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Suono
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«Il suono c'è quando c'è»
(Giovanni Piana, Filosofia della musica)
Col termine mweasuono (dal mweqlatino mwegsonus )cite-ref-0-1-0[1] s'intende tutta la porzione dello mwfwspettro acustico (le mwgafrequenze di mwgqoscillazione) mwggudibile dall'mwgworecchio umano, ed è principalmente legato alla mwhapropagazione delle mwhqonde sonore nell'mwhgaria (o nell'mwhwacqua, quando siamo mwiaimmersi). Ogni mwiqsuono è caratterizzato da un'mwigaltezza fondamentale (quantità di mwiwvibrazioni al mwjasecondo) e da un'mwjqintensità acustica, anche se in molti casi (come i mwjgrumori o gli insiemi di suoni), l'altezza non è o potrebbe non essere valutabile. lo spettro udibile dei suoni, comprende le frequenze da 20 a 20 000 mwjwHz, e la mwkavelocità di propagazione delle onde nell'aria, è comunemente indicata come 340 mwkqm/s.cite-ref-0-1-1[1] L'intensità dei suoni è legata alla mwlgsensibilità del orecchio, compresa tra il valore minimo di mwlwsoglia e il valore della pressione massima accettabile, corrispondente al mwmadolore e poi al danno perenne del mwmqtimpano.
Il mwoqsuono crea una "sensazione uditiva"cite-ref-0-1-2[1] correlata alla natura delle vibrazioni delle particelle del mezzo di trasmissione, come una successione di micro mwpgcompressioni ed espansioni tra le sue mwpwmolecole (mwqapressione sonora), che lo fa giungere al nostro apparato uditivo, dalla mwqqsorgente sonora.
Contents
• Altezza
• Timbro
• Note
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Descrizione
Le oscillazioni sono spostamenti delle particelle intorno alla posizione di riposo e lungo la direzione di propagazione dell'mwuqonda; gli spostamenti sono provocati da movimenti vibratori, provenienti da un determinato oggetto, chiamato sorgente del suono, il quale trasmette il proprio movimento alle particelle adiacenti grazie alle proprietà meccaniche del mezzo; le particelle a loro volta, iniziando ad oscillare, trasmettono il movimento alle altre particelle vicine e queste a loro volta ad altre ancora, provocando una variazione locale della pressione; in questo modo, un semplice movimento vibratorio si propaga meccanicamente originando un'onda sonora (o onda acustica), che è pertanto mwugonda longitudinale. Si ha un'onda longitudinale quando le particelle del mezzo in cui si propaga l'onda, oscillano lungo la direzione di propagazione. Le onde meccaniche longitudinali sono anche denominate mwuwonde di pressione. Il suono è un'onda che gode delle seguenti proprietà: mwvariflessione, mwvqrifrazione e mwvgdiffrazione, ma non della mwvwpolarizzazione (a differenza della mwwaluce che è un'mwwqonda elettromagnetica). Un'mwwgonda ha la frequenza e lunghezza d'onda che possono essere messe in relazione con la formula:
mwxq y ( x , t ) = y 0 sin ( ω ω ( t − − x c ) ) {\displaystyle y(x,t)=y_{0}\sin {\Bigg (}\omega \left(t-{\frac {x}{c}}\right){\Bigg )}}
dove:
• mwyq y {\displaystyle y} è lo spostamento di un punto seguendo l'onda sonora;
• mwyw x {\displaystyle x} è la distanza dalla sorgente dell'onda del punto considerato;
• mwzq t {\displaystyle t} è il tempo trascorso;
• mwzw y 0 {\displaystyle y_{0}} è l'mwaaampiezza delle oscillazioni,
• mwag c {\displaystyle c} è la velocità dell'onda;
• mwba ω ω {\displaystyle \omega } è la pulsazionecite-ref-2[2] dell'onda.
La quantità mwcg x c {\displaystyle {\frac {x}{c}}} è il tempo necessario all'onda per percorrere la distanza mwcw x {\displaystyle x} .
mweg f = ω ω 2 π π . {\displaystyle f={\frac {\omega }{2\pi }}.}
Per le onde sonore, l'ampiezza dell'onda è la differenza tra la pressione del mezzo non perturbato e la pressione massima causata dall'onda.
