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Musica. Intro: Il Suono e le sue Caratteristiche

Voglio aprire su questo blog una piccola parentesi sulla musica. Per introdurre i vari capitoli di storia della musica e le scoperte che voglio proporre parto con la base della musica:


Il suono 


Possiamo definire il suono come una particolare sensazione percepita dall’organo dell’udito eccitato
da un agente esterno. Esso ha origine dal movimento di un corpo dotato di caratteristiche elastiche,
e si propaga modificandosi attraverso un mezzo solido, liquido o gassoso, dotato anch’esso di
proprietà elastiche.
I suoni che noi udiamo sono di solito molto complessi, tuttavia possiamo oggettivamente notare
delle caratteristiche che possono creare una prima distinzione. Ad esempio ci sono suoni che sono
molto forti, altri appena percettibili. Notiamo anche che questa caratteristica varia in misura
notevole dalla distanza che abbiamo dall’evento che ha generato il suono. Notiamo anche che varia
a seconda della qualità dell’evento. Per esempio se percuoto leggermente un tavolino sentirò un
piccolo suono, ma se lo percuoto con tutta la forza, il suono sarà senz’altro più forte. Possiamo
chiamare questa caratteristica intensità del suono.
Notiamo anche che a parità di intensità alcuni suoni sono più acuti ed altri più gravi. Osserviamo
che in genere i suoni più acuti sono generati da oggetti di piccole dimensioni, mentre quelli gravi da
oggetti più grossi. Questa sensazione non varia col variare della distanza dalla fonte del suono
(solamente se ci avviciniamo o allontaniamo a grande velocità possiamo notare una differenza.). Denominiamo questa caratteristica altezza del suono.


Il rumore 


Il rumore in genere viene definito in vari modi. Sicuramente si tratta di un fenomeno sonoro per cui
possiamo estendere ad esso tutte le considerazioni che abbiamo fatto sul suono. Da un punto di vista
strettamente fisico si definisce rumore un insieme di suoni non periodici (Helmholtz). Tuttavia nel
corso del ‘900 il repertorio delle sonorità utilizzate in musica si è costantemente allargato fino a
comprendere suoni che hanno le caratteristiche fisiche del rumore. Addirittura negli ultimi anni, con
le tecniche digitali di campionamento, sono apparsi, in particolare nei brani musicali “tecno”, veri e
propri rumori usati con finalità ritmiche e addirittura melodiche. Cosa dire poi dello “scratch” con
cui i disc jokey degli anni 90 inserivano nei brani musicali il violento strisciare della puntina
fonografica sul disco fatto ruotare “a mano”.
Per questi motivi mi sento di condividere coloro che definiscono il rumore in maniera non fisica ma
funzionale, semplicemente come suono non voluto.
Tuttavia la nostra funzione di fonici teatrali ci spinge ad approfondire ancora l’argomento
rivelandone ulteriori contraddizioni. Se, ad esempio, in una commedia è necessario inserire il
rumore fuori scena di un piatto che si rompe, dobbiamo considerarlo un suono voluto o no?
Sicuramente per il pubblico, nella finzione scenica si tratta di un suono accidentale, ma per noi che
dobbiamo registrarlo, rielaborarlo e riproporlo nella maniera più realistica, è un suono voluto, al
pari della musica di apertura sipario!
Come uscire allora da questa contraddizione lessicale? Probabilmente per noi tecnici sono da
considerare rumori solo quei suoni veramente non voluti e fastidiosi, quali ad esempio il soffio delle
ventole dei finali di potenza, il ronzio di un impianto insufficientemente messo a terra o il fruscio di
una registrazione analogica.

