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Introduzione
Il nostro breve corso sulla musica e il computer si articola
in quattro lezioni: ognuna di esse comprende circa 30 minuti
di video, una dispensa come questa, e un modulo di esercizi
e di test di autovalutazione, che vi permetteranno di capire
se avete assimilato i concetti fondamentali della lezione.
Lo scopo di queste dispense comunque non è quello di fornire
una trattazione completa degli argomenti che si affronteranno
ma piuttosto quello di tracciare una panoramica semplice e
sintetica che ci consenta di capire i fondamenti della musica
e di iniziare ad usare un computer per elaborare i suoni in
modo creativo e divertente.
Chi avesse voglia di approfondire un argomento potrà utilizzare
i numerosi link che porteranno verso siti e pagine web, preferibilmente
in lingua italiana, che trattano dei temi svolti durante il
corso. A questo punto però, prima di iniziare a parlare di
musica e di computer, andiamo a conoscere un po' più da vicino
il mondo dei suoni.
Il suono
Generalmente, nel linguaggio comune, quando si parla di suono
si intende la sensazione psicologica legata all'ascolto. Per
descrivere un suono, in effetti, spesso usiamo aggettivi,
come ad esempio gradevole oppure fastidioso, che sono legati
alla sfera delle nostre emozioni. Ma come possiamo definire
in modo più esatto e oggettivo un suono? Per rispondere a
questa domanda ci conviene partire dalle origini e quindi,
per prima cosa, cercare di capire da dove nasce un suono.
Se facciamo un piccolo esperimento e pizzichiamo la corda
di una chitarra ci accorgiamo che, in questo caso, il suono
è prodotto e nasce proprio dalla vibrazione della corda.
Per essere più precisi possiamo dire che per vibrazione si
intende un movimento oscillatorio di un corpo attorno alla
sua posizione di equilibrio come quello mostrato dalla figura
precedente. La cosa interessante è che qualsiasi tipo di suono,
non solo quello di una corda di chitarra, è prodotto proprio
da un fenomeno di questo tipo in cui c'è un corpo, chiamato
sorgente del suono, che vibra. Ma come riesce questa vibrazione
ad arrivare fino al nostro orecchio per essere percepita?
Quello che accade è che, quando un corpo vibra, la sua vibrazione
si propaga nell'ambiente circostante sotto forma di un onda
di pressione, ed è proprio quest'onda che viene chiamata suono.
Per visualizzare questo fenomeno possiamo pensare all'onda
che si genera sulla superfice dell'acqua quando agitiamo una
mano nel liquido: più la vibrazione della mano è ampia e più
sarà alta l'onda che si propaga nell'acqua. Allo stesso modo
più è ampia l'oscillazione della corda e più sarà forte il
suono che ascolteremo.
Da quello che abbiamo appena detto ne deriva che noi possiamo
ascoltare un suono solo se esiste un mezzo attraverso il quale
la vibrazione del corpo si può propagare e generalmente questo
mezzo di propagazione è proprio l'aria che ci circonda. In
realtà, però, il suono si propaga in qualsiasi tipo di mezzo,
solido liquido o gassoso anche se con velocità diverse, come
possiamo vedere nella tabella che segue, da dove si deduce
che la velocità del suono cresce con la densità del mezzo
in cui si propaga.
| MEZZO |
VELOCITÀ (metri al secondo) |
| Aria |
331 |
| Acqua |
1450 |
| Piombo |
1230 |
| Ferro |
5130 |
| Granito |
6000 |
Tabella 1 - la velocità del suono in alcuni materiali
Anche l'attenuazione che subisce il suono - ovvero la diminuzione
del suo volume mentre viaggia - dipende dalla densità del mezzo
di propagazione e infatti per esempio, nell'acqua un suono si
può percepire ad una distanza molto maggiore che nell'aria.
Le caratteristiche di un suono
Se andate a guardare su un qualsiasi libro di musica vedrete
che il suono si definisce usando tre proprietà: altezza, intensità
e timbro. Ma cosa rappresentano questi nomi? Per capire come
si collegano queste grandezze al suono ci conviene osservare
la forma dell'onda di pressione che nasce da un corpo che oscilla
e si propaga nel mezzo circostante.