La velocità di propagazione delle onde sonore dipende dalla temperatura e pressione del mezzo attraverso il quale si propagano.
Come tutte le mwfgonde, anche quelle mwfwsonore sono caratterizzate da una mwgafrequenza (che nel caso del suono è in diretta, ma non esclusiva, relazione con la percezione dell'mwgqaltezza) e un'mwggintensità (che è in diretta, ma non esclusiva, relazione con il cosiddetto "volume" del suono). Inoltre, caratteristica saliente delle onde sonore è la loro composizione armonica e non la forma dell'onda, che rende in gran parte ragione delle differenze cosiddette di mwgwtimbro che si percepiscono tra suoni di tipo diverso.
Il campo uditivo dell'uomo si estende da una frequenza di circa mwhq 20 H z {\displaystyle 20\,\mathrm {Hz} } fino a mwhg 20000 H z {\displaystyle 20000\,\mathrm {Hz} } (ossia mwhw 20 k H z {\displaystyle 20\,k\mathrm {Hz} } ). La lunghezza d'onda rappresenta lo spazio percorso dall'onda sonora in un periodo completo di oscillazione. Le relazioni tra periodo mwia T {\displaystyle T} (tempo necessario perché si compia un'oscillazione completa), frequenza mwiq f {\displaystyle f} , e lunghezza d'onda mwig L {\displaystyle L} sono date da:
mwja f = c L {\displaystyle f={\frac {c}{L}}\,\,} mwjq f = 1 T {\displaystyle \,\,f={\frac {1}{T}}\,\,} mwjg c = L T {\displaystyle \,\,c={\frac {L}{T}}\,\,} mwjw c = L f {\displaystyle \,\,c=Lf}
dove mwkq c {\displaystyle c} è la velocità del suono nell'aria (mwkg 334 m / s {\displaystyle 334\,\mathrm {m} /\mathrm {s} } nell'aria alla temperatura di mwkw 20 ∘ ∘ C {\displaystyle 20^{\circ }\mathrm {C} } ed alla pressione atmosferica al livello del marecite-ref-3[3]).
La velocità del suono dipende molto dalla densità del mezzo: è circa mwmq 1500 m s {\displaystyle 1500\,{\frac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}} nell'acqua e circa mwmg 5000 m s {\displaystyle 5000\,{\frac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}} nel ferro. Essendo un movimento di materia, nel vuoto non si trasmette, poiché non c'è materia da far oscillare.
Conoscendo la velocità e la frequenza di un suono, possiamo dunque calcolare la sua lunghezza d'onda; alla frequenza di mwna 20 H z {\displaystyle 20\,\mathrm {Hz} } , la lunghezza d'onda è pari a mwnq 17 m {\displaystyle 17\,m} , mentre a mwng 20 k H z {\displaystyle 20\,\mathrm {kHz} } è pari a soltanto mwnw 17 m m {\displaystyle 17\,mm} .
La velocità di propagazione del suono dipende dalle caratteristiche del mezzo, in particolare l'elasticità e la densità. È direttamente proporzionale all'elasticità ed inversamente proporzionale alla densità, secondo la relazione dove:
mwow c {\displaystyle c} = velocità del suono nel mezzo considerato
mwpq k {\displaystyle k} = costante
mwpw E {\displaystyle E} = mwqamodulo di elasticità di Young mwqq ( N m 2 ) {\displaystyle \left({\frac {N}{m^{2}}}\right)}
mwqw ρ ρ {\displaystyle \rho } = densità del mezzo mwra ( k g m 3 ) {\displaystyle \left({\frac {kg}{m^{3}}}\right)}
Spesso materiali di elevata densità presentano anche moduli di elasticità elevati e questo ha contribuito al diffondersi della convinzione che la velocità del suono sia più elevata in un mezzo ad alta densità rispetto ad un altro di densità più ridotta.
