IL SUONO E LE SUE CARATTERISTICHE
Altezza
L’altezza è quella caratteristica del suono che permette di distinguere un suono acuto da uno grave. Dipende in massima parte dalla frequenza (numero di vibrazioni in un secondo). Le frequenze vengono misurate in Hz, ovvero oscillazioni al secondo. L’orecchio umano percepisce solo i suoni che vanno da 16 a 20.000 vibrazioni (hertz) al secondo. Al di sotto dei 20 Hz abbiamo gli infrasuoni, al di sopra dei 20.000 Hz gli ultrasuoni.
Cani, gatti, delfini, pipistrelli, ecc. percepiscono gli ultrasuoni mentre gli elefanti, piccioni ed altri animali percepiscono gli infrasuoni. I delfini e le balene usano gli ultrasuoni per comunicare. Lo studio della gamma di frequenza degli infrasuoni (dai circa 16 o 17 Hz fino a il limite minimo di 0,001 Hz) è la stessa estensione di frequenze che viene registrata dai sismografi e utilizzata per il monitoraggio dei terremoti. Alcuni animali possono, quindi, percepire l’inizio di un terremoto quando l’uomo non avverte ancora l’evento sismico. Gli ultrasuoni vengono usati nella medicina tramite l’ecografia diagnostica e le terapie ad ultrasuoni. Il sonar che funziona per mezzo degli ultrasuoni viene utilizzato in campo navale e per molti sistemi di controllo non distruttivo di strutture.
Nel video che segue puoi provare il tuo udito nella percezione delle diverse frequenze dei suoni.
Avvertenza: per l’ascolto dell’audio non usare auricolari e regolare il volume in modo medio/basso
Per ottava intendiamo le note comprese fra Do e Do ovvero DO-RE-MI-FA-SOL-LA-SI-DO (scala diatonica).
La tabella che segue ha le frequenze (in hertz) delle note musicali dalla seconda alla settima ottava. Come puoi notare, la frequenza per ogni nota raddoppia da una serie a quella successiva. Siccome sono riportati solo i valori interi, in alcuni casi sembra che il raddoppio non sia esatto).
Per convenzione internazionale è stato stabilito che la nota LA della quarta ottava ha una frequenza di 440 hertz. Questa convenzione fu disposta a Londra nel 1939 e stabilisce l’esatto numero di vibrazioni della nota La permettendo, nel mondo, a tutte le orchestre di suonare le varie note con uguale intonazione.
Prima di iniziare a suonare, nell’orchestra vengono accordati vari strumenti con il riferimento della nota LA.
La sensibilità dell’udito è massima per le frequenze comprese fra i 2.000 e i 5.000 Hz; nella pratica musicale, con i vari strumenti, i suoni generalmente usati sono compresi fra i 27 e i 5.000 Hz.
Le voci umane maschili sono divise in: basso (voce umana con note più gravi), baritono e tenore; quelle femminili sono divise in: contralto (alto), mezzosoprano e soprano (voce umana con note più acute). Le voci umane occupano complessivamente le frequenze comprese fra 82 Hz e 1047 Hz.
Nella seguente tabella vengono meglio descritte le varie frequenze.
Ascolta i suoni gravi di un fagotto
estensione del fagotto: da SIb1 a RE# 5
Ascolta i suoni acuti di un flauto traverso
Estensione del flauto traverso: da DO4 a DO7
Ascolta i suoni gravi di un contrabbasso
Estensione del contrabbasso: da MI1 a SI3
Ascolta i suoni acuti di un violino
Estensione del violino: da SOL3 a DO7
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INTENSITA’
Il rumore prodotto da un martello pneumatico è molto più forte del rumore prodotto da una foglia spostata dal vento. L’intensità, di un rumore o di un suono è quella grandezza fisica che determina quello che viene comunemente chiamato “volume”.
Ampiezza dell’onda sonora è la caratteristica che ci permettere di distinguere i suoni forti da quelli deboli; l’orecchio umano è sostanzialmente un sensore di pressione.
Come già visto nella sezione percorsi sonori l’onda sonora comprime i nostri timpani e quindi esprime energia.
Noi possiamo misurare l’intensità del suono in due modi:
- secondo le possibilità uditive umane – misurazione in decibel (dB)
- in modo scientifico – misurazione in Watt (W)
Per misurare la sensazione sonora percepita dall’uomo, si usa la scala logaritmica dei dB(decibel), definendo così il Livello di Pressione Sonora (SPL, Sound Pressure Level).
La pressione acustica necessaria perché un suono sia udibile dall’orecchio umano varia a seconda della frequenza dei suoni. Un suono di 1.000 Hz è udibile a “0 dB”, mentre scendendo a 30 Hz occorre un livello di pressione sonora di almeno 60 dB perché il suono sia udibile.
Scala in decibel da 0 db a 140 db
L’esposizione prolungata a livelli di pressione sonora superiori agli 85 dB può causare forti disturbi o addirittura sordità permanente.
Fra i disturbi derivati da esposizione a rumori intensi penso sia utile ricordare gli acufeni.
Per acufene (che deriva dal greco akṹō “ascolto” e phaínomai “mi manifesto”) si intende la percezione da parte del cervello di un rumore (come, ad esempio un ronzio, un fruscio, una pulsazione, un sibilo, un fischio, un tintinnio, ecc.), in assenza di un reale stimolo acustico esterno. Si tratta di un disturbo piuttosto comune che può essere sia monolaterale che bilaterale (ad una sola o entrambe le orecchie), sia costante che intermittente. Questi rumori, in molti casi causati dall’irritazione o dall’infiammazione del nervo acustico, risultano essere a tal punto fastidiosi da compromettere l’udito e la qualità della vita del soggetto che ne è colpito.
