Teoria del suono

Teoria del suono

Suono

1. ACUSTICA: studio del suono come manifestazione in natura (nello stesso luogo)
2. PSICOACUSTICA: studio di come il suono è percepito dall'uomo
3. ACUSMATICA: studio del suono dislocato spazialmente + temporalmente

PROPRIETÀ DEL SUONO

• FREQUENZA FONDAMENTALE: frequenza più presente in un suono
• AMPIEZZA: pressione sonora
• INVILUPPO: come cambia il suono nel tempo
• CONTENUTO IN FREQUENZA/FREQUENCY CONTENT: insieme dello spettro di frequenze contenute in un suono (SUONI COMPLESSI = insieme di frequenze)

NOTA: acuta/grave, alta/bassa

VOLUME: alto/basso, forte/piano

TIMBRO: secco, caldo, metallico...

Cambiando queste proprietà si cambia estetica del suono

ELEMENTI FONDAMENTALI:

1. SORGENTE VIBRANTE: suono generato da vibrazione (oggetto in stato di quiete inizia a oscillare)
2. MEZZO DI PROPAGAZIONE
3. ASCOLTATORE: suono esiste se nessuno lo sente?

ARIA:

• insieme di gas => occupa tutto lo spazio disponibile in maniera TOTALE + UNIFORME
• ELASTICA: tende a tornare nel suo stato iniziale

La vibrazione SFERICA del suono perturba lo stato di quiete dell'aria => spinta a catena tra molecole

II LEGGE TERMODINAMICA: gli urti generano calore => energia cinetica dissipata in energia termica

La vibrazione genera PRESSIONE + DECOMPRESSIONE => si genera ONDA SONORA

ORECCHIO

ORECCHIO MEDIO

1. Suono entra da canale orecchio
2. Fa vibrare il TIMPANO (vibra a basse pressioni)
3. TIMPANO fa vibrare MARTELLO
4. MARTELLO fa vibrare INCUDINE
5. INCUDINE fa vibrare STAFFA => movimento ONDULATORIO LINEARE contro FINESTRA OVALE

ORECCHIO INTERNO

1. FINESTRA OVALE vibra
2. genera ONDE nel liquido della COCLEA
3. GIGLIA (terminazioni nervose) immerse nel liquido si muovono generando IMPULSI ELETTRICI => cervello percepisce suoni

=> ORECCHIO = MICROFONO: traduzione acustico-elettrica

FREQUENZA

• velocità della vibrazione: f ↑ v ↓
• CICLI compiuti al SECONDO: f = c/λ = Hz
• variazione f = variazione NOTA
• SPETTRO UDIBILE: INFRASONI 20 Hz - 20 kHz ULTRASUONI

VELOCITÀ

• v_Luce = 3 * 10⁸ m/s
• v_Suono = 340 m/s

• aumenta con la DENSITÀ (↑ ρ ↓ T): più molecole
• diminuisce con la RAREFAZIONE (↓ ρ ↑ T): meno molecole

AMPIEZZA

• pressione suono = VOLUME

Teoria del suono

Suono

1. ACUSTICA: studio del suono come manifestazione in natura (nello stesso luogo)
2. PSICOACUSTICA: studio di come il suono è percepito dall'uomo
3. ACUSMATICA: studio del suono dislocato spazialmente e temporalmente

PROPRIETÀ DEL SUONO

• FREQUENZA FONDAMENTALE: frequenza più presente in un suono
• AMPIEZZA: pressione sonora
• INVILUPPO: come cambia il suono nel tempo
• CONTENUTO IN FREQUENZA/FREQUENCY CONTENT: insieme dello spettro di frequenze contenute in un suono (SUONI COMPLESSI = insiemi di frequenze)

Cambiando queste proprietà si cambia estetica del suono

ELEMENTI FONDAMENTALI

1. SORGENTE VIBRANTE: suono generato da vibrazione (oggetto in stato di quiete inizia a oscillare)
2. MEZZO DI PROPAGAZIONE
3. ASCOLTATORE: suono esiste se nessuno lo sente?

