Fondamenti di Acustica: Natura, Proprietà e Elaborazione del Suono

La natura del suono

Il suono è una vibrazione che si diffonde attraverso l'aria. Possiamo applicare gli stessi principi di quando lanciamo un sasso in uno stagno: il disturbo causato dalla pietra muove l'acqua in tutte le direzioni finché la sua ampiezza diventa così piccola da cessare di essere percepita.

Frequenza

Il numero di volte che questa vibrazione viene prodotta al secondo è noto come frequenza. La frequenza del suono è misurata in Hertz (Hz). Una persona con udito sano può percepire frequenze comprese tra 20 e 20.000 Hz.

Quando queste vibrazioni dell'aria raggiungono le nostre orecchie, queste le trasformano in segnali elettrici comprensibili dal nostro cervello. Un microfono agisce allo stesso modo, trasformando le vibrazioni acustiche in energia elettrica affinché possano essere immagazzinate, manipolate e riprodotte. Questo segnale è definito segnale analogico.

La forma d'onda più semplice è chiamata onda sinusoidale, caratterizzata da una frequenza e un'ampiezza costanti. Tali onde sono comunemente utilizzate negli studi, poiché ogni segnale può essere scomposto tramite la Trasformata di Fourier.

Ampiezza

L'ampiezza di un'onda indica la forza o la potenza del segnale. L'unità di misura di questa intensità è il decibel (dB).

L'orecchio umano richiede una variazione significativa nella forza di un suono per rilevare una modifica nell'intensità percepita, poiché la sensibilità uditiva è logaritmica. Ad esempio, un aumento di soli 3 dB raddoppia la potenza fisica del suono, ma noi percepiamo solo un leggero incremento. È necessario un aumento di 10 dB affinché le nostre orecchie percepiscano il suono con il doppio dell'intensità.

Fenomeni acustici

Eco

È il fenomeno per cui, a causa della riflessione delle onde sonore, le nostre orecchie percepiscono lo stesso suono più di una volta. Per udire un eco distinto, la distanza tra la sorgente sonora e la superficie riflettente deve essere di almeno 17 metri.

Riverbero

È il fenomeno per cui i suoni si prolungano dopo l'emissione a causa della sovrapposizione di onde sonore incidenti e riflesse. La durata di questo fenomeno è chiamata tempo di riverberazione.

Risonanza

È il fenomeno per cui un corpo entra in vibrazione quando viene investito da un suono con una frequenza pari a quella propria del corpo stesso. Il corpo che vibra viene definito risonatore.

Mascheramento sonoro

Quando l'orecchio è esposto a due o più suoni simultanei, esiste la possibilità che uno di essi mascheri gli altri. Questo effetto si verifica quando si ascoltano due suoni di diversa intensità contemporaneamente: il suono più debole diventa meno udibile perché il cervello elabora prioritariamente il suono di mascheramento. L'effetto è maggiore se il suono più forte ha una frequenza vicina a quella del suono più debole.

Conversione analogico-digitale

In elettronica, un convertitore digitale-analogico (DAC) trasforma un segnale digitale (solitamente binario) in un segnale analogico (tensione o carica elettrica). Questi dispositivi fungono da interfaccia tra il mondo digitale e la realtà analogica. L'operazione inversa è effettuata da un convertitore analogico-digitale (ADC).

Questi convertitori sono essenziali nei lettori audio moderni, poiché i segnali sono memorizzati in formato digitale (come MP3 o CD) e, per essere riprodotti dagli altoparlanti, devono essere convertiti in segnali analogici.

Inviluppo del suono (ADSR)

Il suono non è un fenomeno statico. Ogni componente di frequenza ha una propria evoluzione temporale. Nel dominio del tempo, il suono possiede un inviluppo definito ADSR (dall'inglese: Attack, Decay, Sustain, Release):

• Attack (Attacco): il tempo necessario al segnale per raggiungere il suo picco.
• Decay (Decadimento): il tempo necessario affinché il segnale si stabilizzi.
• Sustain (Sostegno): la durata del segnale stabile.
• Release (Rilascio): il tempo necessario al segnale per affievolirsi fino a scomparire.