Ascoltare la musica a volume elevato, ed in particolare, con gli auricolari può causare danni alle cellule ciliate e conseguente perdita nella capacità di ascolto per quanto riguarda:
- i suoni più acuti e quelli più gravi
- la chiarezza e la definizione dei suoni percepiti
Cellule ciliate
Come già citato nella sezione “percorsi sonori” le cellule ciliate si trovano nella coclea e servono a trasformare l’impulso meccanico delle onde sonore in impulso elettrico. Nell’uomo ci sono fino a 25 fibre nervose per ognuna delle cellule ciliate destinate alla conversione dei segnali uditivi. Quando alcune cellule muoiono, l’impatto iniziale sull’udito è minimo; continuando l’esposizione a suoni forti si può provocare una perdita continua di cellule ciliate, in questo caso si potrebbe verificherebbe un lento declino nell’acutezza dei suoni captati dalle orecchie. “Si può fare un’analogia con quello che accade quando si riducono i pixel di un’immagine: si capisce sempre che rappresenta qualcosa ma non si può più dire di cosa si tratta”. sostiene Liberman.
Negli anni
ottanta Charles
Liberman
(insegnante di otologia e laringologia) effettuò molti studi che furono di capitale
importanza per capire come il rumore provoca la morte delle cellule ciliate.
Un audiogramma tradizionale non permette di rilevare la perdita di risoluzione
uditiva perché misura solo se le cellule ciliate sono in grado di captare un
suono di una certa ampiezza e frequenza.
POTENZA SONORA
La potenza sonora descrive la capacità di emissione sonora di una sorgente e viene misurata in Watt (W). La potenza non può essere misurata direttamente, ma richiede metodi particolari per la sua determinazione. La potenza sonora è un descrittore univoco di una sorgente sonora è, infatti, una quantità oggettiva indipendente dall’ambiente in cui la sorgente è posta.
La misurazione in watt dell’onda sonora è un fatto oggettivo riferito alla potenza sonora e non alla percezione dell’onda sonora tramite l’apparato uditivo umano.
Nella musica le diverse intensità vengono indicate con alcune lettere
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IL TIMBRO
Il timbro è la caratteristica del suono che permette di distinguere le voci e gli strumenti. Questa qualità del suono permette di distinguere due suoni con uguale frequenza e altezza. Il timbro rappresenta quell’attributo della sensazione uditiva che consente all’ascoltatore di identificare la fonte sonora, rendendola distinguibile da ogni altra. Si può dire che il timbro è il particolare carattere distintivo di un suono emesso da una voce o strumento musicale: una chitarra classica e un oboe emettono la medesima nota (stessa altezza) ma con timbri inconfondibilmente diversi. Così per le voci umane.
Ascoltiamo di Leonard Cohen “Hallelujah” con il flauto traverso
Ascoltiamo di Leonard Cohen “Hallelujah” con il violino
Gli avanzamenti registrati nel campo della biometria vocale permettono usando microfoni ad alta precisione e algoritmi di intelligenza artificiale sempre più avanzati, di riconoscere il timbro di voce di una persona. Infatti, come accade per impronte digitali, volto e iride, anche il timbro vocale è una caratteristica unica e univoca. Studiando i picchi di voce, l’inflessione e altri dettagli associati al nostro parlare, sistemi di intelligenza artificiale sono in grado di riconoscerci e distinguerci da altri miliardi di persone.
Il timbro, che spesso è indicato fra i “parametri” del suono, insieme all’altezza, all’intensità e alla lunghezza, suggerisce numerose analogie con il colore per quanto riguarda la percezione visiva. Infatti, il timbro viene designato come colore del suono. Mentre le altezze sonore, le intensità possono essere “quantificate” e ordinate lungo una scala perché grandezze fisiche oggettive e misurabili rispettivamente con frequenzimetri, e fonometri in modo tale da essere definite in base a un’unica dimensione, ciò non può essere realizzato per il timbro che è una grandezza multidimensionale (cioè riferito all’insieme dei caratteri del suono).
Il timbro è determinato dalla serie delle armoniche di un suono fondamentale. Le armoniche di un suono fondamentale, detto anche primo armonico, sono frequenze che si sviluppano insieme al fondamentale, si presentano nella medesima successione e sono delle addizioni della frequenza originaria ma di variabili intensità (si fondono con il suono fondamentale).
Quando nel pianoforte suoniamo la nota Do2, senza ulteriore interventi, si sovrappongono i seguenti armonici: DO SOL DO MI SOL SIb ecc.
Quindi quando percepiamo, apparentemente, un solo suono nella realtà percepiamo più suoni (il suono fondamentale più i suoi armonici).
Gli armonici “colorano” il suono definendone il timbro. Un suono prodotto da un corpo vibrante non è mai puro e cioè senza relativi armonici (con l’eccezione del diapason). Una tipica sorgente atta a generare onde pressoché sinusoidali (note pure cioè senza armonici) è il cosiddetto diapason. I suoi due rami si chiamano rebbi. Percuotendo uno dei due rebbi, il diapason si mette a oscillare con una specifica frequenza che dipende dalle dimensioni e dal materiale di cui è costituito.
Solitamente il diapason viene usato con dimensioni appropriate per produrre un la3 (440 vibrazioni al secondo); con questo la possiamo accordare i vari strumenti.
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