L'altoparlante è un componente elettronico che trasforma la corrente elettrica in suoni, parole, rumore, musica. L'altoparlante lo troviamo nel telefonino, nella radio, nel televisore; praticamente in ogni apparecchiatura elettronica in cui sentiamo dei suoni o dei rumori all'interno vi è sicuramente un altoparlante.

Costruire un altoparlante è molto semplice; ci serve un pezzo di magnete, di solito si usa una forma cilindrica di magnete. Su questo magnete avvolgiamo del filo di rame. Il filo deve essere molto sottile e leggero in modo che si possa muovere anche con poca corrente. Per questo il filo non lo avvolgiamo direttamente sul magnete ma su un cilindro cavo di carta o di cartone sottilissimo.

 Alla fine del filo ci mettiamo un cono di cartone molto grande come dimensioni; ma il cartone deve essere molto sottile e leggero, in modo che si possa muovere con poca corrente.

 Il cartone lo pieghiamo leggermente su di sé in modo che non sia perfettamente liscio, ma abbia una zona, sul punto in cui è fissato, a forma di molla; in modo che dopo che il magnete lo ha spinto verso destra, esso possa ritornare da solo indietro, verso sinistra.

Se colleghiamo il filo ad una pila notiamo che il cono di cartone sbalza subito in avanti e poi ritorna indietro. Contemporaneamente sentiamo un forte rumore; questo vuol dire che l'altoparlante funziona; cioè riesce a trasformare la corrente elettrica in un suono o rumore.

Quando noi parliamo con la bocca, che si apre e funziona come un altoparlante o una tromba, le vibrazioni delle nostre corde vocali vengono amplificate e premono l'aria circostante secondo una legge che noi abbiamo fissato, cioè la parola che si usa in ogni nazione ma è diversa in base alla lingua.

L'aria, quindi si muove, in quanto è partita velocemente dalla nostra bocca, in quanto stiamo espirando, cioè emettiamo l'aria nociva che ci esce dai polmoni ma l'aria si sposta secondo la legge che abbiamo detto, cioè la nostra parola che vogliamo trasmettere agli altri.

Questa aria che si trasmette noi la chiamiamo parola; essa va in tutte le direzioni; ma segue principalmente la direzione della bocca. Se non ci fosse una persona vicina la nostra parola non farebbe niente, cioè nessuno la sentirebbe; se, invece, vi sono delle persone vicino a noi questa aria va a finire velocemente nell'orecchio della persona.

Il microfono

Il microfono è uguale all'altoparlante; anzi è lo stesso altoparlante che funziona da microfono. Il microfono è un componente elettronico che trasforma la parola, il suono, il rumore in corrente elettrica.

Se prendiamo, infatti, un altoparlante, togliamo la pila, e al posto della pila colleghiamo una piccola lampadina ai due fili e poi muoviamo con la mano il cono di cartone, oppure facciamo un forte rumore, vediamo che il cono di cartone si muove, ma anche la lampadina si accende e si spegne in base al rumore che facciamo. 

Abbiamo così trasformato il suono in corrente elettrica, cioè abbiamo fatto un microfono. Il microfono, infatti, trasforma la voce, il suono, il rumore in corrente elettrica.

Il nostro orecchio è come un microfono; appena arriva la parola di un nostro vicino inizia a vibrare con lo stesso ritmo della parola di chi ci parla; il suono o la parola viene trasformata in un impulso nervoso che arriva al cervello; il cervello riconosce, poi, se si tratta di una voce conosciuta e fidata, e quindi va ascoltata; oppure se si tratta di una persona che ci minaccia, e quindi occorre reagire in base alle situazioni.

In realtà, quando noi parliamo, non è la stessa aria che esce dalla bocca che arriva al nostro uditore, ma si tratta di una variazione di pressione. Quando parliamo siamo come un pistone delle vecchie auto a benzina o a gasolio; cioè premiamo l'aria circostante e mandiamo l'aria in avanti; poi ci fermiamo alcuni millisecondi e l'aria torna indietro, poi premiamo ancora e la mandiamo avanti, poi smettiamo e torna indietro. Se il tutto avviene secondo una certa legge, cioè la parola che vogliamo trasmettere a distanza,

questa variazione di pressione arriva fino all'orecchio del nostro ascoltatore e spinge il timpano all'interno; il timpano essendo una piccola membrana elastica che si trova all'interno dell'orecchio, si lascia trascinare da questo ritmo di variazione di pressione, e quindi la variazione di pressione rappresenta un suono o una parola, per il nostro ascoltatore.

Le onde sonore

Il concetto di onda è un modo di descrivere dei fenomeni complessi.

Il suono e la voce sono fenomeni molto complessi; esistono delle analogie con la tensione e la corrente elettrica. Dal punto di vista elettrico sono stati costruiti strumenti in grado sia di misurare tensioni e correnti e elettriche, sia di misurare suoni e parole.

Tuttavia occorre fare distinzione tra onde sonore, che non hanno nulla di elettrico; e onde elettriche, che invece si basano su tensioni e correnti. Una volta che un suono è stato trasformato, mediante un microfono in tensione e corrente, lo studio del suono diventa uno studio di tensioni e correnti elettriche.

Vediamo ora le onde dal punto di vista elettrico e poi ritorneremo allo studio del suono.