Origine del suono 


Come abbiamo gia detto un suono ha origine dalla vibrazione di un corpo elastico: un diapason
percosso con un colpo secco, una corda tesa strofinata da un archetto, l’aria contenuta all’interno di
un flauto posta in vibrazione soffiandoci contro altra aria. Si può osservare che la vibrazione di
questi corpi elastici ha un andamento ondulatorio, ossia descrive nel tempo un movimento che può
essere rappresentato graficamente con un onda.
Tale onda sarà caratterizzata, a seconda della natura, delle
dimensioni, e dello stato di tensione del corpo elastico
che entra in vibrazione, nonché dalla causa che origina
tale vibrazione, da alcune grandezze che ne definiscono
l’andamento: innanzitutto la frequenza, ovviamente
espressa in hertz. Si nota che tale grandezza definisce
l’altezza del suono che abbiamo prima osservato come
parametro oggettivo: in particolare con l’aumentare della
frequenza un suono diviene più acuto, col diminuire
diviene più grave.
Vi è poi da considerare l’ampiezza dell’oscillazione che determina l’intensità del suono. Più
difficile è stabilire una unità di misura utile per le nostre considerazioni future. Indubbiamente
l’ampiezza dell’oscillazione è proporzionale all’energia dell’onda, quindi, nell’unità di tempo alla
potenza, tuttavia esprimere in watt l’ampiezza di un’onda, sebbene fisicamente corretto, ci
porterebbe ad avere una grandezza che non comunica efficacemente la percezione dell’intensità del
suono. Tale intensità è da noi percepita secondo un andamento non lineare ma logaritmico. Per
questi motivi è stato introdotto il decibel (dB).


 Il decibel (dB)

Il decibel è forse la misura più usata in acustica, esso esprime secondo una scala logaritmica in base
10, il rapporto fra due grandezze omogenee.
Ricordiamo che per definizione il logaritmo di un certo numero in una certa base, è l’esponente che
occorre dare a quella base per ottenere il numero dato. Ad esempio il logaritmo in base 10 di 100 è
2. Infatti 102
 = 100.

Il decibel è 10 volte il logaritmo in base 10 del rapporto di due grandezze omogenee.

Supponiamo di voler esprimere in decibel la differenza fra due potenze: w1 e w2.

dB = 10 log10 w1/ w2

Notiamo quindi che affinché la precedente espressione abbia senso occorre che esistano entrambe le
grandezze w1 e w2 ed in particolare che sia w2 ≠ 0. Notiamo anche che non ha importanza di che
tipo siano le grandezze w1 e w2 , occorre solo che siano omogenee, ossia dello stesso tipo.
Qualche esempio pratico:
• Se vogliamo esprimere in decibel la differenza fra due potenze una doppia dell’altra, il
valore sarà di circa 3 dB infatti Log10 2 ≈ 0,3
• Se vogliamo esprimere in decibel la differenza fra due potenze una dieci volte l’altra, il
valore sarà di 10 dB infatti Log10 10 = 1
• Se vogliamo esprimere in decibel la differenza fra due potenze una cento volte l’altra, il
valore sarà di 20 dB infatti Log10 100 = 2  3
• Se vogliamo esprimere in decibel la differenza fra due potenze una mille volte l’altra, il
valore sarà di 30 dB infatti Log10 1000 = 3

D’altra parte possiamo immaginare per il decibel anche valori negativi. Questo si ha quando fra le
grandezze di cui vogliamo esprimere il rapporto, quella che appare al numeratore è minore di quella
che appare al denominatore. Facciamo qualche esempio anche di questi casi:
• Se vogliamo esprimere in decibel la differenza fra due potenze una la metà dell’altra, il
valore sarà di circa -3 dB infatti Log10 1/2 ≈ -0,3
• Se vogliamo esprimere in decibel la differenza fra due potenze una un decimo dell’altra, il
valore sarà di -10 dB infatti Log10 1/10= -1
• Se vogliamo esprimere in decibel la differenza fra due potenze una un centesimo dell’altra,
il valore sarà di -20 dB infatti Log10 1/100= -2
• Se vogliamo esprimere in decibel la differenza fra due potenze una un millesimo dell’altra,
il valore sarà di -30 dB infatti Log10 1/1000= -3

