Come può una cassa audio emettere un suono così potente? Tutto avviene grazie all'altoparlante, un dispositivo situato al suo interno, in grado di convertire un segnale audio elettrico in onde sonore. Esso è collegato a un cono ed è composto da una bobina metallica e un magnete.
Avete presente quando la cassa fa “tunz tunz” vibrare con tanta intensità? Il cuore del sistema è costituito da un motore che induce l'oscillazione della cassa dell'altoparlante. Questo motore, con il suo movimento avanti e indietro, è responsabile della variazione di volume e dell'intensità delle vibrazioni. Quando il volume viene aumentato, l'oscillazione diventa più intensa, generando un suono più potente. Il motore è collegato a un cono, che viene spinto in avanti dal movimento del motore stesso. Questo movimento trasforma l'energia elettrica in onde di pressione, cioè onde sonore che viaggiano attraverso l’aria.
Com’è fatto un altoparlante e a cosa serve
Il motore è composto da due elementi fondamentali: una bobina mobile e un magnete. Questi due componenti interagiscono tra loro grazie al fenomeno dell’elettromagnetismo, generando il movimento. L’elettromagnetismo è un principio fisico secondo cui un corpo attraversato da una corrente elettrica genera un campo magnetico. Nel caso del motore, la bobina è avvolta da un filo di rame all’interno del quale scorre l’elettricità. Questo flusso di corrente produce un campo magnetico che interagisce con il magnete permanente – una comune calamita – creando il movimento della bobina. L’attrazione e la repulsione della bobina sono influenzate dall’intensità della corrente elettrica: maggiore è la corrente che attraversa il filo, più forte sarà il campo magnetico generato. Inoltre, invertendo la direzione della corrente, si ottiene anche l’inversione dei poli del campo magnetico. Questo meccanismo consente alla bobina di oscillare avanti e indietro in risposta alle variazioni di intensità e direzione della corrente. La cosa più incredibile è che questo flusso di corrente che attraversa il filo di rame, è una sorta di “copia carbone” del brano registrato. Per esempio, in una registrazione musicale contenente strumenti come batteria, basso, chitarra e violini, la variazione della corrente elettrica riproduce fedelmente le vibrazioni caratteristiche di ciascuno di essi. È lo stesso meccanismo delle corde vocali: noi riusciamo a emettere un suono facendole vibrare, e così è per la cassa, che vibra in risposta al segnale elettrico che gli arriva. Ma una volta che abbiamo questa vibrazione così fedele al nostro brano, come fa a propagarsi nell’aria?
Le onde sonore si propagano nell’aria
Uno dei principi fondamentali della riproduzione sonora riguarda il funzionamento del cono dell’altoparlante, che è collegato alla bobina tramite due cavetti. Ogni vibrazione generata dal motore viene così trasferita al cono, il quale si muove avanti e indietro, generando variazioni di pressione nell’aria. Queste variazioni, comunemente note come onde sonore, si propagano nell’ambiente fino a raggiungere il nostro orecchio. Ma come fanno le onde sonore a essere percepite come musica? Bisogna partire da un presupposto: l’aria è un mezzo elastico. Ciò significa che, similmente a un elastico in tensione, l’aria può essere compressa e successivamente tornare alla sua condizione originaria. Quando le onde sonore si propagano, le particelle d’aria subiscono piccole oscillazioni, muovendosi e tornando rapidamente alla loro posizione iniziale. Gli altoparlanti, quindi, esercitano una pressione sulle molecole d’aria, spingendole e tirandole in un movimento oscillatorio che si trasmette attraverso l’atmosfera con un effetto a catena. Questo processo continua fino a raggiungere l’orecchio umano. Nell'orecchio le onde sonore colpiscono il timpano, facendolo vibrare. Queste vibrazioni vengono poi convertite in segnali elettrici, che viaggiano lungo il nervo acustico fino al cervello. È proprio il cervello, infine, a interpretare questi segnali e a tradurli nella percezione del suono, permettendoci di riconoscere parole, musica e altri rumori ambientali. Questo straordinario meccanismo dimostra come un semplice fenomeno fisico possa essere alla base di una delle esperienze sensoriali più complesse e affascinanti della nostra vita quotidiana.
Com’è possibile riprodurre suoni contemporaneamente?
Si potrebbe pensare che un’onda sonora possa rappresentare un solo suono, ma come è possibile che in una canzone convivano simultaneamente molteplici suoni all’interno della stessa onda? Quando un singolo strumento musicale emette un suono, genera un’onda sonora. Tuttavia, questa non è un’onda semplice, bensì una combinazione di più onde che si sovrappongono. La vibrazione predominante corrisponde alla nota principale, ma essa è accompagnata da una serie di vibrazioni secondarie. Questi strati multipli di frequenze contribuiscono a determinare il timbro dello strumento, ovvero quella qualità distintiva che permette di distinguere, ad esempio, il suono di una tromba da quello di un’arpa, anche senza vederli. Quando più strumenti suonano contemporaneamente, come avviene in un brano musicale, si crea un’onda ancora più complessa. Ogni strumento aggiunge le proprie frequenze all’onda complessiva, con alcune frequenze che si rafforzano vicendevolmente, mentre altre si mescolano rendendosi meno distinguibili. Questa complessa forma d’onda può essere riprodotta da altoparlanti di qualsiasi dimensione, dai potenti diffusori di un amplificatore ai minuscoli speaker all’interno delle cuffie. Indipendentemente dalle dimensioni del dispositivo di riproduzione, il principio fisico alla base del suono rimane invariato: l’altoparlante vibra in modo da ricreare fedelmente le onde sonore, permettendoci di ascoltare la musica così come è stata registrata. L’apparente semplicità del suono che percepiamo cela, dunque, una straordinaria complessità fisica e armonica, frutto della combinazione di numerose frequenze che danno vita all’esperienza musicale.
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