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Psico-acustica – La percezione del
suono
Per riuscire a gestire con abilità e consapevolezza
un mix, dalla registrazione di un segnale fino alla realizzazione
del Master, è necessario comprendere, innanzitutto, quali
caratteristiche possiede il suono, come si propaga e in che modo
viene “tradotto” dall’orecchio umano.
Il suono non è altro che una vibrazione delle particelle
d’aria che, attraverso un sistema di compressione e rarefazione,
determina una sensazione uditiva: questo movimento di “andata
e ritorno” rappresenta l’Onda Sinusoidale: la sinusoide
non è altro che la forma d’onda pura e viene chiamata
anche “fondamentale”, mentre i multipli interi di questa
frequenza fondamentale sono le Armoniche, onde sinusoidali in relazione
armonica con la fondamentale.
Sinusoide
Si può anche parlare di armoniche come Parziali ma, generalmente,
si intendono quest’ultime come multipli non interi della fondamentale:
molti strumenti infatti, ed il pianoforte è uno di questi,
presentano, nella complessa serie di armoniche che costituiscono
la loro qualità tonale, anche componenti che non sono in
relazione armonica con la fondamentale.
Generalmente, con il termine suono puro si intende un segnale sinusoidale
semplice, mentre un suono complesso è un segnale che presenta
un numero variabile di armoniche correlate alla Prima Armonica (fondamentale).
Concetti fondamentali:
La Frequenza è il numero di cicli o periodi al secondo che
compie un’onda ed è misurata in Hz (cicli al secondo).
Le proprietà distintive del suono sono tre:
1) L’altezza: è l’attributo che distingue un
suono basso da uno alto, l’ottava più alta del pianoforte
da quella più bassa ed in realtà dipende dalla frequenza,
nonché dal timbro e dall’intensità di un suono.
Spesso l’altezza si confonde con la frequenza, ma pur essendo
legata ad essa, non vi è un rapporto lineare che le lega;
a tal proposito è stata introdotto il Mel, un’unità
di misura soggettiva in funzione della frequenza.
2) L’intensità: distingue un suono debole da uno forte
ed è il risultato del livello di pressione acustica del movimento
di vibrazione delle particelle d’aria.
3) Il Timbro: è la qualità che ci permette di distinguere
il suono di un violino da quello di una voce ed è determinato
principalmente dalla quantità e dalla disposizione delle
armoniche nello spettro di segnale ma è influenzato anche
da altri fattori quali i transienti d’attacco, l’intensità
e l’altezza del segnale. Il timbro è quindi una proprietà
dei suoni complessi ed anch’esso è soggettivo, poiché
è in funzione dello spettro. La posizione dell’ascolto
ed il livello sonore possono influenzarlo.
La distanza percorsa da un’onda nel tempo per compiere un
intero ciclo o periodo è chiamata Lunghezza d’onda;
sapendo che la velocità del suono è di 344 m/s (metri
al secondo),delle semplici equazioni ci permettono, data la frequenza,
di conoscere la lunghezza d’onda e viceversa:Lunghezza d’onda
(m) = Velocità del suono (m/s) : Frequenza (Hz)
quindi
Frequenza (Hz) = Velocità del suono (m/s) : Lunghezza d’onda
(m)
Es. Voglio conoscere la lunghezza d’onda di un segnale 200
Hz:
Lunghezza d’onda (m) = 344 : 200 ? 1,72 metriRelativamente
alla lunghezza d’onda ed al concetto di sinusoide spesso ci
si trova a dover fare i conti con la Fase: un ciclo sinusoidale
completo corrisponde a circa 360°; se due onde sinusoidali coincidono
nel loro angolo di fase, ovvero partono entrambe nello stesso istante
iniziale le onde saranno in fase; al contrario, se ritardiamo un’onda
di un determinato periodo di tempo, avremo un corrispondente ritardo
di fase; se il ritardo tra le due onde sinusoidali è tale
da creare un ritardo di fase pari a 180°, l’istante positivo
della seconda coinciderà con quello negativo della prima
e avremo la cosiddetta Controfase, con il conseguente annullamento
del segnale. Per questo la fase è un elemento che va tenuto
sotto controllo dalla registrazione - microfonazione, sino al missaggio.Strettamente
legato al concetto di armonica è quello di Ottava: è
cosi definito l’intervallo di frequenze dato dalle variazioni
armoniche secondo un rapporto non lineare ma logaritmico. La rappresentazione
sottostante mostra più chiaramente la differenza fra i due
differenti tipi di intervalli, quello delle armoniche e quello delle
ottave:Ottave – Scala logaritmica
Data la Fondamentale ? 100 Hz
1° Ottava ? da 100 a 200Hz 2° Ottava ? da 200 a 400Hz 3°
Ottava ? da 400 a 800Hz
4° Ottava ? da 800 a 1600Hz 5° Ottava ? da 1600 a 3200Hz
6° Ottava ? da 3200 a 6400Hz
Armoniche – Scala lineare
Data la Fondamentale ? 100 Hz
2° Armonica ? 200Hz 3° Armonica ? 300Hz 4° Armonica
? 400Hz 5° Armonica ? 500Hz
6° Armonica ? 600 Hz
Vediamo quindi come il rapporto 2:1 fra due frequenze sia proprio
delle ottave.