Come abbiamo visto il decibel si può considerare una misura relativa, non dipende infatti da una
sola grandezza ma dal rapporto di due grandezze omogenee. Tuttavia ci sono certi casi in cui tale
misura si può immaginare assoluta. Questo avviene quando al denominatore si pone una misura
stabilita per convenzione internazionale. Un esempio di misura assoluta in decibel è quella
dell’intensità sonora, che convenzionalmente è espressa in riferimento alla soglia di udibilità:

Livello di intensità
dB Condizione ambientale Effetto sull'uomo
140 Soglia del dolore
120 Clacson potente, a un metro
Lesioni dell’orecchio nel caso di ascolto
prolungato
110 Picchi d’intensità di una grande
orchestra
100 Interno della metropolitana
90 Picchi di intensità di un pianoforte
Zona pericolosa per l'orecchio
80 Via a circolazione media
75 Voce forte, a un metro
70 Conversazione normale, a un metro
60 Ufficio commerciale
Zona di fatica
50 Salotto calmo
40 Biblioteca Zona di riposo (giorno)
30 Camera da letto molto calma ( notte)
20 Studio di radiodiffusione
0 Soglia di udibilità
Zona di riposo (notte)

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Propagazione del suono

Abbiamo detto che il suono si propaga nei mezzi elastici, fra questi ovviamente l’aria. Per capire
come questo avvenga in pratica consideriamo la struttura dell’aria. Questa è formata da tante
molecole unite fra di loro da legami elastici. Possiamo
immaginare le molecole di aria come sfere unite ad altre
sfere tramite molle. Quando un corpo vibra, comunica il
suo movimento alla prima molecola d’aria, (la prima
sfera nel modello). Questa molecola spostandosi in avanti
“spinge” la molecola successiva, la quale “spinge” quella
a sua volta successiva, e così via. Un attimo dopo i
legami elastici, (le molle nel modello), “richiamano”
indietro la molecola nella sua posizione iniziale di
equilibrio. Per effetto della forza d’inerzia la molecola
supera il punto centrale di equilibrio, raggiungendo una
posizione quasi speculare al punto di massima escursione
in avanti. Questi movimenti si trasmettono alle molecole
contigue in un certo tempo. Per effetto di tali movimenti
avremo delle zone in cui vi è compressione dell’aria, e delle altre in cui vi è rarefazione. Queste
diverse zone si ripeteranno a partire dalla sorgente, nel senso di propagazione del suono. Questo
effetto prende il nome di onda longitudinale.

• Si chiama onda longitudinale quella in cui la direzione dell’oscillazione e quella della
propagazione coincidono.

 onda longitudinale onda trasversale
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Data una sorgente di suono, questo si propaga allo
stesso modo in tutte le direzioni. Possiamo dire che si
propaga secondo fronti d’onda sferici. La superficie
del fronte d’onda aumenta in proporzione col
quadrato della distanza dalla sorgente. Di
conseguenza l’energia che possiede il fronte d’onda si
distribuisce su tutta la superficie, per cui su una
singola unità di superficie avremo un’energia che
decresce proporzionalmente al quadrato della
distanza. Siccome l’energia è proporzionale
all’intensità sonora, possiamo dire che:
• L’intensità sonora decresce con il quadrato della distanza.

Volendo esprimere in decibel questa variazione:
• Raddoppiando la distanza, l’intensità sonora decresce di 6 dB
• Decuplicando la distanza, l’intensità sonora decresce di 20 dB

Quindi se ad esempio misuriamo un intensità di 100 dB ad un metro da un diffusore acustico:
• A due metri avremo 94 dB
• A dieci metri avremo 80 dB

Si nota quindi come il fattore distanza sia molto rilevante nell’attenuazione dell’intensità acustica.


Il suono si propaga ad una velocità che dipende dalla natura del mezzo elastico in cui si diffonde.
Inoltre tale velocità è influenzata, sebbene in misura minore, dalla temperatura, dalla pressione e
dall’umidità. Vediamo qual’è la velocità del suono in alcuni mezzi elastici (in metri/secondo):

Anidride carbonica 258
Ossigeno 317
Aria 340
Acqua 1.437
Rame 3.560
Marmo 3.810
Ferro 5.000


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