Acustica

L'Acustica, la scienza che studia il suono e le sue proprietà, ebbe inizio nel VI secolo a.C. con la scuola pitagorica scoprendo alcune relazioni fra lunghezza e tensione delle corde vibranti con la frequenza (tono) del suono generato. I pitagorici costruirono matematicamente una scala musicale, legando così la musica con l’acustica, l’arte con la scienza. 

Soltanto a partire dal XVII secolo, l'acustica cominciò ad essere nuovamente trattata come una scienza, rimanendo tuttavia confinata nell'ambito della matematica per tutto il secolo. Nel XVIII secolo, l'acustica divenne anche una importante branca della fisica a cui contribuirono gli studi teorici condotti da Ernst Chladni (1756 - 1827), Felix Savart ( 1791 - 1841), John Tyndall ( 1820 - 1893), Hermann von Helmholtz (1821 - 1894), John William Strutt (Lord Rayleigh) ( 1842 - 1919), e gli studi sperimentali condotti dai migliori costruttori di strumenti scientifici dell’epoca, i quali idearono e realizzarono tutta una serie di strumenti per la produzione, lo studio e l’analisi dei suoni. 

Fra i costruttori di strumenti scientifici che maggiormente si dedicarono all'acustica va certamente ricordato Rudolph Koenig (1832 - 1901), che nella seconda metà dell’Ottocento ideò, costruì e migliorò un gran numero di strumenti e apparati, consentendo in questo modo di capire appieno la maggior parte dei fenomeni di acustica.

La generazione di suoni ha origini antichissime. Al contrario, il problema della propagazione del suono fu affrontato solamente nel XVII secolo. L'impiego delle prime pompe da vuoto dette il via a una serie di esperimenti in merito: Athanasius Kircher (1602 - 1680) servendosi di una campanella posta all'interno di un pallone in cui era stata tolta l'aria (pallone per il suono), dedusse in una prima analisi che questa non era essenziale alla propagazione del suono (probabilmente, le difficoltà sperimentali nella realizzazione del vuoto hanno impedito di ottenere i risultati corretti); Otto von Guericke (1602-1686) dimostrò definitivamente la necessità del mezzo materiale per la propagazione del suono, utilizzando una suoneria posta sotto una campana a vuoto. Infine, Francis Hawksbee (1660 - 1713) ripeté in pubblico, nel 1705, l'esperienza di Kircher, questa volta con esito positivo.

Un'altro fondamentale problema dell’acustica era quello di produrre suoni puri e di frequenza ben definita. A questo scopo, furono ideate sirene di vario tipo. In esse un getto di aria compressa viene interrotto periodicamente dalla rotazione di un disco perforato (Sirena di Seebeck). Il suono prodotto dipende dal numero di fori su una specifica circonferenza del disco e dalla velocità di rotazione del disco stesso. I diapason furono notevolmente perfezionati da Koenig tali da generare suoni con frequenze che vanno da pochi hertz fino a decine di migliaia di hertz (Diapason con cassa di risonanza). Le canne sonore, o canne d'organo, azionate da appositi mantici erano invece utilizzate per produrre e studiare i suoni generati da colonne d'aria oscillanti (Canna sonora). 

Nel XIX secolo si svilupparono varie tecniche per studiare i suoni prodotti da corde, lastre, membrane e barre vibranti. Con le lastre di Chladni era possibile visualizzare i modi di vibrazione di lamine metalliche (Tavola di Chladni). Utilizzando il metodo ideato da Lissajous era invece possibile osservare le figure composte da due oscillazioni perpendicolari (Figura). Koenig introdusse le capsule manometriche formate da una camera divisa da una membrana elastica che vibrava per effetto di un suono. Tale vibrazione si ripercuoteva su una corrente di gas illuminante che produceva una fiamma (Capsula manometrica), le cui oscillazioni potevano essere osservate con gli specchi rotanti (Specchi rotanti). 

L’analisi dei suoni divenne possibile tramite i risonatori di Helmholtz, recipienti sferici o cilindrici capaci di rinforzare il suono (Risonatori di Helmholtz), la cui frequenza corrisponde a quella propria del risonatore. Nell'analizzatore armonico, risonatori collegati a capsule manometriche permettono di determinare le frequenze presenti in un suono composto. Questo apparecchio permise importanti ricerche e rimase in uso fino all'introduzione degli oscilloscopi. 

