Riesci a sentire l’eco… eco… eco?

di Rebecca Grosso

Chi non ha mai provato l’ebbrezza di ricevere risposta dalle montagne dopo un urlo a pieni polmoni?

Sapete tutti cos’è l’eco… ma vi siete mai chiesti da cosa deriva e in quali condizioni si manifesta?

Facciamo un passo indietro partendo dalle origini di questo fenomeno: le onde sonore.
Il suono è un’onda meccanica che, quindi, a differenza delle onde elettromagnetiche, ha bisogno di un mezzo attraverso cui propagarsi.
Ogni onda sonora ha come sorgente un corpo che vibra. Prendiamo come esempio il suono di una batteria: percuotendo uno dei piatti, il ride, esso compirà all’incirca 300 vibrazioni al secondo, se colpito in prossimità del centro, circa il doppio, se percosso sul bordo; toccandolo con una mano, invece, fermeremo la vibrazione e il suono cesserà.

Le vibrazioni perturbano l’aria, generando un’alternanza di zone di compressione e zone di rarefazione che oscillano seguendo la direzione di propagazione.

Ma noi come percepiamo i suoni? Quando l’onda sonora giunge al nostro orecchio, innesta la vibrazione della membrana che costituisce il timpano, la quale viene spinta verso l’interno dall’aria compressa e richiamata all’esterno dall’aria rarefatta. Il movimento viene trasmesso, tramite gli ossicini dell’orecchio medio, alla coclea, una struttura a spirale piena di liquido. Tramite le oscillazioni del liquido, vengono sollecitate sottilissime terminazioni nervose, con lo scopo di generare un segnale che attraverso il nervo acustico, arrivando al cervello, verrà percepito come suono o rumore.

Quando le onde sonore incontrano una barriera attraversando il mezzo di propagazione, cambiano direzione e verso in base all’orientamento dell’onda per continuare a propagarsi nello stesso mezzo: in questo caso si parla di riflessione.
Questo principio è alla base del fenomeno dell’eco.

In quali condizioni particolari possiamo sperimentare questo fenomeno acustico?

L’onda sonora emessa da una sorgente, tornando indietro dopo essersi riflessa su una parete, percorre due volte, sia all’andata che al ritorno, la distanza d dalla posizione della sorgente a quella della parete. Il tempo impiegato (per tornare al punto di partenza) è dato dal rapporto:

∆t=2d/v

dove v rappresenta la velocità del suono nell’aria, circa 340m/s.

L’orecchio umano percepisce distintamente due suoni solo se intervallati da almeno 1/10 di secondo. In tale intervallo di tempo, un’onda percorre 34 metri; ciò significa che la persona deve trovarsi ad almeno 17 metri dalla parete riflettente. A distanze minori, l’orecchio non identifica i due suoni come diversi: ne risulta un fastidioso rimbombo, il riverbero.

Quanto più grande è la distanza tra sorgente e superficie di incidenza, tanto più nitidamente saranno percepiti i due suoni, purché non sia tanto estesa da disperderli per fenomeni di assorbimento. Talvolta, quando il suono viene prodotto tra due superfici piane e parallele, il suono riflesso da una torna a riflettersi sull’altra, quindi di nuovo su quella di partenza, e così via; si ha la più rara eco multipla (sì, è un sostantivo femminile).

L’eco viene sfruttata per produrre immagini di oggetti invisibili ai nostri occhi: con l’ecografia si ottiene un’immagine del bambino nel ventre della madre misurando i tempi di riflessione degli ultrasuoni inviati sulle sue diverse parti; il sonar permette di ricevere informazioni sulla conformazione del fondale marino o di eventuali corpi sommersi misurando i tempi di andata e ritorno degli ultrasuoni emessi.

La vista a ultrasuoni non è un’invenzione dell’uomo, bensì deriva dal mondo animale. I pipistrelli e i delfini, ad esempio, sfruttano l’eco per orientarsi rispettivamente nel buio e nell’acqua.

Le caratteristiche delle onde sonore emesse da queste specie permettono loro di ottenere una mappa dettagliata dello spazio circostante, avendo frequenze dell’ordine del millimetro e lunghezze d’onda piccolissime che consentono la riflessione anche dagli oggetti più irregolari.

I delfini, in particolare, pur avendo occhi capaci di vedere, utilizzano una modalità di visione alternativa a ultrasuoni. La velocità del suono nell’acqua è maggiore di quella con cui viaggia nell’aria; di conseguenza, per ottenere lunghezze d’onda altrettanto piccole, i delfini emettono onde che raggiungono i 400.000 Hz di frequenza.