ARIA:

• insieme di gas → occupa tutto lo spazio disponibile in maniera TOTALE + UNIFORME
• ELASTICA: tende a tornare nel suo stato iniziale

La vibrazione SFERICA del suono perturba lo stato di quiete dell'aria → spinta a catena tra molecole

II LEGGE TERMODINAMICA: gli urti generano calore → energia cinetica dissipata in energia termica

La vibrazione genera PRESSIONE + DECOMPRESSIONE = si genera ONDA SONORA

ORECCHIO

ORECCHIO MEDIO

1. Suono entra da canale orecchio
2. Fa vibrare il TIMPANO (vibra a basse pressioni)
3. TIMPANO fa vibrare MARTELLO
4. MARTELLO fa vibrare INCUDINE
5. INCUDINE fa vibrare STAFFA → movimento ONDULATORIO LINEARE contro FINESTRA OVALE

ORECCHIO INTERNO

1. FINESTRA OVALE vibra
2. genera ONDE nel liquido della COCLEA
3. GIGLIA (terminazioni nervose) immerse nel liquido si muovono generando IMPULSI ELETTRICI → cervello percepisce suoni
4. ORECCHIO = MICROFONO: trasduzione acustico-elettrica

FREQUENZA

velocità della vibrazione: 1 ÷ T = ƒ

CICLI compiuti al SECONDO: ƒ =  Hz

• variazione ƒ = variazione NOTA
• SPETTRO UDIBILE: INFRASUONI 20 Hz - 20 kHz ULTRASUONI

VELOCITÀ

v_luce = 3 x 10⁸ m/s

v_suono = 340 m/s

• aumenta con la DENSITÀ (↑ P ↓ T): più molecole
• diminuisce con la RAREFAZIONE (↓ P ↑ T): meno molecole

AMPIEZZA

• pressione suono = VOLUME

• FORZA esercitata su SUPERFICIE: \( \frac{N}{m^2} = Pa \)
• SPETTRO UDIBILE: 20 μPa (soglia dell’UDIBILE) - 63 Pa (soglia del DOLORE)

• ROTTURA TIMPANO: oltre la soglia del dolore ⇒ sordità
• ISPESSIMENTO TIMPANO: condizione permanente dovuta a continue esposizione e elevate pressioni
• TINNITUS/ACUFENE: fischio/ronzio dovuto a temporanee esposizioni a elevate pressioni ⇒ incudine, martello e staffa sono contratti e ci necessitano di tempo per rilassarsi

AMPIEZZA MEDIA

Misura del volume percepito

AMPIEZZA MEDIA più elevata nel secondo ⇒ VOLUME più alto

UNITÀ DI MISURA

• METER
  • misurato mediante PEAK METER
    • reagisce ai PICCHI: indica dove sta maggior parte dei PICCHI
    • VERDE: bassa A
    • ROSSO: alta A
    • non dà indicazione volume condivisibile con altri apparecchi
• RMS (ROOT MEAN SQUARE)
  • A presenta valori negativi ⇒ non si può usare MEDIA ARITMETICA (si ottiene ~0)
  • RMS = \(\sqrt{ \frac{x_1^2 + x_2^2 + x_3^2 + \cdots}{n}} \) quadrati rendono tutto positivo
  • misurato mediante VU (Volume Unit) METER
    • lancetta indica RMS
    • indica volume comune per tutti gli apparecchi

• PERIODO T
  • durata di un ciclo
  • \( T = \frac{1}{f} \) inversamente proporzionale a f
• LUNGHEZZA D’ONDA λ
  • spazio fisico occupato dal CICLO
  • λ = \( \frac{340}{f} \) m
• A seconda da λ gli ostacoli diventano più o meno RILEVANTI: onde fermate da ostacoli con spessore simile a λ ⇒ alte frequenze fermate da ostacoli sottili / basse frequenze fermate da ostacoli spessi

INVILUPPO

ADSR

1. ATTACK: tempo impiegato dal suono per raggiungere A max
2. DECAY: tempo impiegato dal suono per raggiungere A di regime
3. SUSTAIN: tempo durata A di regime
4. RELEASE: tempo impiegato dal suono per esaurirsi

OSCILLOSCOPIO

• permette di visualizzare andamento suoni puri
• asse x: TEMPO
• asse y: AMPIEZZA

SPETTROGRAMMA

• permette di visualizzare suoni complessi:
  • TEOREMA DI FOURIER (TRASFORMATA): qualsiasi onda complessa può essere scomposta in una somma di onde semplici di diversa f e A

asse x: SPETTRO fasse y: AMPIEZZA (quantità di A in quella determinata f)

SONOGRAMMA

• Mette in relazione f, t e A
• AMPIEZZA (Chiara = silenzio, scura = A elevata)
• asse x: TEMPO
• asse y: SPETTRO f