Altezza
L'altezza è la qualità che fa distinguere un suono acuto da uno grave. Dipende in massima parte dalla mwsqfrequenza, ma anche dalla mwsgintensità. L'orecchio umano percepisce solo i suoni che vanno da 16 a 20.000 oscillazioni al mwswsecondo. Al di sotto abbiamo gli mwtainfrasuoni, al di sopra gli mwtqultrasuoni. Il mwtgsonar, ma anche i mwtwdelfini ed i mwuapipistrelli, percepisce gli ultrasuoni, mentre mwuqelefanti, mwugpesci e mwuwcetacei percepiscono gli infrasuoni.
La pratica musicale copre una gamma di suoni, le cui fondamentali vanno dal mwvqdo grave, con circa 65 oscillazioni semplici al secondo, al do acuto, con 8276 oscillazioni semplici. La voce umana ha un registro ancora più limitato. Per calcolare l'altezza dei suoni, è stato scelto come punto di riferimento il La4 (= ottava centrale del pianoforte), anche chiamiato mwvgmwvwdiapason o mwwacorista. La frequenza del diapason, che fino al XIX secolo variava di mwwqPaese in Paese e anche a seconda del tipo di musica da eseguire (sacra, da camera, ecc.) è stata determinata da diversi congressi: nel 1885, il governo austriaco stabilì che il La4 corrispondesse a 870 oscillazioni semplici che, a loro volta, corrispondevano a 435 oscillazioni doppie. Ora invece il valore di riferimento, stabilito dalla Conferenza di Londra del 1939, è 440 vibrazioni doppie, quindi 880 semplici.
Le varie altezze si possono suddividere in diverse gamme di frequenza, tra 16 mwwwHz e 20 mwxakHz. Così, 3 divisioni portano alle mwxqbasse (~ 16 ÷ 170mwxg Hz), alle mwxwmedie (~ 170 ÷ 1900mwya Hz) e alle mwyqalte frequenze (~ 2 ÷ 20mwyg kHz), mentre 5 divisioni, invece, vedono solitamente le mwywbasse (16 ÷ 70 mwzaHz), mwzqmedio-basse (70 ÷ 300mwzg Hz), mwzwmedie (300 ÷ 1200mw0a Hz), mw0qmedio-alte (1,2 ÷ 5mw0g kHz) ed mw0walte (5 ÷ 20mw1a kHz).
Volume e pressione
Il mw2avolumecite-ref-4[4] che viene spesso anche chiamato - colloquialmente ed erroneamente - pressione, è la qualità sonora associata alla percezione della mw3qforza di un suono, ed è determinato dalla mw3gpressionecite-ref-5[5] che l'onda sonora esercita sul mw4wtimpano: quest'ultima è a sua volta determinata dall'mw5aampiezza della vibrazione e dalla distanza del punto di percezione da quello di emissione del suono.cite-ref-6[6] In particolare, la pressione di un'onda sonora sferica emessa da una sorgente puntiforme risulta essere proporzionale al reciproco della distanza:
mw6w p ~ ~ ∼ ∼ 1 r {\displaystyle {\tilde {p}}\sim {\frac {1}{r}}}
mw7q p ~ ~ 1 p ~ ~ 2 = r 2 r 1 {\displaystyle {\frac {{\tilde {p}}_{1}}{{\tilde {p}}_{2}}}={\frac {r_{2}}{r_{1}}}}
mw7w p ~ ~ 1 = p ~ ~ 2 r 2 r 1 {\displaystyle {\tilde {p}}_{1}={\tilde {p}}_{2}{\frac {r_{2}}{r_{1}}}}
mw8q p {\displaystyle p} = pressione
Per misurare il volume percepito di un suono si fa spesso riferimento al mw8wlivello sonoro, che viene calcolato in mw9adecibel,cite-ref-7[7] come segue: mw-q L p = 10 log 10 ( p 2 p 0 2 ) = 20 log 10 ( p p 0 ) dB {\displaystyle L_{\mathrm {p} }=10\,\log _{10}\left({\frac {{p}^{2}}{{p_{0}}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p}{p_{0}}}\right){\mbox{ dB}}}
