3. Gli studi sull'acustica
I primi studi quantitativi sull'acustica, limitati però alla misura
della velocità del suono, risalgono al XVII secolo.
Nel secolo
successivo, in seguito allo sviluppo dell'analisi matematica e avendo
quindi a disposizione strumenti di calcolo più potenti, venne
affrontato uno studio sistematico dei fenomeni acustici. Fu il
matematico Brook Taylor (1685--1731), celebre per la formula dello
sviluppo in serie delle funzioni ad una variabile, che determinò,
mediante il calcolo, le prime formule sul problema della corda
vibrante. Di questo problema si occuparono molti fisici e
matematici dell'epoca: Bernoulli, D'Alambert, Eulero e gli italiani
Lagrange, Riccati e Zanotti.
Bernoulli studiò le vibrazioni
trasversali delle verghe e sviluppò la teoria dei tubi d'organo. Di
quest'ultima si occupò anche Lagrange pubblicando i risultati
nelle Memorie di Torino; Eulero studiò le verghe vibranti ed i
tubi ad "ancia battente"; Riccati si occupò delle vibrazioni delle
membrane tese alle estremità e dei tamburi in particolare. Ancora
Eulero nel 1739, partendo dalla formula data da Taylor sui modi di
vibrazioni di una corda, scrisse uno dei primi saggi di teoria
scientifica della musica.
Sempre nel XVIII secolo si ebbero le prime ipotesi sul fenomeno dei
battimenti, già noto ai costruttori d'organo, che avviene in presenza
di due suoni di frequenza poco diversa. Sauver (1653--1716) ne
attribuì la causa alle concordanze fra le vibrazioni del primo suono e
quelle del secondo per cui il suono udito dovuto ai battimenti ha
frequenza pari alla differenza fra le frequenze dei due suoni;
Lagrange nella sua memoria sulla Natura e propagazione del
suono precisò che se la differenza fra le frequenze è così grande
da superare il limite dei suoni percettibili(1), i battimenti non sono più
percepiti dall'orecchio come suoni distinti ma si avvertono come un
suono unico. Era il cosiddetto terzo suono che il violinista Tartini
diceva si sarebbe prodotto in concomitanza di altri due suoni. Questo
fenomeno fu sfruttato per la misura dell'altezza dei suoni per
confronto con suoni campione: quando i battimenti hanno frequenza
molto bassa i due suoni da confrontare sono circa della stessa
altezza.
Un metodo per la misura della velocità del suono nei gas e nei materiali
venne invece trovato da Chladni alla fine del secolo.
A Chladni è
anche dovuta la spiegazione dell'eco e la determinazione
della soglia di udibilità fissata a 22000 vibrazioni al secondo.
Per quanto riguarda il mezzo attraverso il quale il suono si trasmette
non mancarono ipotesi fantasiose che arrivarono a immaginare
l'esistenza di particelle che permeano l'aria col compito di
trasmettere il suono. Le misure della velocità del suono nei mezzi si
intensificarono nel XIX secolo: si fecero esperimenti per misurare la
velocità di propagazione del suono nell'acqua del lago di Ginevra
(Colladon e Sturm, 1827) e si misurò la velocità del suono nei metalli
(Biot). Questa misura veniva ottenuta per differenza dei tempi di
percezione dei due suoni che giungevano ad un osservatore lungo un
tubo metallico contenente aria: il primo suono era quello trasmesso
dal metallo stesso, il secondo trasmesso dall'aria e quindi propagato
con velocità nota.
Nel 1859 si adottò in Francia la seguente definizione come unità
del suono :
"Suono prodotto da 870 vibrazioni semplici in un secondo"
, ossia il la3. Negli archivi di stato, insieme ad
altri campioni, era depositato un diapason da 870 vibrazioni cui
dovevano confrontarsi i "coristi" che si costruivano per le
varie orchestre.
Nello studio di un altro carattere del suono, il timbro, i
maggiori contributi si devono a Helmholtz che ideò i
risuonatori per poter analizzare le componenti semplici di un suono
qualsivoglia e costruì uno strumento per visualizzare come il
diverso timbro di due suoni della stessa frequenza sia dovuto alle
diverse armoniche presenti. Sempre sullo studio ottico dei suoni
furono importanti le esperienze di Lissajous: in una camera oscura
introdusse un fascio di luce solare concentrato da una lente; il
fascio veniva riflesso due volte da specchietti montati su due
diapason posti perpendicolarmente, e andava infine ad impressionare
una lastra fotografica che visualizzava figure illustranti la
sovrapposizione di due moti armonici fra loro perpendicolari, le
famose figure di Lissajous.
Le proprietà delle lamine di vibrare all'unisono con i corpi posti in
loro vicinanza permise la realizzazione del telefono, del fonografo
e del microfono. Il telefono fu inventato da Antonio Meucci (1808--1889) nel
1849 ma fu reso noto solo anni più tardi (1872). Le
ristrettezze economiche in cui Meucci versava non gli permisero di mantenere
il brevetto; nel frattempo Graham Bell inventò un apparecchio simile
che ebbe invece un grandissimo successo all'esposizione di Filadelfia
del 1876 e giunse poi in Europa introdotto da William Thomson.
Hunghes inventò il microfono che fu subito utilizzato nel telefono di Bell.
Il fonografo di
Edison fu utilizzato per registrare e riprodurre suoni e venne poi
sostituito dal grammofono.