CURVE DI FLETCHER E MUNSON

ESPERIMENTO DI FLETCHER + MUNSON

• gruppo di persone sottoposte a SWEEP (segnale sonoro a pressione costante + f crescente)
• manopole per compensare volume affinché sia confortevole e costante
• GRAFICI manopole: tutti compensavano circa allo stesso modo + VOLUME percepito rispetto alle frequenze non è LINEARE ⇒ ORECCHIO ha RISPOSTA IN FREQUENZA non lineare e comune

1. 20 Hz - 1 kHz: non lineare
2. 1 kHz - 2,5 kHz: zona COSTANTE (frequenze base voce umana)
3. 2,5 kHz - 5 kHz: zona IPERSENSIBILE (suoni emergenza, pianti neonati, sirene)
4. 5 kHz - 20 kHz: non lineare⇒ si sente meglio nel range centrale⇒ per ragioni evolutive la zona IPERSENSIBILE crea senso di allarme

RIVERBERO

• avviene al CHIUSO: insieme dei SUONI RIFLESSI
• dipende da materiali pareti: materiali RIFLETTENTI/ASSORBENTI
• CAMERA ANECOICA: stanza che assorbe tutto il riverbero
• ≠ ECO (forma di riverbero che avviene all’aperto)
• SUONO si propaga differenziamo = SUONO DIRETTO + SUONO RIFLESSO

SUONO DIRETTO: distanza più breve (un solo percorso) + arriva prima + A maggioreSUONO RIFLESSO: distanza maggiore (più percorsi) + arriva dopo + A minore

PROCESSO

1. SUONO ORIGINARIO
2. EARLY REFLECTIONS/PRIME RIFLESSIONI: serie suoni riflessi generati subito dopo, 1. + 2. percepiti come suono unico
3. RIVERBERO/CODA: suono riflesso sempre più impercettibile
4. RT60 (Reverb Time 60): momento in cui A suono riflesso = 1/60 A suono diretto
5. PRE-DELAY: tempo tra suono originale e coda (ECO ha PRE-DELAY maggiore di 100 ms + assenza EARLY REFLECTIONS)

DURATA:

• BREVE 30-100 ms
• MEDIO 100-500 ms
• LUNGO 500 ms - 2 s
• EXTRA più di 2 s

REGISTRAZIONEDRY: direttoWET: riflesso

• DISTANZA: meno suono diretto + più suono riflesso ⇒ suono registrato disturbato
• VICINANZA: più suono diretto + meno suono riflesso ⇒ microfono deve stare vicino a sorgente

Microfoni

ANALOGIE MICROFONI-ORECCHIO

1. MECCANICA: come onde sono trasformate in suono
2. DIREZIONALITÀ
3. NON LINEARITÀ

MECCANICA

ORECCHIO: timpano ⇒ ossicina ⇒ coclea ⇒ ciglia ⇒ impulsi

MICROFONI

• DINAMICI:
  • meno sensibili: serve più pressione per muovere componenti interni
  • più resistenti ad alte pressioni
  • più SCURI (meno sensibili ad alte frequenze)
• DIAGRAMMA fa vibrare BOBINA in un campo magnetico ⇒ genera variazioni tensione nei terminali di uscita (= ORECCHIO INTERNO)
  • DOMINIO ACUSTICO ⇒ DOMINIO ELETTRICO
• CONDENSATORE:
  • più sensibili: serve meno pressione per muovere componenti interni
  • meno resistenti ad alte pressioni
  • più CHIARI (più sensibili ad alte frequenze)
  • richiedono PHANTOM POWER:
    • alimentazione esterna
    • +48V
    • ARMATURE devono essere già cariche
    • tastino/menu/batterie

CONDENSATORE: componente fatto da due ARMATURE (piastre metalliche 2.)

DIAFRAMMA montato su armatura esterna

variazione distanza ARMATURE ⇒ variazione tensione nei terminali di uscita

DIREZIONALITÀ

ORECCHIO: ingombro testa + direzione padiglioni auricolari

MICROFONI

Diagrammi polari:

• RISPOSTA DIREZIONALE (risposta in base a direzione provenienza suono)
• linea lontana: ALTA SENSIBILITÀ
• linea vicina: BASSA SENSIBILITÀ

NON LINEARITÀ

Diversa RISPOSTA IN FREQUENZA: diversa da orecchio ⇒ ascoltare registrazione

DIAGRAMMA DI RISPOSTA IN FREQUENZA

• OMNIDIREZIONALE: Lavalier
• CARDIOIDE
• IPERCARDIOIDE
• FIGURA 8/BIDIREZIONALE: davanti/dietro o sinistra/destra (M-S)
• SHOTGUN/IPERDIREZIONALE