nella formula, mw-w p {\displaystyle p} indica la pressione mw-aquadratica media, mentre mw-q p 0 {\displaystyle p_{0}} è una pressione sonora di riferimento (soglia del silenzio o udibile. È la più piccola variazione di pressione che l'orecchio umano è in grado di percepirecite-ref-8[8]) comunemente posta a mwaqi 20 μ μ P a {\displaystyle 20\,\mu \mathrm {Pa} } mwaqm ( 2 ⋅ ⋅ 10 − − 5 N m 2 ) {\displaystyle \left(2\cdot 10^{-5}\,{\frac {N}{m^{2}}}\right)} in aria e a mwaqq 1 μ μ P a {\displaystyle 1\,\mu \mathrm {Pa} } in acqua. La misura in decibel risulta più appropriata per indicare il livello sonoro percepito, perché la risposta dell'orecchio umano è all'incirca logaritmica.cite-ref-9[9]
L'intensità di un'onda sonora è invece definita come la quantità di mwaqoenergia che passa attraverso l'unità di area nell'intervallo di tempo unitario. Quindi se l'energia mwaqs E {\displaystyle E} passa attraverso l'area mwaqw A {\displaystyle A} nel tempo mwaq0 t {\displaystyle t} , l'intensità mwaq4 I {\displaystyle I} dell'onda è mwaq8 I = E A t = P a c A {\displaystyle I={\frac {E}{At}}={\frac {P_{ac}}{A}}} , dove si è tenuto conto della definizione di mwarapotenza mware P a c {\displaystyle P_{ac}} come rapporto fra l'energia e il tempo in cui viene sviluppata (mwari P a c = E / t {\displaystyle P_{ac}=E/t} ).cite-ref-10[10]
L'intensità si può esprimere anche a partire dalla pressione e dalla velocità dell'onda (indicando con T il periodo dell'onda): mwarg I = 1 T ∫ ∫ 0 T p ( t ) ⋅ ⋅ v ( t ) d t {\displaystyle I={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}p(t)\cdot v(t)\,dt}
Nel caso di un'onda sferica (sorgente puntiforme), l'intensità, in funzione della distanza è data da
mwarw I r = P a c A = P a c 4 π π r 2 {\displaystyle I_{r}={\frac {P_{ac}}{A}}={\frac {P_{ac}}{4\pi r^{2}}}\,} .
Come si può vedere l'intensità decresce come il reciproco del mwar4quadrato della distanza:mwar8 I ∼ ∼ p 2 ∼ ∼ 1 r 2 {\displaystyle I\sim {p^{2}}\sim {\dfrac {1}{r^{2}}}\,} e quindi molto più rapidamente della pressione mwasa p ∼ ∼ 1 r {\displaystyle p\sim {\frac {1}{r}}} cite-ref-11[11]
Anche per l'intensità si dà una definizione di livello in unità logaritmiche (decibelcite-ref-12[12]):
mwasw L I = 10 log 10 I I o {\displaystyle L_{I}=10\log _{10}{\frac {I}{I_{o}}}\,}
In questo caso l'intensità di riferimento mwas4 I 0 = 10 − − 12 W m 2 {\displaystyle I_{0}=10^{-12}\,{\frac {\mathrm {W} }{m^{2}}}} .
Timbro
Il timbro è la qualità che più distingue un suono da un altro; immaginiamo la voce di un mwatiElefante o di una mwatmTigre (ad esempio). In ambito musicale, il timbro è la qualità che distingue uno mwatqstrumento musicale dall'altro, a parità della mwatunota suonata. Il timbro non dipende dalla mwatyforma d'onda del suono (ma dalla quantità e intensità dei suoni armonici in cui può essere scompostomwatc), oltre alla mwatgfondamentale). Pertanto il timbro è determinato dalla sovrapposizione delle onde componenti. Il timbro è determinato anche dalla natura della sorgente sonora (forma e composizione) e dalla maniera in cui questa viene fatta vibrare o posta in oscillazione (le mwatkcorde vocali, un mwatoviolino o le mwatsfoglie mosse dal mwatwvento, ecc).
La scomposizione nelle proprie componenti fondamentali (sinusoidali) di un suono registrato (o ripreso da un mwat4microfono), è detta mwat8mwauaanalisi in frequenza. Con questo metodo si è in grado di analizzare i suoni di una singola onda sonora per valutarne il timbro (es: mwaueanalizzatore di spettro, ecc).