Se osservate la figura vi accorgete che un onda sonora è caratterizzata
dal fatto che una stessa forma si ripete periodicamente. L'altezza
di un suono, chiamata più comunemente frequenza, è proprio l'inverso
del tempo che dura ogni ripetizione, che, a sua volta, viene
chiamato il periodo dell'onda. L'onda sonora in figura, per
esempio, ha un periodo che dura 1/100 di secondo e quindi una
frequenza pari a 100 oscillazioni al secondo. L'unità di misura
della frequenza si chiama Hertz, o in breve Hz, e quindi questa
frequenza vale 100 Hz. Ma come possiamo sentire la frequenza
di un suono? Niente di più facile! Più un suono è acuto e più
la sua frequenza cresce. Per dare un po' di numeri considerate
che una frequenza minore di 200 Hz è un suono basso mentre una
frequenza maggiore di 800 Hz è un suono acuto.Le note che esegue
uno strumento sono caratterizzate proprio dal loro valore di
frequenza. Un La suonato al centro del pianoforte, per esempio,
ha una frequenza di 440 Hz mentre il La successivo vale esattamente
il doppio, ovvero 880 Hz.Passiamo ora alla seconda proprietà
di un suono, l'intensità. Come potete immaginare con questo
nome si intende l'ampiezza di un suono, il suo volume. Ma come
si misura questa volume? Così come per la frequenza esiste un'unità
di misura ad hoc, gli Hertz, anche in questo caso per misurare
l'ampiezza di un suono si usa un unità particolare chiamata
Decibel, e quando usiamo questa unità facciamo riferimento proprio
alla sensibilità dell'udito: un suono appena percepibile infatti
ha un ampiezza di 0 decibel - abbreviato in Db - mentre un suono
spacca timpani ha un ampiezza di 120 Db. Ma diamo qualche altro
esempio tra questi due estremi:
| Decibel |
Condizione ambientale |
| 140 |
Soglia del dolore |
| 120 |
Clacson potente, a un metro |
| 100 |
Interno della metropolitana |
| 80 |
Strada a circolazione media |
| 70 |
Conversazione normale, a un metro |
| 60 |
Ufficio commerciale |
| 40 |
Biblioteca |
| 20 |
Studio di radiodiffusione |
| 0 |
Soglia di udibilità |
Tabella 2 - Ampiezza sonora (Decibel)
Ed ora vediamo qualche sito su cui possiamo trovare qualche
informazione in più su quanto abbiamo detto:
http://www.racine.ra.it/ungaretti/labscie/acustica.htm
a questo indirizzo, per esempio, la scuola media statale "Ungaretti"
di Solarolo (RA) descrive, in un percorso a esperimenti, le
basi dell'acustica;
http://www.atnet.it/lstron/fisica/oscill/sim01.htm
qui, invece, possiamo trovare un laboratorio di fisica virtuale
con delle ottime animazioni che descrivono il comportamento
di un onda sonora e anche, per i più volenterosi, le equazioni
matematiche che la descrivono.
Il timbro
L'ultima, e più complessa, caratteristica di un suono è chiamata
timbro. Possiamo dire che il timbro rappresenta la carta di
identità del suono. Per convincersene facciamo suonare, per
esempio, ad un violino e a un pianoforte la stessa nota alla
stessa ampiezza. Questi due suoni quindi avranno la stessa altezza,
la stessa intensità ma un timbro, e quindi un identità, differente.
La forma dell'onda è molto diversa nei due casi e si sarebbe
tentati di affermare che è proprio lei la responsabile del timbro.
Ma purtroppo questo non è del tutto esatto. In effetti ci possono
essere delle forme d'onda che appaiono differenti ma hanno lo
stesso suono. A prima vista potrebbe sembrare di essere arrivati
in un vicolo cieco, ma in realtà una via di uscita esiste e
la scoprì nel 1701 il francese Sauveur. Questo scienziato, studiando
le vibrazioni di una corda, intuì che qualsiasi suono in realtà
è formato da una somma di onde elementari chiamate sinusoidi
o armoniche. E questa scoperta venne formalizzata, verso la
fine del '700, dal matematico J. B. Fourier che ne ricavò un
celebre teorema che porta il suo nome.
Usando questo teorema si vede che il timbro di un suono in effetti
dipende dalla quantità e dall'ampiezza delle sinusoidi che contiene
così come il sapore di una pietanza dipende dagli ingredienti
che usiamo per prepararla. Quindi, così come possiamo descrivere
una pietanza attraverso la lista dei suoi ingredienti, allo
stesso modo possiamo caratterizzare un suono specificando le
sinusoidi che lo formano. Questa lista degli ingredienti di
un suono ovvero delle sinusoidi che lo compongono, si chiama
spettro. Ma come si legge lo spettro di un suono? Se osservate
la figura seguente, che rappresenta uno spettro, potete osservare
che sull'asse orizzontale sono rappresentate, in ordine crescente,
le frequenze delle armoniche che compongono il suono, mentre,
l'ampiezza di ognuna di queste armoniche è rappresentata dall'altezza
della riga che la rappresenta.
