|
Cosa è il suono?
Il suono è la vibrazione generata da una forza applicata su un corpo, e si trasmette attraverso la materia a tutti gli stadi (solida, liquida, gassosa). Per la nostra normalità, il mezzo attraverso il quale il suono giunge al nostro apparato uditivo è l’aria ad una temperatura media di 20°, nella quale la sua velocità è 343(4)(5) m/s. La velocità del suono nei vari materiali può cambiare al variare della temperatura θ; le grandezze sono legate dalla seguente relazione:
v = 331,2 + 0,6 * θ
corpo, i suoi elettroni vengono eccitati; Quando la sorgente sonora è messa in vibrazione, essa sposta le particelle d’aria (per semplicità, immaginiamo un movimento su un unico asse spaziale). Le forze elastiche del materiale fanno sì che le particelle tornino verso la posizione di equilibrio; ma per inerzia esse si spingeranno oltre, per poi ritornare alla posizione iniziale.
Quali sono le sue caratteristiche?
Al suono ci si può approcciare in due modi: in maniera più scientifico- fisica, o facendo riferimento all’ambito percettivo.
Nel primo caso le caratteristiche principali di un suono sono denominate frequenza, intensità e timbro; rispettivamente, nel secondo caso, altezza, pressione e spettro.
Ora facciamo riferimento ad un’onda sinusoidale, l’onda più semplice producibile:
I suoi valori (in pressione o in tensione), istante per istante, possono essere calcolati grazie alla seguente equazione: P(t) = P*sen(2π f + φ) + P0 (dove P è il valore di picco).Sull’asse x troviamo il tempo espresso in millisecondi, sull’asse y i valori dell’ampiezza dell’onda sonora, espressi come seno di un angolo. Ora possiamo definire graficamente le caratteristiche di un suono:
la frequenza è quante volte in un secondo (quindi in 1000 millisecondi) l’onda compie un suo ciclo. Come riferimento possiamo prendere un punto qualunque dell’onda, ma convenzionalmente, si inizia o da un valore di picco (positivo o negativo) o dal valore zero. Partendo dal valore zero osserviamo che l’onda prima compie il suo semiciclo positivo, poi ritorna a zero, compie il suo semiciclo positivo e torna nuovamente a zero. Ecco compiuto un ciclo. Quanto tempo ha impiegato l’onda? 1000 millisecondi, cioè un secondo. Quindi la frequenza dell’onda considerata è 1 hertz (hertz=1/secondi).
N.B. L’altezza può differire dalla frequenza in quanto una nota suonata più forte sarà percepita come più acuta euna nota bassa, come più grave.
L’ampiezza è il valore massimo che l’onda assume sull’asse y. In questo caso è espresso mediante il seno di un angolo (poi sarà chiaro perché), ma troveremo anche grafici con il livello di decibel sull’asse y. Il periodo è il tempo che l’onda impiega per compiere un suo ciclo (cioè l’inverso della frequenza), e si esprime in secondi (s). Nel caso considerato il periodo è 1 secondo, poiché l’onda impiega tale tempo per compiere un ciclo completo. Per definire lo spettro bisogna introdurre altri concetti.
Quando la quinta corda di una chitarra (LA) è messa in vibrazione essa vibra con un certa frequenza (220hz), detta fondamentale. Essa, però, compie vibrazioni anche più veloci, in rapporto intero con la fondamentale. Questi ulteriori suoni sono detti armoniche (prima, seconda etc.).
Fondamentale: 220hz
Prima armonica: 440hz
Seconda armonica: 660hz
...
N-esima armonica: N*220hz.
A seconda dei materiali, della forma e di altre caratteristiche dello strumento l’ampiezza delle varie armoniche varierà, ed è per questo che distinguiamo un violino da un pianoforte, anche se essi suonano una stessa. Infatti, secondo il teorema di Fourier, qualsiasi suono può essere scomposto nelle sue componenti sinusoidali e, viceversa, ogni suono può essere ottenuto mediante somma di più sinusoidi.
Sottolineiamo che se le armoniche non sono in rapporto intero con la fondamentale, esse vengono dette componenti inarmoniche del suono. N.B. Spesso i musicisti usano il termine parziale. Non deve essere confuso con le armoniche, perché esso può non essere in rapporto intero. Esiste anche l’ipertono, di ampiezza piccola e non in rapporto armonico, che è caratteristico dello strumento.
Caratteristico di uno strumento (e più in generale di qualsiasi suono) è anche il suo inviluppo, espresso, di solito, con la nomenclatura ADSR.
La lunghezza d’onda (λ lambda) è lo spazio (espresso in metri (m)) necessario ad un’onda sonora per compiere un suo ciclo. Il valore lo si può ricavare dalla formula generale della velocità: velocità(v)=spazio/tempo → spazio=tempo*velocità. Sapendo che la velocità del suono nell’aria, a temperatura di 20°, è 343 m/s, e che la durata del ciclo dell’onda è 1 secondo, la lunghezza d’onda sarà pari a 343 metri.
La fase è una caratteristiche che va presa in considerazione quando abbiamo due o più suoni.
La figura rappresenta tre onde sinusoidali con differenza di fase tra loro. Rispetto all’onda blu, quella rosa è traslata di 180° e quella gialla di 45°. Per capirne l’effetto percettivo, consideriamo l’onda blu e quella rosa. In questo caso l’onda va sommata punto per punto. Il risultato grafico sarebbe l’asse x, con ampiezza costante pari a 0. il risultato percettivo è...che non udiamo nulla nonostante la generazione di due onde. Questo concetto deve allarmarci, perché vuol dire che nel momento in cui abbiamo due o più suoni, essi potrebbero coprirsi a vicenda per effetto di fase, e noi non staremmo più udendo, ad esempio due chitarre, ma qualcos’altro (che può essere leggermente, ma anche drasticamente differente).
Di seguito la formula: φ (si legge fi) = 2π f ∆t. Essa mette in legame diretto la fase col tempo e con la frequenza. Si ricava anche ∆φ = (d 2π)/λ.
Il concetto di intensità sonora mette in mostra la differenza tra il suono come fenomeno fisico e come fenomeno percepito. Infatti per il nostro apparato uditivo non è scontato che al raddoppio di ampiezza di un onda sonora corrisponda una percezione di volume raddoppiata della stessa. Anzi non è affatto così. L’intensità sonora si misura in decibel (dB).
Il SOL è il livello di operatività standard (1,2 V = +4dBu) e definisce il voltaggio usato in ambito professionale per far dialogare le varie apparecchiature tra loro. Sottraendo il valore del rumore di fondo al SOL otteniamo il valore di SNR (signal to noise ratio). Sottraendo il SOL al valore massimo acquisibile, otteniamo l’headroom. Sommando l’SNR e l’headroom otteniamo il dynamic range. Dalla rappresentazione grafica di un’onda sonora è possibile l’estrapolazione di valori caratteristici.
Di frequente uso è l’RMS, ovvero la capacità di riscaldamento dell’onda, sia esso riferito alla pressione acustica, alla tensione elettrica, di corrente e qualsiasi altro valore descritto dalla sinusoide). Per ottenere questo risultato, ogni valore assunto dall’onda in un semiperiodo è sommato in quadratura.
Infine, ecco il grafico delle curve isofoniche:
Ogni curva sul grafico rappresenta quanta pressione sonora deve avere un suono, che sale man mano in frequenza, per far sì che noi lo percepiamo allo stesso volume. Queste curve sono dette phon, e vengono chiamate “curva dei 10 phon”, “curva dei 20 phon” etc.
|
|
|