Collezione acustica

Fu la scuola pitagorica (VI secolo a.C.) a condurre i primi studi di acustica, con la scoperta di alcune relazioni esistenti fra lunghezza, peso e tensione delle corde vibranti e altezza (frequenza) del suono emesso (stimata ad orecchio). I pitagorici costruirono matematicamente una scala musicale, consacrando un legame rimasto indissolubile fra musica e acustica, fra arte e scienza. Successivamente, si pervenne alla separazione fra l'aspetto estetico-musicale e quello fisico-matematico, con notevoli progressi del primo e quasi nulli del secondo. Soltanto a partire dal XVII secolo, l'acustica cominciò ad essere nuovamente vista come una scienza. Uno dei primi argomenti ad essere dibattuto riguardò la necessità di un mezzo ponderabile per la trasmissione del suono. L'impiego delle prime pompe da vuoto dette il via a una serie di esperimenti in merito: A. Kircher (1601-1680) servendosi di una campanella posta all'interno di un pallone in cui era stata tolta l'aria, dedusse che questa non era essenziale alla propagazione (è evidente che il suo esperimento era affetto da un errore sistematico); von Guericke (1602-1686) dimostrò definitivamente, utilizzando una suoneria posta sotto una campana a vuoto, la necessità del mezzo materiale per la propagazione. F. Hawksbee ripeté in pubblico, nel 1705, l'esperienza di Kircher, questa volta con esito positivo.

Campanella all'interno di in pallone Suoneria all'interno di una campana a vuoto

In quella prima metà di secolo, risultati molto importanti furono ottenuti da Galileo Galilei (1564-1642) e da Marin Mersenne (1588-1648) i quali ottennero così le prime relazioni quantitative fra lunghezza e frequenza di vibrazione delle corde; tra tensione (e peso della corda) e frequenza. In particolare, Mersenne realizzò il primo monocordo assoluto per la misura delle frequenze acustiche. Sempre Mersenne, misurando l'intervallo di tempo fra gli istanti in cui erano percepiti il lampo e lo scoppio provocati da un'arma da fuoco lontana, intorno al 1636 eseguì la prima misurazione della velocità del suono nell'aria, ottenendo v=448 m/s. Successivamente, nel 1656, Borelli (1608-1679) e Viviani (1622-1703), utilizzando lo stesso metodo, trovarono v=350 m/s. Sul finire del Seicento, Isaac Newton (1642-1727) nei Principia (1687), fornì notevoli contributi alla comprensione e alla formalizzazione della fisica del suono. Nella sezione VIII dei Principia, sulla Propagazione del moto attraverso i fluidi, Newton dimostrò alcune proposizioni strettamente legate ad una teoria sul suono.

Sonometro differenziale di Marloye

Nel corso del Settecento furono effettuate numerose esperienze qualitative sulla propagazione del suono nell'aria e nell'acqua. Un esperimento importante, poiché era ancora dibattuto se l'acqua possedesse un'elasticità, fu condotto dall'abate Jean-Antoine Nollet (1700-1770) il quale, nel 1743, provò la propagazione del suono nelle acque della Senna; modificando l'esperimento in modo da poterlo ripetere in laboratorio, depurò l'acqua dall'aria in essa contenuta, negando quindi che fosse questa a condurre il suono. Per la determinazione della velocità del suono nell'acqua si dovette attendere l'inizio del XIX secolo con l'esperienza di Colladon e Sturm nel lago di Ginevra.

Propagazione del suono nell'acqua

L'acustica, che sul piano teorico era considerata un settore della meccanica, ne seguì gli sviluppi. Nella seconda metà del secolo, a partire dagli studi di B. Taylor (1685-1731) sulla corda vibrante, J.-B. d'Alembert (1717-1783) ricavò l'equazione differenziale che ne governa il moto: un risultato di importanza assoluta ottenuto grazie alla fisica del suono. Lo studio teorico fu esteso alle modalità di vibrazione di altri oggetti sonori di forma semplice o di uso corrente: verghe, anelli, campane, canne sonore, analizzate da scienziati quali D. Bernoulli (1700-1782), L. Euler (1707-1783), G. L. Lagrange (1736-1813), E. F. F. Chladni (1756-1827), T. Young (1773-1829). Ma in quel secolo si creò anche una frattura fra l'analisi teorica della meccanica dei corpi vibranti e l'analisi del suono come fenomenologia fisica: la strumentazione per la ricerca era in ritardo, e lo era anche rispetto alle realizzazioni tecnico-pratiche in campo musicale.