Nella musica, tanto più un suono è composto da diverse componenti, tanto più esso risulta complesso. Ad esempio, si potrebbe andare da un suono più semplice di un mwauoflauto dolce, composto dalla fondamentale e da pochissime armoniche (piuttosto consonanti e di basso livello acustico), al suono ricco degli mwausstrumenti ad arco, composto da moltissime frequenze armoniche.
Tanto più le frequenze secondarie che si sovrappongono alla principale non sono armoniche (ovvero hanno frequenze che non sono multipli interi della fondamentale), tanto più ci si avvicina al rumore.
Localizzazione uditiva
La localizzazione uditiva, detta anche localizzazione sonora o acustica, è la capacità di identificare la posizione di una sorgente sonora nello spazio. Nell'uomo, questa si basa principalmente su tre fattori: la differenza di tempo interaurale, la differenza di intensità interaurale e le modifiche spettrali causate dalla forma del padiglione auricolare e dai volumi spaziali di testa e spalle. La localizzazione uditiva si avvale anche di cues secondari quali il mwavyriverbero ambientale ed il moto relativo tra sorgente ed ascoltatore, per determinare o migliorare la localizzazione della sorgente sonoracite-ref-13[13].
Suoni e rumori
Il rumore è comunemente identificato come una sensazione uditiva sgradevole e fastidiosa o intollerabile. Tuttavia, alcuni studiosi ritengono che la differenza di significato tra "suono" e "rumore" sia legata più alla controllabilità dell'emissione acustica, che non alla sua gradevolezza. Inoltre, molti rumori vengono generati elettronicamente per ricreare l'equivalente del suono nella sua complessità, ad esempio il mwawgrumore bianco, il mwawkrumore rosa, il mwaworumore gaussiano, ecc. E il mwawsrumore del mare (ad esempio) non è un suono udibile?
L'udito umano non è ugualmente sensibile a tutte le frequenze dei suoni, ma è più sensibile nel campo compreso fra mwaw0 2 k H z {\displaystyle 2\,k\mathrm {Hz} } e mwaw4 5 k H z {\displaystyle 5\,k\mathrm {Hz} } , e molto meno sensibile alle frequenze estremamente basse (mwaw8 16 H z {\displaystyle 16\,\mathrm {Hz} } ) o estremamente elevate (mwaxa 20 k H z {\displaystyle 20\,k\mathrm {Hz} } ). Questo fenomeno è molto più pronunciato ai bassi livelli di pressione sonora che non agli alti livelli. Così, un segnale a mwaxe 50 H z {\displaystyle 50\,\mathrm {Hz} } con un livello di pressione sonora di mwaxi 85 d B {\displaystyle 85\,\mathrm {dB} } (abbastanza alto), dà luogo alla stessa intensità soggettiva di un segnale a mwaxm 1000 H z {\displaystyle 1000\,\mathrm {Hz} } con livello di mwaxq 70 d B {\displaystyle 70\,\mathrm {dB} } (mwaxu 15 d B {\displaystyle 15\,\mathrm {dB} } di differenza, non pochi); pertanto, affinché uno mwaxystrumento per la misura del rumore reagisca nella stessa maniera dell'orecchio umano, è necessario dotarlo di un mwaxcfiltro di ponderazione che ne simuli la mwaxgrisposta. E questo filtro, è definito dalle norme CEI 29-1, 29-10 e 29-14 (e successive modificazioni e/o integrazioni) come "ponderazione A".cite-ref-14[14]
Note
cite-note-0-11. ↑ mwaycmwaygmwayksuòno - Treccani, su mwayoTreccani. mwaysURL consultato il 9 maggio 2024.
cite-note-22. ↑ mway8mwazaHalliday Resnick Walker,mwaze p. 501.
cite-note-33. ↑ mwazumwazyHalliday Resnick Walker,mwazc p. 498.
cite-note-44. ↑ Vedi anche: mwazsmwazwmwaz0Corso di Fisica della Georgia State university mwaz4mwaz8Calcolatore di pressione sonora
cite-note-66. ↑ Si tratta in effetti di una sovrapressione, cioè della variazione di pressione determinata dal suono.
cite-note-77. ↑ A volte indicati come dB spl (dB sound pressure level - livello di pressione sonora) per distinguerli dall'analoga misura di livello d'intensità.
