Onde sonore ad alta frequenza: cosa sono e per cosa sono utili?

Le onde sonore ad alta frequenza rappresentano un fenomeno di grande interesse scientifico e tecnologico. Si tratta di vibrazioni invisibili all'orecchio umano, che oggi trovano applicazioni in diversi settori, dalla medicina all'industria, offrendo soluzioni innovative e altamente efficienti. 

Ma cosa sono esattamente le onde sonore e cosa cambia tra bassa e alta frequenza? 

Esploriamo il tema dal punto di vista teorico, per poi capirne i risvolti pratici nell’industria.

Cosa sono le onde sonore?

Le onde sonore sono vibrazioni che si propagano attraverso un mezzo materiale, come l’aria, l’acqua o un solido, trasmettendo energia senza spostare materia. 

Sono generate da una sorgente vibrante (ad esempio, una corda di chitarra o le corde vocali) e viaggiano sotto forma di onde meccaniche longitudinali.

Le onde sonore si distinguono principalmente in base a 2 parametri:

• la frequenza, misurata in Hertz (Hz), che indica il numero di oscillazioni al secondo.
• L’ampiezza, che rappresenta l’intensità del suono percepito.

L'orecchio umano è in grado di percepire solamente frequenze comprese tra 20 e 20.000 Hz (20 kHz); i suoni al di sotto di questa soglia (prodotti da onde a bassa frequenza) sono definiti infrasuoni, mentre quelli al di sopra (prodotti da onde ad alta frequenza) sono noti come ultrasuoni.

Cosa sono le onde sonore ad alta frequenza?

Sono quindi considerate ad alta frequenza tutte le onde sonore che superano i 20.000 Hz e che appartengono a una gamma di vibrazioni non udibile dall'orecchio umano. 

Grazie ad alcune caratteristiche uniche, come la capacità di penetrare i materiali e di riflettersi in modo specifico, gli ultrasuoni vengono spesso sfruttati in ambiti che richiedono interventi di alta precisione e sensibilità.

Le onde sonore ad alta frequenza si propagano inoltre in modo altamente controllato, il che le rende sfruttabili anche per applicazioni come l'analisi strutturale di materiali, la diagnostica medica (ecografie) o il trattamento industriale.

Quali sono i suoni ad alta frequenza?

Esistono alcuni suoni ad alta frequenza, compresi tra i 2.000 e i 20.000 Hz, che sono comunque udibili dall’uomo e che vengono percepiti come i più acuti che l'orecchio riesca a percepire. 

Ne sono un esempio alcune note alte di strumenti musicali, come il violino o il flauto, i cinguettii di alcuni uccelli o stridii o squilli acuti, come il suono di un allarme.

Con l'avanzare dell'età molte persone perdono gradualmente la capacità di sentire le frequenze più alte, specialmente quelle che si approssimano ai 20.000 Hz.

I suoni al di sopra della soglia dell’udito umano (sopra i 20.000 Hz) sono chiamati ultrasuoni e - anche se non sono percepibili direttamente - possono essere rilevati e utilizzati con strumenti specifici. 

Gli ultrasuoni possono infatti essere generati da dispositivi come i trasduttori e sfruttati per ecografie mediche, sistemi di pulizia e sensori di distanza e rilevamento.

Vengono poi selezionate alcune frequenze specifiche per applicazioni "specializzate": le onde sonore di 16.000 Hz - 40.000 Hz - ad esempio - vengono utilizzate nei sistemi di dissuasione per animali, mentre quelle tra i 40.000 Hz e i 100.000 Hz e oltre sono impiegate nella ricerca scientifica, per sonde di imaging industriale, e studi avanzati sui materiali.

Perché sono importanti i suoni ad alta frequenza?

Le frequenze elevate sono fondamentali perché sono più direzionali, rispetto alle basse frequenze, e quindi ideali per applicazioni di precisione.

Trasportano inoltre una maggiore energia e quindi riescono a penetrare materiali o generare effetti specifici come la cavitazione (usata nella pulizia ad ultrasuoni, di cui parleremo tra poco).

Solo l’alta frequenza consente poi alle onde di riportare dettagli così elevati in applicazioni di imaging, come le ecografie, grazie alla lunghezza d’onda ridotta.

In sintesi, i suoni ad alta frequenza, sia udibili che ultrasonici, giocano un ruolo cruciale sia in natura che nella tecnologia, che le frutta per applicazioni scientifiche o industriali altamente specializzare e performanti.

Per cosa vengono sfruttate dall’uomo le onde acustiche di frequenza superiore o ultrasuoni?

Gli ultrasuoni trovano impiego in una vasta gamma di settori grazie alla loro versatilità. 

In medicina, gli ultrasuoni sono largamente usati per scopi diagnostici e terapeutici; ad esempio per ecografie o terapie fisiche per favorire la guarigione dei tessuti.

Gli ultrasuoni sono impiegati anche in vari processi industriali, tra cui i controlli non distruttivi (NDT) e la misurazione

Anche nel settore alimentare le onde ad alta frequenza sono usate ad esempio per i processi di estrazione degli aromi o per controllare la qualità dei prodotti.

Un utilizzo interessante degli ultrasuoni e spesso poco noto è però il loro impiego nella pulizia, soprattutto industriale.

A tal scopo viene sfruttato l'effetto di cavitazione, fenomeno - a cui abbiamo già fatto cenno poco fa - che si verifica nel momento in cui delle onde ultrasoniche attraversano un liquido, generando microbolle, che - implodendo - rilasciano energia. 

Tale energia viene quindi genialmente sfruttata per rimuovere sporco, grasso e contaminanti di ogni tipo dalle superfici senza danneggiarle.

Vantaggi della pulizia a ultrasuoni

Risulta evidente quindi come il lavaggio a ultrasuoni abbia grandi potenzialità e consenta in una pulizia molto più accurata su superfici irregolari o complesse, anche in presenza di sottosquadra.

La pulizia a ultrasuoni è infatti molto più EFFICACE e in grado di raggiungere ogni angolo, anche in oggetti dalle geometrie irregolari.

È anche più DELICATA, il che la rende ideale per materiali sensibili, come componenti elettronici o strumenti medici.

Tramite la pulizia a ultrasuoni è inoltre possibile RISPARMIARE ENERGIA, grazie a processi più rapidi ed efficienti, rispetto ai metodi tradizionali.

Il lavaggio industriale a ultrasuoni viene già utilizzato in molti settori, tra cui:

• automobilistico, per la pulizia di componenti meccanici.
• Medico, per garantire standard di igiene impeccabili.
• Elettronico, per la rimozione di impurità da circuiti e schede.

Il sistema di pulizia a ultrasuoni viene inoltre sfruttato per il lavaggio di oggetti, manufatti e componenti, molto piccoli o geometricamente “complessi”, in ambiti in cui la precisione è essenziale, come la minuteria meccanica, la rubinetteria, l’orologeria e l’oreficeria o per alcuni accessori moda (come ad esempio. fibbie, bottoni e chiusure).

Le onde sonore ad alta frequenza sono quindi preziose per una tecnologia versatile e ormai indispensabili per molti settori. 

Dal monitoraggio della salute alla precisione industriale, l’utilizzo degli ultrasuoni offre quindi soluzioni sempre più innovative ed efficienti; motivo per cui conoscerle e sfruttarle al meglio significa aprire la porta a un futuro di innovazione e sostenibilità.