Chladni anticipò, fin dal 1787, l'eccezionale interesse tecnico-scientifico del XIX secolo per l'acustica, scaturito dagli sviluppi tecnici degli apparati strumentali. Sintesi di tutte le conoscenze classiche può essere considerata l'opera sulla teoria del suono di J. W. Rayleigh (1842-1919) con la quale si concluse il secolo ed anche il periodo di massimo interesse per l'acustica.

Nella prima metà del XX secolo l'acustica sperimentale e la tecnologia ad essa collegata si rinnovarono in modo radicale nella capacità di generare e rivelare le onde sonore per mezzo di apparati elettrici ed elettronici, ma senza che ciò modificasse la sua base teorica ormai completamente sistematizzata.

Nel Museo è conservata una bella collezione di strumenti e apparati di acustica risalenti principalmente alla seconda metà dell'Ottocento, provenienti dal Regio Istituto Fisico di via Panisperna. La collezione è legata ad un periodo particolarmente significativo della storia del nostro Dipartimento: il passaggio dell'Università romana dallo Stato pontificio al Regno d'Italia; l'arrivo a Roma, nel 1872, di Pietro Blaserna  per occupare la cattedra di fisica sperimentale; l'istituzione, nel 1887, dell'Ufficio Centrale del corista normale presso il Regio Istituto Fisico.

Precedentemente, i fenomeni vibratori legati al suono erano stati considerati, da un lato, troppo specialistici per i corsi generali di fisica che allora si tenevano; dall'altro, trascurati dal punto di vista sperimentale poiché ritenuti poco significativi. Ma, una strumentazione inadeguata rende il fenomeno poco interessante e un fenomeno poco interessante non induce a procurarsi una strumentazione migliore. Un personaggio quale Blaserna, personalmente interessato alla musica e consapevole, per le proprie esperienze universitarie, delle potenzialità che la nuova strumentazione acustica aveva anche nel campo della fisica generale e della sperimentazione fisica, riuscì a rompere il circolo vizioso.

Un consistente ordine di acquisto era stato già fatto nel 1873 (subito dopo l'istituzione della Scuola pratica di fisica alla Sapienza da parte di Blaserna), con strumenti del costruttore Rudolf Koenig (1832 - 1901), il più prestigioso ideatore e costruttore di strumenti per l'acustica della seconda metà dell'Ottocento. Koenig fu allievo di von Helmholtz a Könisberg (Germania), dove si laureò in fisica. Nel 1851 si trasferì a Parigi dove lavorò come apprendista per il liutaio Vuillaume. Nel 1858 iniziò un'attività in proprio come progettista e costruttore di strumenti per l'acustica. Divenne fornitore di laboratori europei e statunitensi. Il suo catalogo, nel 1882, conteneva ben 262 articoli.

Un notevole ampliamento della dotazione vi fu nel 1887 (in concomitanza con la costituzione dell'Ufficio del corista), sempre con strumentazione di Koenig. Non risultano altri ampliamenti degni di nota fino agli anni 1921-26, con l'acquisizione della strumentazione del dismesso gabinetto di fisica del Magistero di Roma.

Gli apparati classici per l'acustica subirono un'evoluzione straordinaria durante tutto l'Ottocento, scomparendo quasi completamente dalla pratica del laboratorio nei primi decenni del XIX secolo con l'apparire degli apparati elettrici, elettromagnetici ed elettronici: microfoni, tubi a raggi catodici e circuiti elettronici risonanti presero il posto di diapason, risonatori a cavità e metodi meccanici od ottici di visualizzazione delle oscillazioni.

 (Daniele Rebuzzi)

 

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