cite-note-88. ↑ Oltre alla soglia del silenzio, si trovano anche riferimenti alla cosiddetta soglia del dolore, che però ha una definizione assai più soggettiva. I valori riportati variano tra i 120 e i 140 dB, corrispondenti a pressioni comprese tra 20 e 200 pascal.
cite-note-99. ↑ In realtà bisognerebbe anche tenere conto del fatto che la risposta dell'orecchio umano dipende anche dalla frequenza del suono.
cite-note-1111. ↑ Valgono anche le relazioni (analogamente al caso della pressione) mwadymwadcmwadgmwadkmwado mwads mwadw mwad0 mwad4I mwad8∝ ∝ mwaea mwaee mwaei1 mwaem mwaeqr mwaeu mwaey2 mwaec mwaeg mwaek mwaeoI mwaes mwaew1 mwae0 mwae4I mwae8 mwafa2 mwafe= mwafi mwafm mwafq mwafu mwafy mwafcr mwafg mwafk2 mwafo mwafs2 mwafw mwaf0 mwaf4 mwaf8r mwaga mwage1 mwagi mwagm2 mwagq mwaguI mwagy mwagc1 mwagg= mwagk mwagoI mwags mwagw2 mwag0⋅ ⋅ mwag4 mwag8 mwahar mwahe mwahi2 mwahm mwahq2 mwahu⋅ ⋅ mwahy mwahc mwahg1 mwahk mwaho mwahs mwahwr mwah0 mwah41 mwah8 mwaia2 mwaie mwaii{\displaystyle I\propto {\frac {1}{r^{2}}}{\frac {I_{1}}{I_{2}}}={\frac {{r_{2}}^{2}}{{r_{1}}^{2}}}I_{1}=I_{2}\cdot {r_{2}^{2}}\cdot {\frac {1}{{r_{1}}^{2}}}\,}
cite-note-1212. ↑ A volte indicati come dB-SIL (dB sound intensity level - livello di intensità sonora) per distinguerli dall'analoga misura di livello di pressione.
cite-note-1313. ↑ mwaio(mwaismwaiwEN) Alessandro Carlini, Camille Bordeau e Maxime Ambard, mwai0mwai4Auditory localization: a comprehensive practical review, in mwai8Frontiers in Psychology, vol.mwaja 15, 10 luglio 2024, mwajeDOI:mwaji10.3389/fpsyg.2024.1408073. mwajmURL consultato il 3 settembre 2024.
cite-note-1414. ↑ mwajcmwajggazzettaufficiale.it, mwajkhttps://www.gazzettaufficiale.it/atto/serie_generale/caricaArticolo?art.progressivo=0&art.idArticolo=1&art.versione=1&art.codiceRedazionale=097A9090&art.dataPubblicazioneGazzetta=1997-11-15&art.idGruppo=0&art.idSottoArticolo1=10&art.idSottoArticolo=1&art.flagTipoArticolo=2mwajo Titolo mancante per url mwajsurl (aiuto). mwaj0URL consultato il 9 maggio 2024.
Bibliografia
• citerefhalliday-resnick-walkerDavid Halliday, Robert Resnick e Jearl Walker, Fondamenti di fisica, vol. 2, Bologna, Zanichelli, 2015, ISBN 9788808936578.
Voci correlate
• mwakuAcustica
• mwakcDiffusore di Schroeder
• mwakkInfrasuono
• mwaksUltrasuono
• mwak0Velocità del suono
• mwak8Altoparlante
• mwaleCoda sonora
• mwalmMusica
• mwaluCimatica
• mwalcErnst Chladni
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Collegamenti esterni
• citerefbritannica-com(EN) Richard E. Berg, sound, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• citerefstanford-encyclopedia-of-philosophy(EN) Casati, Roberto, Dokic, Jerome e Di Bona, Elvira, Sounds, su Stanford Encyclopedia of Philosophy, 14 luglio 2005.
• citerefopen-library(EN) Opere riguardanti Suono, su Open Library, Internet Archive.
• mwal4Video didattici sul suono, su fisica.decapoa.altervista.org. URL consultato il 19 dicembre 2008 (archiviato dall'url originale il 1º marzo 2009).