Suono

Alcuni studi sperimentali furono eseguiti dal matematico francese Marin Mersenne che, misurando il tempo di ritorno dell'eco, diede una stima della velocità del suono con un errore inferiore al 10%. Mersenne si cimentò per primo anche nella determinazione della frequenza di una nota di altezza data. Egli misurò la frequenza di vibrazione di una lunga, pesante corda, il cui movimento di vibrazione era così lento da poter essere facilmente seguito a occhio nudo; poi, in base a considerazioni di carattere teorico, dedusse la frequenza di una corda corta e leggera, capace di produrre suoni udibili.

Nel 1660, lo scienziato Robert Boyle dimostrò la necessità di un mezzo, solido, liquido o gassoso, per la propagazione dei suoni. Egli sospese una campana in un contenitore chiuso in cui era stato praticato il vuoto, e mostrò che, nonostante la campana venisse sollecitata, non si avvertiva alcun suono.

La trattazione matematica della teoria del suono fu iniziata da Isaac Newton che, nella sua opera Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (I principi matematici della filosofia naturale, 1687) dimostrò come la propagazione del suono attraverso qualunque fluido dipendesse solo da proprietà misurabili, come elasticità e densità, e calcolò la velocità del suono nell'aria.

Nel XVIII secolo si fecero progressi soprattutto a livello teorico. Il calcolo differenziale si rivelò un nuovo potente strumento per l'indagine scientifica in molti campi. I matematici Jean-Baptiste le Rond d'Alembert, Giuseppe Luigi Lagrange, Johann Bernoulli ed Eulero si dedicarono allo studio di proprietà quali l'altezza e il timbro di suoni prodotti da particolari strumenti, nonché allo studio del meccanismo di trasmissione del suono in diversi mezzi. La completa trattazione matematica del suono, però, si fonda sull'analisi armonica, scoperta da Jean-Baptiste-Joseph Fourier nel 1822 e applicata alla teoria del suono da Georg Simon Ohm.

Il fenomeno dei battimenti - variazioni periodiche dell'ampiezza del suono, effetto della sovrapposizione di due o più onde sonore di frequenza molto simile - furono scoperti intorno al 1740 dal violinista italiano Giuseppe Tartini e dall'organista tedesco Georg Sorge.

Il XIX secolo fu un periodo di conquiste e progressi nel campo dell’acustica. Alla prima misura accurata della velocità di propagazione del suono in acqua, effettuata nel 1826 dal matematico francese Jacques Sturm, seguirono numerosi esperimenti, eseguiti mediante strumenti come lo stetoscopio e la sirena, che portarono alla determinazione della legge fondamentale secondo cui la velocità di propagazione del suono dipende dalla densità e dall'elasticità del mezzo, ma non dalla frequenza dell'onda.

Gran parte dell'attenzione fu poi dedicata alla ricerca di un criterio di standardizzazione delle altezze; nel 1859, il governo francese stabilì che il la che segue il do centrale nella tastiera del pianoforte corrispondesse alla frequenza di 435 Hz, standard successivamente accettato in molte parti del mondo.

Durante il XIX secolo furono inoltre inventati apparecchi come il telefono, il microfono e diversi tipi di registratore, ma solo nel XX secolo i fisici poterono disporre di strumenti che resero lo studio quantitativo del suono semplice e accurato. Mediante oscillatori elettronici, oggi si possono infatti produrre elettronicamente onde di qualunque tipo, che possono poi essere convertite in suoni per via elettromagnetica o piezoelettrica. Al contrario, è possibile, per mezzo di un microfono, convertire i suoni in correnti elettriche che poi possono essere amplificate elettronicamente e analizzate da un oscilloscopio a raggi catodici. La tecnologia moderna permette la registrazione e la riproduzione del suono ad alta fedeltà.