Il ritorno di X Factor: conosciamo l’origine fisica della musica?

La nuova edizione di X Factor riletta in chiave fisica. Come nascono i suoni e come si propagano nello spazio?

Giuria di X Factor 11 (Sky)

Al via la tredicesima edizione del più cult tra i talent show. Tanto criticato dall’underground indipendente, quanto esaltato dal pubblico mainstream, X Factor concede ogni anno agli artisti di tutta la penisola la possibilità di portare sul piccolo schermo la propria musica. Lasciando i giudizi sul format a chi di competenza, ci poniamo una domanda alternativa: qual è l’origine fisica dei suoni?

Il ritorno del talent show della musica

Ti siedi e pensi e ricominci il gioco della tua identità“, diceva Guccini riferendosi al mese di settembre, nella celebre Canzone Dei Dodici Mesi. Difatti – come ogni anno – eccoci al termine della stagione estiva e alla ripresa delle attività scolastiche e lavorative. Anche il mondo della televisione deve aver capito questa ciclicità degli eventi e, come di consueto, si addentra nell’autunno col ritorno del re dei talent show: X Factor. Lo fa all’insegna dell’innovazione, con una giuria per tre quarti rinnovata. Fuori Fedez, Lodo Guenzi e Manuel Agnelli, dentro Sfera Ebbasta, Malika Ayane e Samuel. Solo l’evergreen Mara Maionchi rimane tra i banchi della giuria, pronta a godersi un nuovo spettacolo. Lasciando che giudici, ospiti e concorrenti ci stupiscano nel corso delle puntate, spostiamo l’attenzione su un aspetto poco conosciuto della musica, ma ugualmente interessante: la fisica dei suoni.

Dacché siamo vivi, l’udito è parte integrante della nostra esistenza, talmente integrante che talvolta lo si dà per scontato. Pensieri, parole, voci, musica: tutto passa attraverso l’udito. I suoni ci circondano, ci emozionano, ci consentono di comunicare. Abituati ad ascoltare e ad essere ascoltati, è raro soffermarsi su un suono e domandarsi quale sia la sua natura. La cosa è interessante, perché l’udito è in realtà il più sfuggente tra i cinque sensi: le sue percezioni non si vedono, non si toccano, non si possono né gustare, né annusare. Dovrebbe destare curiosità, ma forse proprio per la sua invisibilità rimane piuttosto trascurato. Tuttavia, per quanto intangibile sia un suono, spiegarne la natura è piuttosto semplice.

Corde di una chitarra

La vibrazione di una sorgente sonora

Il suono nasce in prossimità di una sorgente sonora. Quest’ultima può essere un qualunque corpo elastico, come la corda di una chitarra, la membrana in pelle di un tamburo, una sottile lamina metallica o una corda vocale. Qualunque oggetto in grado di deformarsi anche in maniera microscopica può essere considerato come una sorgente sonora. Nel momento in cui quest’ultima inizia a vibrare – pensiamo a una corda pizzicata – essa trasmette il proprio movimento alle particelle vicine. Nel nostro esempio, la corda della chitarra metterà in moto le molecole d’aria che la circondano e queste inizieranno a vibrare attorno a una posizione di equilibrio. Vibrando, le molecole d’aria attorno alla chitarra si scontreranno con altre molecole d’aria, via via sempre più lontane, e in breve tempo una regione sempre maggiore di fluido sarà perturbata da questa vibrazione. Ha così origine l’onda sonora.

Nota questa premessa, è possibile capire come mai le onde sonore sono anche dette onde di pressione. Anche in questo caso ci si appoggerà a un semplice esempio. Facendo riferimento all’immagine al termine del paragrafo, analizziamo il moto di una lamina metallica e il comportamento del gas che la circonda. Nel corso del moto, la lamina si troverà a schiacciare alternativamente una diversa regione del gas. In ogni istante di tempo, una parte del gas si troverà in una zona di alta pressione, ovvero sarà compresso, e un’altra parte si troverà in una zona a bassa pressione, ovvero sarà rarefatto. Quando la lamina si troverà piegata a sinistra, il gas sarà compresso a sinistra e rarefatto a destra. Viceversa quando la lamina si troverà piegata a destra. Questo alternarsi di zone ad alta e bassa pressione – ovvero di zone di gas compresso e gas rarefatto – è il motivo per cui le onde sonore sono considerate onde di pressione.

E il nostro udito dove entra in gioco? La risposta è semplice se consideriamo che il timpano non è nient’altro che una membrana elastica. Il suo comportamento è molto simile a quello della lamina metallica appena descritta. Per fornire un ulteriore paragone, il nostro timpano è come un piccolo tappeto elastico su cui le molecole d’aria si divertono a saltare. Così, quando la perturbazione raggiunge le nostre orecchie, l’alternarsi di zone di alta e di bassa pressione fanno vibrare questa lamina. Il nostro sistema nervoso traduce la vibrazione del timpano in un impulso elettrico che giunge infine al cervello. Sarà poi quest’ultimo a rielaborare l’informazione, permettendoci di udire i suoni. Per esempio una canzone di X Factor.

Lamina vibrante (Zanichelli)

Cosa succede cambiando il mezzo materiale

Si è visto come la presenza di un fluido, per esempio l’aria, sia fondamentale per la propagazione delle onde sonore. Più in generale si può affermare che un suono si diffonde solo in presenza di un mezzo materiale, sia esso un gas, un liquido o un solido. Una caratteristica interessante del mezzo materiale è che esso incide direttamente sulla velocità del suono, ossia sulla velocità con cui si propagano le onde di pressione. Tutti abbiamo presente la situazione in cui, nel bel mezzo di un temporale, prima vediamo il fulmine e poi sentiamo il tuono. Questo perché la luce, onda elettromagnetica che ci permette di osservare il lampo, ha una velocità di propagazione ben superiore a quella del suono, onda di pressione.

Poniamoci infine in un caso particolare, ovvero in assenza di un mezzo materiale. Cosa succede al suono nel vuoto? Se non ci sono molecole disposte a vibrare attorno alla sorgente sonora, il suono non può propagarsi. Per questo motivo, nello spazio – in assenza di un’atmosfera – le onde sonore non esistono. I mille suoni di Star Wars sono solo opera di fantasia. Lo spazio, o più in generale il vuoto, ha un solo suono: quello del silenzio.

Wallpaper di Interstellar (Interstellar)

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