Ponti che crollano, vetri che si rompono, bambini che urlano, bassi pesanti – chi crede che queste cose non abbiano nulla in comune, si sbaglia. Sono tutte create dalle vibrazioni e, in particolare, le forti vibrazioni sono create dalle frequenze naturali. Continuate a leggere mentre spieghiamo la scienza dietro questo principio e cosa sono le catastrofi da risonanza, così come esaminiamo il ruolo della risonanza quando si tratta di altoparlanti.
Tutto vibra, ma come?
La vibrazione delle cuffie è sempre la reazione ad un impulso di energia. Una mano può far oscillare un pendolo, il vento può scuotere un grattacielo, e una bobina con l’aiuto di un magnete può muovere la membrana di un altoparlante. Quanto forte vibra qualcosa dipende dalla potenza applicata della vibrazione, così come il materiale, compresa la costruzione del sistema vibrante. D’altra parte, la frequenza con cui agiscono gli impulsi di energia è di grande importanza. Perché se la frequenza dell’energia fornita coincide con la frequenza naturale del corpo, il corpo vibra con un’ampiezza particolarmente elevata.
Come si presenta in pratica il fenomeno della frequenza di risonanza può essere compreso per mezzo di un pendolo: Se un pendolo a molla viene alimentato periodicamente, cioè a intervalli regolari, con un’energia che corrisponde alla frequenza naturale del pendolo, la deflessione del pendolo è massima. Se gli impulsi di energia sono ad una frequenza inferiore o superiore a quella naturale, la deflessione del pendolo sarà minore.
Su un’altalena potete provare voi stessi come funziona la frequenza di risonanza. Quando si colpisce un’altalena nel suo punto più alto, l’erogazione di energia è esattamente alla frequenza naturale del sistema. Questo è il motivo per cui lo swing ha un momento di oscillazione così grande. Se si colpisce prima o dopo che lo swing raggiunga il suo punto più alto, la forza viene trasmessa in modo meno efficiente o addirittura non va da nessuna parte.
Dalle buone alle cattive vibrazioni
Il corpo di una chitarra acustica, uno swing, un bicchiere o un ponte possono vibrare alla loro rispettiva frequenza di risonanza. Ma questo non è desiderato ovunque e può anche causare grandi danni. Questo perché i sistemi possono vibrare così violentemente che la costruzione non può sopportare lo stress.
Questo fenomeno può essere osservato quando una persona punta la sua voce su un bicchiere di vino da una breve distanza. Se il tono della voce corrisponde esattamente alla frequenza naturale del bicchiere, questo si rompe dopo un tempo relativamente breve – si verifica la cosiddetta catastrofe da risonanza. Se le corde vocali fanno vibrare le molecole d’aria a una frequenza più alta o più bassa, il bicchiere rimane intatto. La frequenza naturale del vetro può essere sentita quando lo si colpisce con un oggetto.
Una delle più famose catastrofi da risonanza avvenne negli USA nel 1940, quando il vento fece vibrare il Tacoma Narrows Bridge così fortemente da farlo crollare.
Per evitare catastrofi da risonanza, il codice della strada vieta a gruppi di persone, come le unità militari, di marciare al passo sui ponti.
Negli strumenti musicali, invece, la risonanza è un effetto deliberato per aumentare il volume dei suoni. In una chitarra acustica, il corpo agisce come un amplificatore meccanico delle onde sonore che sono innescate dalle corde. Il corpo della chitarra è costruito in modo tale che la frequenza di risonanza si verifica anche a diverse altezze.
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Gli effetti di risonanza negli altoparlanti sono indesiderabili – con un’eccezione
La frequenza di risonanza non è gradita negli altoparlanti. Gli altoparlanti sono costruiti in modo tale che i vari componenti non vibrino alla loro frequenza di risonanza. Questo significherebbe che i suoni nella stessa gamma di frequenza dei singoli componenti sarebbero riprodotti molto più forte degli altri. È qui che entra in gioco la rete di crossover che, nei sistemi multicanale, dirige i segnali agli altoparlanti in base alla loro frequenza.
Non dovrebbero verificarsi effetti di risonanza neanche nel cabinet degli altoparlanti. Questi possono verificarsi quando la membrana sul suo retro irradia il suono all’interno del diffusore. Questo suono può far vibrare il mobile e quindi avere un effetto negativo sull’immagine sonora. Per evitare ciò, il mobile dell’altoparlante è dotato di uno smorzatore che assorbe le onde sonore irradiate all’interno.
L’eccezione a questa regola sono i diffusori bass reflex. Questi cabinet hanno un’apertura tubolare attraverso la quale il suono irradiato all’interno – a certe basse frequenze – può uscire nella stanza. Questo funziona secondo il principio del risonatore di Helmholtz, che abbiamo spiegato nel nostro testo sui subwoofer.
Abbiamo bisogno di bassi: Bassi Teufel per vibrazioni più profonde
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Conclusione: La frequenza di risonanza è utile
- Alla frequenza di risonanza, la frequenza naturale di un sistema oscillante coincide con la frequenza dell’energia fornita.
- In caso di risonanza, la deflessione dell’oscillazione diventa maggiore.
- In acustica, una maggiore ampiezza delle onde sonore significa una maggiore pressione sonora e quindi un maggiore volume.
- Le frequenze di risonanza sono generalmente indesiderabili per gli altoparlanti.
- I diffusori bass reflex sono un’eccezione. Questi amplificano le basse frequenze secondo il principio del risonatore di Helmholtz.
Infine, un classico di “Bugs Bunny” sull’argomento: