Chi pensa che cose come ponti che si sgretolano, vetri che si frantumano, bambini che strillano e bassi assordanti non abbiano nulla in comune si sbaglia. Sono tutti prodotti da vibrazioni, e le forti vibrazioni in particolare sono prodotte da frequenze naturali. Continua a leggere mentre discutiamo della scienza alla base di questo concetto, delle catastrofi di risonanza e del ruolo che la risonanza gioca nella progettazione degli altoparlanti.
Ma come vibra tutto?
La vibrazione delle cuffie è sempre una risposta a uno stimolo energetico. La membrana di un altoparlante può essere spostata da una bobina con l’aiuto di un magnete, il vento può scuotere un grattacielo e una mano può far oscillare un pendolo. La potenza vibrazionale applicata, il materiale e il design del sistema vibrante influenzano tutti la forza di vibrazione di qualcosa. Tuttavia, la frequenza con cui agiscono gli impulsi energetici gioca un ruolo significativo. Perché il corpo vibra con un’ampiezza particolarmente elevata quando la frequenza dell’energia fornita corrisponde alla frequenza naturale del corpo.
Usando un pendolo, si può comprendere come il fenomeno della frequenza di risonanza si manifesti nella vita reale: la massima deflessione si verifica quando un pendolo a molla è periodico, ovvero alimentato con energia a intervalli regolari che corrisponde alla sua frequenza naturale. La deflessione del pendolo sarà ridotta se gli impulsi di energia si verificano a una frequenza inferiore o superiore alla frequenza naturale.
Puoi sperimentare la frequenza di risonanza in azione mentre oscilli. Quando colpisci un’oscillazione al suo apice, la fonte di energia è esattamente alla frequenza intrinseca del sistema. Per questo motivo, lo swing ha molto slancio oscillante. La forza viene trasmessa in modo meno efficace o addirittura non va da nessuna parte se colpisci prima o dopo che l’oscillazione raggiunge il suo apice.
Vibrazioni positive e negative
I corpi delle chitarre acustiche, gli swing, i bicchieri e i ponti possono tutti vibrare alle corrispondenti frequenze di risonanza. Tuttavia, questo non è sempre preferibile e può anche causare gravi danni. In questo modo le strutture non possono sopportare le sollecitazioni causate da sistemi che possono vibrare in modo estremamente violento.
Quando qualcuno parla a un bicchiere di vino stando vicino, si può vedere questo fenomeno. Il vetro si rompe in tempi relativamente brevi se il tono della voce corrisponde esattamente alla frequenza naturale del materiale; questo è noto come una catastrofe di risonanza. Il vetro non si rompe se le corde vocali fanno vibrare le molecole d’aria a una frequenza maggiore o minore. Quando colpisci il vetro con qualcosa, puoi sentire la frequenza naturale del vetro.
Il crollo indotto dal vento del Tacoma Narrows Bridge negli Stati Uniti nel 1940 è una delle catastrofi di risonanza più note.
Il codice della strada vieta a gruppi di persone, come le unità militari, di marciare di pari passo sui ponti per evitare catastrofi di risonanza.
La risonanza, d’altra parte, è un effetto mirato utilizzato dagli strumenti musicali per amplificare il suono. Il corpo di una chitarra acustica funge da amplificatore meccanico per le onde sonore prodotte dalle corde. A causa di come è fatto il corpo della chitarra, la frequenza di risonanza si verifica anche a varie altezze.
Con un’eccezione, gli effetti di risonanza negli altoparlanti sono indesiderati
Negli altoparlanti, la frequenza di risonanza è indesiderabile. La costruzione degli altoparlanti impedisce alle diverse parti di vibrare alla loro frequenza di risonanza. Ciò implicherebbe che alcuni suoni verrebbero riprodotti in modo significativamente più forte di altri quando si trovassero nella stessa gamma di frequenze dei singoli componenti. Nei sistemi multicanale, la rete crossover viene utilizzata in questa situazione per guidare i segnali agli altoparlanti in base alla loro frequenza.
Anche il cabinet dell’altoparlante non dovrebbe subire effetti di risonanza. Questi possono accadere quando il suono entra all’interno dell’altoparlante attraverso la membrana sul retro. L’immagine sonora potrebbe risentirne a causa delle vibrazioni del cabinet in risposta a questo suono. Il cabinet dell’altoparlante ha uno smorzatore installato per evitare che ciò accada assorbendo le onde sonore generate internamente.
Gli altoparlanti bass reflex sono un’eccezione a questa regola. Questi armadi hanno un’apertura tubolare che consente l’ingresso nella stanza di alcune basse frequenze del suono irradiato dall’interno. Questo funziona secondo il principio del risonatore di Helmholtz, che abbiamo discusso nel nostro testo sui subwoofer.
Riepilogo
- La frequenza di risonanza è utile, quindi.
- La frequenza intrinseca di un sistema oscillante e la frequenza dell’energia esterna sono in fase alla frequenza di risonanza.
- Quando si verifica la risonanza, la deflessione dell’oscillazione aumenta.
- In acustica, una maggiore ampiezza dell’onda sonora si traduce in una maggiore pressione sonora e, quindi, in un volume maggiore.
- Gli altoparlanti dovrebbero normalmente evitare le frequenze di risonanza.
- L’unica eccezione sono gli altoparlanti bass reflex. Secondo il principio del risonatore di Helmholtz, questi amplificano le basse frequenze.