Questo rapporto è espresso dalla seguente equazione:
f 2 : f 1 = 2?
n = numero di ottave
f 2 = estremo superiore (frequenza)
f 1 = estremo inferiore (frequenza)Es. Il limite inferiore di una
banda di frequenze è 80 Hz e la larghezza di banda è
di 2 ottave.
Vogliamo conoscere il limite superiore:
f 2 : 80 = 22
f 2 = 80 x 22
f 2 = 80 x 4
f 2 = 320 HzL’unità di misura del livello di pressione
sonora (Spl) è il Decibel. Esso non è altro che una
funzione matematica logaritmica che ci permette di ridurre in scala
più piccola una scala di valori numerici altrimenti ingestibile.
Quando ci riferiamo a due potenze un decibel è uguale a 10
volte il logaritmo del loro rapporto, mentre se ci riferiamo a due
tensioni esso è pari a 20 volte il logaritmo del loro rapporto.
Possiamo incontrare:
DBm = decibel riferito a 1 milliwatt, DBV = decibel riferito ad
1 volt, DBu o DBv = decibel riferito a 0,775 volt.
Il livello di potenza ( L1) rispetto ad un’altra potenza (L2)può
essere espresso in Bel ( da Alexander Graham Bell ):
L1 = lg W1: W2 x B (Bell)
Il decibel, come dice la parola stessa non è altro che 1/10
di Bell, infatti:
L1 = 10lg W1 : W2 x dB (Bell)
E’ importante non confondere il concetto di pressione sonora
con quello di livello di pressione sonora: la prima utilizza come
unità di misura il Pascal e fa riferimento ad una gamma di
valori numerici molto vasta e quindi sconveniente da utilizzare
nelle misurazioni; per ovviare a ciò si sceglie di fare riferimento
alla scala in decibel, più piccola e facilmente gestibile:
parliamo in questo caso di livello di pressione sonora. Se cominciamo
a parlare di Hertz e quindi di frequenze dobbiamo prendere in considerazione
il concetto di Spettro: esso è il campo di distribuzione
delle energia sonora in relazione alla frequenza; lo spettro uditivo
dell’uomo va dai 20 Hz (limite inferiore) ai 20000 Hz (limite
superiore). Le frequenze al di sotto di questo limite inferiore
vengono chiamate Sub-audio, mentre quelle oltre il limite superiore
sono i cosiddetti Ultrasuoni; nonostante queste frequenze non siano
per noi udibili, esse rappresentano comunque delle informazioni
musicali per il nostro ascolto. In un mix ed in generale in ogni
tipo di valutazione e scelta per un tecnico del suono, è
importante tenere conto delle caratteristiche dell’ascolto
umano e ottimizzare le proprie possibilità applicative in
funzione delle proprietà di quel magnifico organo che è
l’orecchio umano, a cui spetta il delicato compito di tradurre
l’insieme delle informazioni acustiche in segnali nervosi
per il nostro cervello. Il principio alla base è quello di
un trasduttore (dal latino trans + ducere = condurre attraverso):
una vibrazione acustica fa muover il fluido all’interno della
chiocciola che, in questo modo, muove le stereocilia (minuscoli
peli disposti su cellule ciliate) che piegandosi traducono questa
iniziale pressione acustica in scariche nervose; questi movimenti
sono proporzionali alla pressione sonora e si muovono su un range
di 80db.