E ora per sentire con le nostre orecchie cosa rappresenta lo
spettro di un suono, ascoltiamo prima il suono dell'organo e
poi le cinque armoniche che lo compongono, una per una, dalla
più bassa alla più acuta.
Se volete saperne di più sullo spettro e sull'importanza che
riveste nel mondo della musica e dei suoni potete recarvi sul
sito http://www.csrf.pd.cnr.it/biblos/spettro-sonoro.htm
della "Biblioteca Umanistica Virtuale degli Organi di Ricerca
del CNR" dove troverete tutte le informazioni che vi possono
servire su questo argomento.
Alla pagina http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Fourier.html
invece potrete trovare una breve biografia di Fourier (in inglese).
La percezione del suono
Un suono, come abbiamo visto nel caso della corda di una chitarra,
è un'onda di pressione che parte da un oggetto che vibra e si
propaga nell'aria circostante. Per poter percepire quest'onda
sonora l'uomo utilizza l'orecchio, un organo complesso ed estremamente
sensibile. Ma non tutte le vibrazioni possono essere percepite
dal nostro orecchio e infatti, per esempio, noi non riusciamo
a sentire il suono di un fischietto per cani perché la sua onda
sonora ha una frequenza maggiore dell'intervallo in cui l'orecchio
è sensibile.
Teoricamente, infatti, il nostro orecchio è in grado di ascoltare
un suono solo se la sua frequenza è compresa tra i 20 e i 20.000
Hertz. Ma perché diciamo teoricamente? In realtà, in effetti
pochissimi individui sono in grado di ascoltare in un intervallo
così ampio. Molto più spesso la massima frequenza che riusciamo
ad ascoltare non è maggiore di 16.000 Hz. Per fare un piccolo
test, vogliamo provare ad ascoltare un suono a 15.000 Hz, che
si trova ai margini acuti della soglia uditiva, per vedere se
riusciamo a sentirlo?
Ora che abbiamo stabilito l'intervallo di frequenze che possiamo
ascoltare, può essere interessante cercare di capire come funziona
il nostro orecchio. Per vederlo partiamo dalla porta di ingresso,
una membrana elastica e sensibile che viene chiamata timpano.
Il suono, o meglio l'onda di pressione che penetra nel condotto,
si infrange contro il timpano che oscilla impercettibilmente
- qualche decimo di millimetro - seguendo le variazioni di pressione
dell'onda sonora. Il movimento del timpano viene poi amplificato
e trasferito tramite tre ossicini, che formano una specie di
snodo meccanico, ad un organo chiamato coclea o chiocciola per
la sua caratteristica forma a spirale.
La chiocciola è l'organo più delicato e complesso del nostro
apparato uditivo. Il suo compito è quello di convertire le vibrazioni
meccaniche che giungono dagli ossicini in impulsi elettrici
che verranno inviati al cervello utilizzando il nervo uditivo.
Per effettuare questa conversione la chiocciola si comporta
come un microscopico analizzatore spettrale contenuto nella
nostra testa: il suono infatti, prima di essere inviato al cervello
viene scomposto in una somma di armoniche ed è questa scomposizione
armonica che noi ascoltiamo.
Il modo in cui noi percepiamo i suoni quindi, oltre che dai
nostri gusti musicali, dipende anche e soprattutto dal modo
in cui risponde questo sofisticato sistema di conversione, dalle
sue caratteristiche. Pensate che esiste una scienza, chiamata
psicoacustica, che si occupa proprio dello studio della percezione
sonora.
Se siete incuriositi dalla psicologia percettiva e alle sue
applicazioni vi consiglio di visitare il sito http://www.cens.polito.it/
Se invece volete conoscere un po' più in dettaglio come funziona
il nostro apparato uditivo e, in particolare, la chiocciola,
vi suggerisco un ottimo sito italiano che si trova all'indirizzo
http://www.sissa.it/multidisc/cochlea/italian/coclea.htm.