Notiamo sull'asse orizzontale il tempo t, che si misura in secondi. Mentre sull'asse verticale abbiamo riportato v(t), cioè il valore della tensione all'istante considerato t ; notiamo che t è minuscolo per indicare che è variabile. Poiché la tensione sinusoidale aumenta e diminuisce secondo un'onda si usa dire che la tensione ha una forma d'onda di tipo sinusoidale. In pratica un'onda parte da uno zero e torna al secondo zero successivo, oppure parte dal valore massimo positivo e finisce al successivo valore massimo positivo; oppure parte dal valore massimo negativo e finisce al successivo valore massimo negativo. Notiamo che l'onda si ripete tale e quale dopo un tempo T detto periodo. Si dice, quindi, periodo il tempo impiegato da un'onda per ripetersi tale e quale. Si dice frequenza di un'onda il numero di periodi che compie in un secondo, la frequenza si indica con la lettera f e si misura in Hz, che si legge Hertz. Esempio f = 50 Hz vuol dire che in un secondo l'onda si ripete tale e quale 50 volte, cioè compie 50 periodi o cicli al secondo. Tra periodo e frequenza esiste la seguente relazione:

cioè la frequenza è l'inverso del periodo. La frequenza della tensione nelle abitazioni civili è f = 50 Hz. Sulle navi f = 60 Hz.

Sull'asse verticale abbiamo rappresentato v(t) cioè il valore della tensione all'istante t. Consideriamo, ora, alcuni punti fondamentali dell'onda. Si dice ampiezza di un'onda il valore massimo che essa raggiunge. Nell'onda sinusoidale il valore massimo positivo è uguale a quello negativo. Nel nostro diagramma il valore massimo è 12 V, quindi l'ampiezza V_M = 12 V. Partendo, allora dal punto zero, otteniamo che quando il tempo t = 0 anche la tensione v(t) = 0 e coincide con l'origine degli assi; quando il tempo t = T/4 la tensione raggiunge il valore massimo positivo, cioè v(T/4) = V_M; quando il tempo t = T/2 la tensione ritorna a zero, cioè v(T/2) = 0; quando il tempo t è uguale a 3T/2 la tensione raggiunge il valore massimo negativo, cioè v(3T/2)= - V_M; infine, quando il tempo t è uguale ad un periodo la tensione ritorna a zero, cioè v(T) = 0.

si disegna in una scala a piacere un segmento che parte dal punto 0 e lungo quanto l'ampiezza della tensione da rappresentare. Nel nostro caso, volendo rappresentare una tensione avente valore efficace V= 220 V, ci calcoliamo il valore massimo V_M = 220 Ö 2 = 311 V, e disegniamo un segmento di lunghezza pari a 3,11 cm essendo la scala scelta 1 cm = 100 V; mettiamo sul segmento una direzione verso l'esterno mediante una freccia; in pratica abbiamo ottenuto un particolare vettore che ha modulo pari a V_M , direzione e verso indicati dalla freccia. Tale vettore però non è fisso ma ruota in senso antiorario attorno al punto 0 con velocità angolare w . Per calcolare w usiamo la formula

cioè la velocità angolare è uguale a 2 moltiplicato per 3,14 per la frequenza f. w si misura in radianti al secondo. w è detta anche pulsazione. Consideriamo ora la proiezione del segmento 0P sull'asse orizzontale, tale proiezione che è pari al segmento OX, rappresenta istante per istante la tensione v avente valore massimo V_M e frequenza f.

Le armoniche e lo spettro

Quando noi consideriamo una forma d'onda sinusoidale consideriamo un caso piuttosto raro, cioè il caso di un generatore perfettamente sinusoidale. Se consideriamo, invece, un suono o una voce notiamo che vi sono sinusoidi di diversa frequenza.

Supponiamo che in un circuito vi siano due forme d'onda perfettamente sinusoidali una a frequenza di f₁ = 100 Hz ed un'altra avente la frequenza di f₂ = 300 Hz. Nel circuiti si generano automaticamente altre forme d'onda, una uguale alla somma delle due frequenze, cioè

f₁ + f₂ = 300+100 = 400 Hz

ed una uguale alla differenza delle due frequenze, cioè

f₂ - f₁ = 300-100 = 200 Hz

Questo fenomeno si chiama battimento tra le due frequenze sinusoidali fondamentali.

Se la forma d'onda non è perfettamente sinusoidale vi sono le frequenze armoniche, cioè l'insieme delle frequenze multiple della frequenza base di un'onda. Quindi, per esempio, un'onda che non sia perfettamente sinusoidale che abbia la frequenza di 100 Hz sarà composta, di fatto, da una frequenza fondamentale, cioè una sinusoide da 100 Hz, e da numerosissime frequenze armoniche, pari al doppio, al triplo al quadruplo, ecc. della frequenza fondamentale e quindi:

200, 300, 400, 500 Hz, e così via, con ampiezze variabili.

Un caso particolare di frequenze armoniche è quello dell'onda quadra. Infatti un'onda quadra avente ciclo utile del 50% è composta da una fondamentale, sinusoidale, della stessa frequenza, e delle sole armoniche dispari, con ampiezza pari alla frazione del loro numero: quindi, la terza armonica con ampiezza di un terzo, la quinta armonica con ampiezza di un quinto, e così via.

 

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