo.php?riferimento=Esodo+26;
• www.wikipedia.org;

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