Ma a cosa serve sapere tutte queste cose sulla percezione del
suono? Innanzitutto per capire la relazione che intercorre tra
il suono come fenomeno fisico e la sensazione che si prova durante
l'ascolto e poi perché conoscendo i meccanismi percettivi è
possibile sviluppare delle applicazioni come ad esempio la famosa
codifica MP3, che utilizzano questa conoscenza per riuscire
a comprimere un file di suoni e fare si che noi li possiamo
scaricare da Internet in minuti anziché ore.
La codifica MP3 in effetti si basa proprio sul funzionamento
dell'orecchio ed infatti riesce ad eliminare dalla musica solo
quelle informazioni che il nostro orecchio non è in grado di
percepire. In ogni caso, se volete saperne di più su MP3 e sui
principi della codifica psicoacustica, potete andare sul sito
http://www.labirinto.com/musica/mp3.html
dove troverete una risposta a tutte le vostre domande oltre
che una panoramica sui principali programmi che si utilizzano
per suonare e registrare i file MP3.
Dal suono all'elettricità
Ora che abbiamo visto cos'è un suono e come siamo in grado di
percepirlo, prima di iniziare a parlare di bit e di computer
ci conviene esaminare come si converte un suono in un segnale
di corrente. In effetti è proprio questa trasformazione che
ha consentito l'ingresso della musica nelle nostre case attraverso
radio, registratori e dischi, e ancora oggi è necessario passare
attraverso la conversione dal suono ad un segnale elettrico,
prima di digitalizzare questo segnale elettrico e trasformarlo
in bit da far leggere al computer. Per capire come avvenga questa
trasformazione tra suono e elettricità dobbiamo per prima cosa
esaminare i due dispositivi che ci consentono di passare dal
mondo dei suoni, fatto di onde di pressione che si propagano
nell'ambiente, al mondo dei segnali elettrici che viaggiamo
su fili di rame e dispositivi elettronici. Questi due dispositivi
si chiamano microfono e altoparlante. Il funzionamento del microfono
simula quello dell'orecchio umano, che trasforma l'energia del
segnale sonoro in energia meccanica attraverso la membrana del
timpano. Anche nel microfono infatti c'è una membrana che vibra
e, successivamente, l'energia meccanica di questa vibrazione
viene trasformata in energia elettrica, tenendo conto della
velocità o dell'ampiezza dello spostamento della membrana, usando
un componente elettrico chiamato condensatore. Nel caso dell'altoparlante,
invece , è una membrana di cartone a forma di cono che si occupa
di generare nell'aria circostante le onde di pressione che giungeranno
al nostro orecchio. Per poter oscillare seguendo le variazioni
del segnale elettrico questo cono è collegato ad una bobina
elettromagnetica che però, per essere messa in movimento richiede
un segnale elettrico di potenza sufficientemente alta (qualche
decina di Watt). Per raggiungere questa potenza si usa un dispositivo
chiamato amplificatore.
Una descrizione più approfondita di come funzionano questi dispositivi,
comunque, si può trovare sul sito http://www.soundme.com/ampli/amp01.htm.
La trasformazione di un suono in un segnale elettrico è un operazione
fondamentale in campo musicale. Un segnale elettrico, ad esempio,
può essere memorizzato su di un nastro magnetico e riascoltato
in qualsiasi momento, oppure può essere trasmesso via radio.
Dal punto di vista delle applicazioni musicali, inoltre, si
può considerare la possibilità di trasformare il segnale elettrico
che rappresenta il suono applicando i cosiddetti effetti, come
ad esempio la simulazione del riverbero di un ambiente o la
distorsione del suono di una chitarra elettrica.
Oppure si può generare ex-novo un segnale elettrico oscillante
e poi trasformarlo in un suono, come facevano i vecchi sintetizzatori.
Vi ricordate il famosissimo Moog?
Oggi i musicisti amano ancora questi suoni elettrici, che adesso
vengono chiamati analogici per distinguerli da quelli digitali,
che sono generati dai computer, ed esistono numerosi siti per
gli appassionati dei vecchi sintetizzatori, come quello che
vedete nella figura seguente.
All'indirizzo http://www.vintagesynth.com/ per esempio
c'è un vero e proprio museo virtuale dove potrete trovare informazioni
e foto su questi dinosauri della musica che oggi, grazie alla
musica Tecno, stanno vivendo una seconda giovinezza e fanno
ballare milioni di persone.
a cura di MediaMente - Rai Educational
un grazie ad Andrea Paladin per averci accordato la pubblicazione
di questa serie di dispense. |
NATIVE INSTRUMENTS KORE 2: PARTE L’OFFERTA