La registrazione e la riproduzione dei suoni furono possibili solo a partire dalla seconda metà del XIX secolo. I primi strumenti per registrare graficamente le vibrazioni (Diapason cronografico) portarono all'invenzione di apparecchi capaci anche di riprodurre i suoni. I primi fonografi, grafofoni o grammofoni utilizzavano fogli di stagno, cilindri di cera o dischi di gommalacca nei quali erano state incise le vibrazioni di uno stilo collegato a un diaframma. Il polifono invece utilizzava un disco di ottone sul quale venivano posti dei chiodini sporgenti che azionavano delle lamine vibranti di differente lunghezza (Disco puntinato). Facendo ruotare il disco, veniva riprodotta una melodia. In pochi anni questi apparecchi furono perfezionati e divennero estremamente popolari. 

Gli strumenti di acustica presenti nella collezione risalgono principalmente alla seconda metà del XIX secolo, dall'arrivo a Palermo, nel 1863, del giovane Pietro Blaserna (1836 - 1918), titolare della cattedra di Fisica Sperimentale e direttore del Regio Istituto di Fisica. Fino ad allora i fenomeni acustici erano stati considerati da un lato troppo specialistici per i corsi generali di fisica che allora si tenevano e dall'altro lato poco significativi dal punto di vista sperimentale. A conferma di ciò, prima dell'arrivo di Blaserna a Palermo, nel Gabinetto di Fisica erano presenti solamente un sonometro, un non meglio specificato apparecchio per le vibrazioni delle macchine e un diapason. Blaserna, personalmente interessato alla musica e consapevole delle potenzialità che la nuova strumentazione di acustica potesse avere anche nel campo della Fisica Generale e della Fisica Sperimentale, riuscì a rompere il circolo vizioso. Infatti, durante la sua permanenza a Palermo, dal 1863 al 1872, grazie anche al favorevole clima di cambiamento indotto dai recenti moti garibaldini, Blaserna acquistò svariati strumenti di acustica dal costruttore parigino Koenig. Ulteriori strumenti furono successivamente acquistati da Damiano Macaluso (1845 - 1932), allievo e successore di Blaserna, nel periodo che va dal 1873 agli inizi del XX secolo.

Gli strumenti classici di acustica subirono un'evoluzione straordinaria durante tutto il XIX secolo, ma all'inizio del XX secolo scomparirono quasi completamente dalla pratica del laboratorio. L'invenzione della valvola termoionica e l'introduzione degli apparati elettrici: microfoni, tubi a raggi catodici e circuiti elettrici risonanti ha rimpiazzato sia i vecchi strumenti meccanici quali diapason, risonatori a cavità, sia i metodi ottici di visualizzazione delle vibrazioni sonore.

Gli strumenti di acustica della collezione sono qui di seguito descritti nell'ordine seguito da Pietro Blaserna nel libro: La teoria del suono nei suoi rapporti colla musica.

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Strumenti per la visualizzazione delle vibrazioni sonore

Timbri di Savart

Timbri di Savart

Diapason cronografico elettromagnetico

Diapason cronografico elettromagnetico

Tavola di Chladni

Tavola di Chladni

Canna rettangolare

Canna rettangolare

Canna piramidale

Canna piramidale

Ancia

Ancia

Tubo di Kundt

Tubo di Kundt

Bruciatore a gas con capsula manometrica

Bruciatore a gas  con capsula manometrica

Bruciatore a gas

Specchi rotanti

Strumenti per lo studio della trasmissione del suono

Tavola di Chladni

Pallone per il suono

Campanello elettrico

Campanello elettrico

Casse armoniche e risonatori

Cassa armonica

Cassa armonica

Diapason

Diapason

Risonatori di Helmholtz

Risonatori di Helmholtz

Misura del numero di vibrazioni e accordi musicali

Sirena di Cagniard de Latour

Sirena di Cagniard de Latour

Sirena di Seebeck

Sirena di Seebeck

Timbro dei suoni musicali

Diapason

Diapason

Supporto per diapason

Supporto per diapason

Apparato stroboscopico

Apparato stroboscopico

Altri strumenti della collezione

Metronomo di Maelzel

Metronomo di Maelzel

Disco puntinato

Disco puntinato

Microfono dinamico da tavolo

Microfono dinamico da tavolo

Nota. Per comprendere meglio la descrizione di alcuni strumenti di acustica è necessario conoscere la frequenza delle varie note musicali. La frequenza usata come standard internazionale di riferimento, corrispondente al La del corista internazionale, è di 440 Hz