Introduzione

Acustica

orecchio umano

L'orecchio umano è sensibile a suoni di frequenze comprese tra 20 e 18.000 Hz, che nell'aria corrispondono a lunghezze d'onda tra 17 metri e 19 centimetri.
La voce umana è compresa tra 80 e 5000Hz. Per l'intelligibilità della voce è sufficiente riprodurre le frequenze comprese tra 150 e 3000Hz (banda telefonica).

Nell'orecchio i suoni vengono prima convogliati dal padiglione auricolare, che anche li filtra un po' anche a seconda della direzione di provenienza.
Poi tradotti in vibrazioni del timpano.
Queste vibrazioni vengono condotte da una catena di ossicini (martello incudine staffa) alla parte interna dell'orecchio, la coclea.
Questa è una specie di tubetto chiuso di circa 3.5 cm di lunghezza, avvolto a chiocciola (da cui il nome), dalla struttura piuttosto complessa.
La coclea è piena di particolari liquidi, e ospita il cosidetto organo del Corti, in cui trovano posto circa 24.000 cellule ciliate collegate ad una rete nervosa da cui si dipartono circa 30.000 fibre nervose che si incanalano nel nervo acustico e vanno al cervello.
I suoni semplici di una particolare frequenza sollecitano solo determinate cellule ciliate. In questo modo al cervello arriva già una specie di trasformata di Fourier del suono.

La sensibilità non è la stessa per tutte le frequenze: le frequenze a cui l'orecchio è più sensibile sono quelle attorno ai 3500Hz.

Quello che è generalmente meno noto è che ci sono vari muscoli che sono in grado di modificare il comportamento dell'orecchio, tendendo più o meno il timpano, e modificando i vari canali interni, in modo da proteggere un organo così delicato da rumori troppo forti.
La reazione istintiva in caso di rumori fortissimi ci fa portare le mani alle orecchie ed aprire la bocca: in questo modo il suono arriva alle orecchie anche attraverso il cavo orale e le trombe di Eustachio, e questo aiuta a non spezzare il timpano.

organi dell'udito di altri animali

In natura sono stati osservati e studiati una grande varietà di diversi organi capaci di ascoltare suoni tra gli infrasuoni (frequenze bassissime inferiori ai 15Hz) e gli ultrasuoni (frequenze altissime anche 200.000Hz).
La struttura in cui ci sono delle cellule ciliate che vengono sollecitate è molto comune.
Varia moltissimo il tipo di risonatori e la loro disposizione e locazione. Gli insetti possono avere le loro "orecchie" nelle zampe o nell'addome, per esempio, e sentire le vibrazioni del terreno prodotte dal passo di una persona a decine di metri di distanza (infrasuoni), o i fruscii delle piume di un rapace in volo (ultrasuoni).

Laboratorio Sperimentale di Matematica Computazionale - parte II Sergio Steffè - AA 2015/2016 - PISA