«Non sento, aumenta la luce!»: questa curiosa espressione, oggi apparentemente assurda, potrebbe in futuro risultare non del tutto priva di senso, grazie alla sperimentazione di un team di ricercatori del MIT: questi ultimi, infatti, hanno trovato il modo di trasmettere un messaggio audio direttamente all’orecchio di una persona distante diversi metri, senza che nessun altro potesse sentirne il contenuto, e per farlo hanno sfruttato un raggio laser.
Il suono della luce Il fenomeno fisico coinvolto in questa storia si chiama effetto fotoacustico: grazie a esso un materiale, per esempio il vapore acqueo sospeso nell'aria, dopo aver assorbito luce, inizia ad emettere onde sonore. Gli scienziati del MIT hanno utilizzato un raggio laser per inviare un suono di intensità moderata (pari al rumore di fondo in un ristorante) a una persona distante 2,5 metri.
Questo metodo di trasmissione delle onde sonore deriva dalla spettroscopia fotoacustica, una tecnica utilizzata in chimica per rilevare i singoli elementi presenti contemporaneamente all’interno di un composto.
I ricercatori hanno scoperto che è possibile modulare un raggio laser in modo tale da poter controllare la forma e la frequenza delle onde sonore prodotte dal vapore acqueo presente nell’atmosfera.
Un aspetto interessante di questa tecnologia è che il suono può essere percepito solo a una precisa distanza dalla sorgente mentre chi si trova ad attraversare il raggio laser non può udire assolutamente nulla.
Auricolari del futuro? Ryan M. Sullenberger, il ricercatore a capo del progetto, pensa di riuscire ad aumentare notevolmente la distanza masima alla quale sarà possibile trasmettere i messaggi, questo mantenendo una buona qualità dell’audio trasmesso. In teoria con questo sistema sarà possibile inviare un messaggio audio a singole persone, senza la necessità di usare di cuffie, auricolari ecc. Le prime applicazioni pratiche potrebbero essere in ambito militare o nella sicurezza, ma c'è da scommettere che qualcuno vorrà sfruttare il sistema nel campo della pubblicità, per esempio per inviare, in formato audio, messaggi pubblicitari mirati, costruiti su misura per la persona che li ascolterà.
In principio fu... il silenzio. Secondo alcune teorie, il Big Bang fu un evento almeno inizialmente silenzioso. Durante quel primo sussulto di energia che diede inizio al tempo e allo spazio, senza alcuno spazio in cui espandersi, e senza ostacoli da incontrare, le onde sonore non avevano un mezzo in cui propagarsi, e quindi non potevano generare alcun suono. Le cose dovettero cambiare poche centinaia di migliaia di anni dopo, quando l'Universo iniziò a raffreddarsi e ad espandersi, e le onde a propagarsi a distanze sempre maggiori (ma senza nessun orecchio che potesse sentirle). Anche il termine "Big Bang" ("Grande scoppio") di per sé, non si riferisce al rumore di un'esplosione: fu coniato dal fisico britannico Fred Hoyle nel 1949, nel corso di un'intervista radiofonica, per definire in modo polemico e dispregiativo questo modello cosmologico, che lo scienziato non condivideva.
Foto: © Science Photo Library
Il rumore più assordante mai registrato. È stato quello dell'eruzione del Krakatoa, in Indonesia, il 27 agosto 1883. Il botto - della potenza di 200 megatoni - distrusse completamente l'isola e si udì anche a 4.800 km di distanza, fino all'isola di Mauritius, dove risuonò come un distante rumore di spari. Il ruggito dell'esplosione fu avvertito in 50 diverse nazioni, e in un'area pari a un tredicesimo della superficie totale della Terra.
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Ma l'orecchio umano può percepire anche suoni infinitamente deboli. Il più flebile che riusciamo a rilevare è pari a 20 milionesimi di Pascal: in pratica una variazione di pressione 5 miliardi di volte più piccola di quella atmosferica, così lieve che le onde sonore da essa generate sposterebbero la membrana del timpano di una lunghezza inferiore al diametro di un atomo.
Nella foto al microscopio, le cellule sensoriali dell'organo del Corti, nella coclea (orecchio interno): muovendosi traducono il suono in segnale elettrico, che trasmettono al cervello.
Foto: © Science Photo Library
Il suono di uno stereo può essere più forte di quello di un aereo. Nelle pericolosissime dB drag racing, le gare in cui vince chi produce il suono più assordante all'interno di un veicolo, si raggiungono anche i 155-160 decibel, un rumore persino più intenso da quello prodotto da un jet in fase di decollo (che è di 125 decibel, se percepito a un soffio dalla pista). Chiaramente, nessuno durante queste competizioni può sedere all'interno delle auto, o anche solo avvicinarsi: il rumore prodotto sarebbe sufficiente a far esplodere i timpani ed è ben oltre la soglia massima di sopportazione umana (120-130 decibel).
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Foto: © Charles Platiau/Reuters
Come funzionano i decibel. A differenza di altre unità di misura, il decibel (che misura l’intensità sonora) non ha un valore assoluto, ma è definito in rapporto a un valore minimo preso come riferimento. Nel caso dei suoni, il riferimento è il minimo udibile. Il valore massimo, invece, è quello che danneggia l’udito: è circa un milione di volte più intenso e corrisponde a 120-130 dB. La scala dei decibel è particolarmente compressa (si dice che è una scala logaritmica), per tenere conto del fatto che il nostro apparato uditivo è in grado di percepire enormi variazioni dell’ampiezza dei suoni. E come si legge? Un aumento di 3 dB corrisponde a un suono di intensità doppia. Un suono di 60 dB (comune in un ufficio), per esempio, è circa 3 volte meno intenso di uno di 70 dB, l’equivalente di un aspirapolvere.