A questo splendido, seppure qui molto semplificato, meccanismo si
legano una serie di considerazioni: innanzitutto, la risposta in
frequenza del nostro orecchio non è lineare, ma presenta
una scarsa sensibilità alle frequenze basse ed un picco di
pressione intorno ai 3000Hz, dovuto alla risonanza del canale uditivo
ad un quarto della lunghezza d’onda (3cm); più nel
dettaglio gli studiosi Fletcher e Munson, nel 1933, rappresentarono
le cosiddette Curve di Isofonia o anche curve di uguale sensazione
sonora, nelle quali viene rappresentato di quanti db deve essere
aumentato o diminuito il livello di un suono per produrre la stessa
sensazione sonora di un altro ad un’altra frequenza; in realtà,
queste curve fanno riferimento ad un parametro soggettivo: la sensazione
sonora, infatti, si riferisce a confronti e medie di prove di ascolto
che hanno portato, nel successivo sviluppo di Robinson e Dadson,
ad uno standard internazionale di valutazione; l’unità
di misura della sensazione sonora è il Phon.
Altra caratteristica dell’ascolto umano è il concetto
di Banda Critica: il concetto è che la larghezza di banda
di un determinato suono influisce sulla sensazione prodotta; se
abbiamo una frequenza centrale di 1000 Hz il rumore compreso nella
larghezza di banda di 100 Hz da una determinata sensazione sonora
e nulla cambia se aumentiamo la larghezza di banda a 160 Hz, ma
se la banda supera i 160 Hz ci sarà un aumento del livello
di sensazione sonora; questo è giustificato dal fatto che
l’orecchio umano analizza il suono per bande critiche di circa
1/3 ottava ovvero possiede dei filtri passa-banda centrati intorno
a qualunque frequenza.
Per ogni tipo di ascolto, in funzione dello spazio, l’orecchio
percepisce due componenti del suono: la componente diretta e quella
riflessa. Per diretta si intende quella parte del suono che giunge
dalla sorgente all’ascoltatore senza subire cambi di direzione,
mentre la componente riflessa è la componente ritardata del
segnale, frutto principalmente delle condizioni di ascolto; a questo
proposito la Legge del primo fronte d’onda stabilisce che
il suono che giunge direttamente all’ascoltatore crea la principale
percezione della direzione; l’orecchio umano riesce ad individuare
la direzione di un suono dalla combinazione vettoriale delle componenti
riflesse e di quelle dirette alla quale contribuisce passivamente
anche lo stesso padiglione auricolare: questo processo è
chiamato Funzione di Trasferimento. Sul problema della cosiddetta
Localizzazione Binaurale, ovvero della localizzazione della sorgente
sonora in funzione di un ascolto stereofonico, lo studioso Rayleigh
ha cercato di comprendere quali fattori sono coinvolti in questo
processo di localizzazione: al di sotto dei 1000 Hz prevale l’effetto
della fase, quindi del tempo, mentre al di sopra dei 1000 Hz quello
dell’intensità; inoltre il cranio tende a nascondere
all’orecchio più distante dalla sorgente parte dell’energia
sonora permettendoci di individuarlo nello spazio.Riguardo alle
componenti riflesse, l’Effetto Haas o effetto precedenza stabilisce
che un suono riflesso con un ritardo compreso fra i 5 e i 35 ms
deve essere aumentato di più di 10 db rispetto a quello diretto
perché venga percepito come un eco distinta: esiste una soglia
di percezione della riflessione al di sotto della quale un suono
non viene percepito come riflesso: se si aumenta di poco il livello
della riflessione rispetto alla soglia si noterà un certo
senso di spazialità; se si aumenta di 10db il livello rispetto
alla soglia ci sarà un ampliamento dell’immagine sonora;
aumentando il livello della riflessione di altri 10db si avvertirà
il suono riflesso come un eco distinta. Può essere utile
calcolare il ritardo della riflessione e l’equazione sottostante
spiega come fare:Ritardo della riflessione = ( Percorso riflesso
– Percorso diretto ) : Velocità del suonoLivello della
riflessione = 20lg Percorso diretto : Percorso riflessoLa propagazione
del suono è un aspetto che riguarda da vicino la praticità
del lavoro e le problematiche annesse. Per definizione il suono,
in campo libero, si propaga per linee rette e la sua intensità
è uniforme in tutte le direzioni: il suo mezzo di trasmissione
è l’aria; la Legge dell’inverso del Quadrato
stabilisce che l’intensità del suono è inversamente
proporzionale al quadrato della distanza; ad un aumento di 6 db
corrisponde un raddoppio della distanza. A questo proposito esiste
una formula che ci permette di calcolare il livello di pressione
sonora ad una certa distanza dato un livello di riferimento ad un’altra
distanza:
L2 = L1 -20lg ( d2 : d1 ) dB
Es. Abbiamo un livello di pressione sonora di 40dB a 2 metri e vogliamo
conoscere il livello a 6 metri:
L2 = 40 -20lg ( 6 : 3 ) = 33,9 dB
Paolo Paterna |
