La scienza del suono

Tratto dal documento di John R.PIERCE - La scienza del suono, Zanichelli Editore Bologna
 

Fra il 1895 e il 1915 Wallace Clement Sabine, Hollis Professore di Matematica e Filosofia all'Università di Harvard, gettò le fondamenta di una nuova scienza, l'acustica architettonica.

Prima di Sabine, nella progettazione architettonica ci si limitava ad imitare le sale in cui l'acustica era buona. Inoltre erano in vigore una serie di pratiche superstizioni, come quella di tendere degli inutili fili nelle parti alte di chiese o sale da concerto.

L'acustica architettonica nacque perché un uomo notevole si trovò di fronte ad una situazione che richiedeva una soluzione: il problema consisteva nel fatto che era quasi impossibile capire i conferenzieri nella sala del Fogg Art Museum, che era stato appena aperto. Nel 1895, l'Università di Harvard chiese a Sabine di trovare un rimedio.

Sabine avvicinò i problemi dell'acustica architettonica munito di una mente acuta e indagatrice, un buon orecchio, un cronometro, un organo a canne con un serbatoio di aria compressa come fonte sonora. Egli identificò il motivo per il quale i discorsi nella sala del Fogg Art Museum erano inintelligibili: il suono persisteva troppo a lungo (cioè la riverberazione era eccessiva). Sabine ridusse la riverberazione ricoprendo di feltro alcuni muri. Dopo di che, egli scrisse, la sala divenne "non eccellente, ma del tutto atta allo scopo".

Sabine fu il primo a definire il tempo di riverberazione, un parametro molto importante nello studio dell'acustica delle sale da concerto. Secondo la definizione di Sabine, questo era il tempo impiegato da un suono riverberante per divenire appena udibile. Molti anni dopo, quando divenne possibile eseguire misurazioni elettroniche del livello di intensità sonoro, il tempo di riverberazione venne definito come il tempo impiegato da un suono, dopo il suo spegnimento, per decrescere di 60 dB di livello di intensità; questa è la definizione accettata oggi. Musiche e teatri diversi richiedono tempi differenti di riverberazione.

Uno dei problemi maggiori dell'acustica architettonica è sempre stato quello di ottenere dei calcoli accurati dei tempi di riverberazione. Sabine non solo definì il tempo di riverberazione, ma inventò anche un modo utile, anche se non del tutto preciso, per calcolarlo in funzione del volume e della frazione del suono incidente riflesso dai muri e dalle altre superfici.

Il lavoro di Sabine era arduo. Lavorando in una camera sotterranea con muri di cemento e mattoni egli riuscì a misurare i coefficienti di assorbimento di molti materiali diversi. In altri luoghi, Sabine passava intere notti aspettando dei momenti sufficientemente silenziosi per poter eseguire le sue misurazioni. Egli studiò anche la trasmissione del suono e il modo per isolare le stanze acusticamente, una necessità molto sentita nei conservatori.

Sabine si dedicò soprattutto a migliorare l'acustica delle sale progettate da architetti che erano totalmente all'oscuro delle necessità degli ascoltatori o che semplicemente non se ne curavano: un vizio ancora molto comune fra gli architetti. Ma Sabine progettò anche una sala, la Symphony Hall di Boston, costruita nel 1900. Ancor oggi la Symphony Hall è una delle migliori sale da concerto del mondo.

La storia di Wallace Sabine è la storia del trionfo di una nuova disciplina scientifica.

Recentemente sono stati fatti ulteriori progressi nella teoria del tempo di riverberazione. Per molti anni si sapeva che il "corretto" approccio era dato da un'equazione integrale molto complicata; tale equazione è essenzialmente irresolubile, anche al computer. E. N. Gilbert ha recentemente mostrato che utilizzando un'altra equazione integrale era in grado di ottenere risultati validi con un metodo iterativo. Gilbert ha così ottenuto dei risultati "corretti" per varie forme chiuse. I calcoli e le misure di quantità fisiche quali il tempo di riverberazione sono molto interessanti.

Nel 1967, Manfred Schroeder e Bishnu Atal mostrarono come due altoparlanti possano produrre una fonte sonora apparente collocata esternamente ai due altoparlanti. Nel 1969, P. Damaske e V. Mellert usarono questo effetto per produrre un sistema stereo "perfetto". I suoni venivano raccolti da due condotti auditivi di una testa finta munita di due padiglioni auricolari. I segnali venivano poi filtrati, elaborati e inviati a due altoparlanti situati in una camera anecoica. I suoni emessi dai due altoparlanti potevano ricreare nei condotti auditivi della testa finta esattamente le stesse sollecitazioni di pressione sonora che erano state prese quando la testa era esposta alla registrazione dal vivo.

Schroeder e i suoi due collaboratori, D. Gottlob e K. F. Siebrasse, confrontarono più di venti sale da concerto europee. Essi riuscirono a ottenere una registrazione della sinfonia Jupiter di Mozart eseguita dall'orchestra della BBC in una camera anecoica. Schroeder, Gottlob e Siebrasse suonarono questa registrazione utilizzando vari altoparlanti piazzati sui palcoscenici delle diverse sale prese in considerazione. In ciascuna sala registrarono quello che la testa finta sentiva quando era seduta in diverse posizioni e con queste registrazioni poterono poi ricreare in un a camera anecoica esattamente quello che la testa finta aveva sentito nelle varie sale.

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