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La prima ordinanza sui rumori molesti. Risale al VI secolo a.C. nella provincia di Sibari, in Magna Grecia (nell'attuale Calabria). Un'ordinanza stabilì che i lattonieri (cioè coloro che lavoravano materiali metallici) e i galli dovessero trovarsi fuori dalla città, per non disturbare gli abitanti con rumori molesti.
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I primi studi scientifici su rumore e salute. Iniziarono invece molto più tardi: nel 1886 il chirurgo di Glasgow Thomas Barr testò l'udito di un centinaio di calderai britannici (artigiani esperti nella lavorazione di lamiere), dimostrando che il rumore incessante del martello sul metallo poteva causare gravi danni all'udito. Per le moderne soluzioni alla sordità bisognava però aspettare ancora: tra quelle proposte da Barr ci fu far rasare gli ecclesiastici, in modo che durante i sermoni gli operai potessero leggere facilmente il loro labiale.
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Si può annullare un suono con un altro suono. Con il cosiddetto controllo attivo del rumore (o riduzione attiva del rumore), che si basa sul principio dell'"interferenza distruttiva". A una fonte sonora sgradevole si sovrappone un rumore appositamente studiato per eliminare il primo: un'onda sonora della stessa ampiezza, ma con fase opposta, che abbia cioè compressioni opposte alle rarefazioni dell'onda che si vuole annullare. Il principio fu scoperto nel 1933 dal fisico tedesco Paul Lueg ed è oggi utilizzato nelle cuffie con riduzione attiva del rumore.
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Il rumore ci dà fastidio anche inconsciamente. Uno studio scientifico dell'Université de Bretagne-Sud, in Francia, ha dimostrato che gli uomini bevono più velocemente del 20%, quando i rumori all'interno di un bar vengono portati da 72 a 88 decibel.
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Usiamo un tono di voce sempre più alto... Forse per l'esposizione ai suoni sempre più invasivi delle città, ma anche per effetto delle cuffie e degli mp3, stiamo diventando progressivamente più sordi (e di conseguenza alziamo la voce). Secondo il World Forum for Acoustic Ecology, il volume medio di una conversazione negli USA si è alzato di 10 decibel nel corso degli anni '90. I rumori ambientali stanno causando una crescente perdita dell'udito che è spesso scambiata per un effetto dell'invecchiamento. Per rimediare, bisognerebbe abbassare il volume delle nostre città di 10 decibel.
Nella foto, test dell'udito "in serie", negli Stati Uniti del 1939.
Foto: © Science Photo Library
La sordità non è l'unico effetto negativo dei rumori. Lo stress correlato all'inquinamento acustico è responsabile di 45 mila attacchi di cuore fatali all'anno nei paesi industrializzati, secondo uno studio dello Stockholm Environment Institute.
Foto: © Science Photo Library
Oltre a produrre rumori, li "esportiamo". Per esempio, negli oceani, dove l'inquinamento acustico causato dai sonar delle navi porta allo spiaggiamento degli zifidi (cetacei odontoceti simili a delfini) e ha allungato i canti delle megattere (nella foto) del 29%. Per veicolare la stessa quantità di informazioni in un ambiente sempre più rumoroso, i canti dei cetacei si sono anche fatti più ripetitivi.
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Foto: © Sylvain CORDIER/JACANA
Talvolta un rumore di fondo è il segnale che si cercava. Negli anni '60, Arno Penzias e Robert Wilson, giovani ricercatori impegnati a far funzionare una gigantesca radioantenna dei Laboratori Bell (nel New Jersey), incontrarono un persistente "rumore di fondo", un'interferenza fastidiosa di origine inspiegata che disturbava i loro studi sulle onde radio. Quel "fruscio" si rivelò non un rumore, ma la traccia del calore residuo del Big Bang. In altre parole, avevano appena misurato, senza volerlo, la radiazione cosmica di fondo.
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Foto: © ESA
I luoghi più silenziosi al mondo. Si chiamano camere anecoiche e sono ambienti del tutto privi di eco, studiati per ridurre al minimo i segnali di riflessione tra pareti. Quella più priva di suoni in assoluto è la camera anecoica degli Orfield Labs di Minneapolis, Stati Uniti. Una volta entrati al suo interno, si diventa l'unica fonte di rumore, e si iniziano a percepire anche i suoni più reconditi del nostro corpo, che normalmente non udiamo (come quello del battito cardiaco). Un'esperienza così "forte" che può portare allo squilibrio mentale nel giro di un'ora.
Per saperne di più: il luogo più silenzioso del mondo.
perché la voce registrata ci sembra diversa (e non ci piace)? La nostra voce registrata sembra non appartenerci perché quando l'ascoltiamo direttamente da un registratore, le onde sonore attraversano soltanto l'aria prima di raggiungere le nostre orecchie. Quando parliamo o cantiamo, invece, le onde sonore prodotte attraversano anche ossa e tessuti, prima di propagarsi ed essere udite, e nel percorso vengono deformate, cambiando così anche il timbro. Inoltre, un registratore altera la voce, anche se in maniera minima.
Per saperne di più: perché la voce registrata ci sembra diversa (e non ci piace)?
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