Produzione audio audiovisivi

1. PRE-PRODUZIONE: si pianifica tutto
2. PRODUZIONE/REGISTRAZIONE/SHOOTING
3. POST-PRODUZIONE: EDITING, OVERDUB, FOLEY, MIXING, MASTERING

OVERDUB: dialoghi aggiunti in studio

FOLEY: rumori di tutti i giorni

MIXING: trattamento delle tracce audio

MASTERING: file preparato per supporto finale

REGISTRAZIONE

PRESA DIRETTA/REGISTRAZIONE IN CAMERA

• semplice, veloce, economica
• poco controllo su risultato finale (poca POST-PRODUZIONE) => rischio qualità

Fonte sonora principale + rumore di fondo non troppo forte: microfono riceve somma segnali acustici e li invia alla telecamera come impulso elettrico

• MONITORING: monitoraggio registrazione mediante cuffie
• MIXER: strumento con più ingressi mic (somma avviene all'interno) e FADER (pre-mix) => permette presa diretta più accurata

MULTITRACCIA/MULTITRACK

• MIXER: ogni canale ha IN + OUT
  • CANALI trasmessa a REGISTRATORE MULTITRACCIA: registra singoli file audio pari a numero canali => serve POST-PRODUZIONE
• MUTE: mette in muto canale
• SOLO: mette in muto tutti gli altri canali

PROCEDIMENTO

1. MICROFONO trasforma suono in segnale elettrico
2. Segnale raggiunge GAIN tramite MIC INPUT
3. segnale esce da MACHINE SEND/MULTITRACK SEND/MANDATA e va nel REG MULTITRACCIA
4. REG registra su HD
5. segnale rientra nel MIXER tramite MULTITRACK RETURN/RITORNO MACCHINA
6. segnale esce da MONITOR OUT/SPEAKER OUT e raggiunge cuffie

RAPPORTO SEGNALE RUMORE/SIGNAL TO NOISE RATIO (STN)

Apparecchi utilizzati per registrazione genera rumore causa segnale elettrico: ronzio, sibilo, ecc… => si ha segnale microfonico basso + somma rumori alta => rumore copre segnale mic: se si alza il rumore si sente di più (BASSO STN)SOLUZIONE: ottenere livello mic alta prima che venga investito da rumori => segnale mic copre rumore: se si abbassa il rumore diventa più piccolo (ALTO STN)

INPUT GAIN

INPUT GAIN = RECORDING LEVEL + VOLUME MONITORINGMANOPOLA: regola il livello del mic tramite PEAK METER

PROCESSING

SOFTWARE

• DIGITAL AUDIO WORKSTATION (DAW):
  • Studio one (Adobe) + Premiere: plug-in iZOTOPE integrato + loudness meter
  • Pro tools (Avid) + Media Composer: migliore
  • Logic (Apple) + Final Cut: compatibilità decente
  • Premiere + Logic: utilizzato in case dove serve fase di post-produzione, non importa bene OMF + AAF
  • Reaper
  • Live (Ableton) + Max/Msp
  • Cubase/Nuendo (Steweberg)
  • Audacity (open source)
  • Vegas
  • Radar
  • HitfilmExpress
  • Bitwieg FL
• PLUG-IN

Effetti sul suono

1. NATIVI: già compresi nelle daws
2. THIRD-PARTY: implementati dall'esterno

VST, WAVES, SONNOXINTERCHANGE FORMAT: OMF, AAF

EQ - EQUALIZZATORI

• permettono di ENFATIZZARE/ATTENUARE determinate bande di frequenze
• BOOST: enfatuazione
• CUT: attenuazione

OBIETTIVI

• filtrare rumori
• cambio timbrica: CHIARO/SCURO
• correzioni timbriche su limitato set di frequenza (selettivo)

COMPRESSIONE

DINAMICA: differenza distanza tra i picchi max/min di un'onda

• DINAMICA ALTA: suono naturale, più respiro, sfumature di volume + volume varia => MIX DIFFICILE
• DINAMICA BASSA: suono strozzato + si sente più il background, volume costante => MIX FACILE
  • COMPRESSORE: comprimere VOLUME oltre una determinata SOGLIA (TRESHOLD) secondo RATIO (rapporto INPUT/OUTPUT) => abbassamento DINAMICA senza distorcere suono
• MAKEUP GAIN: compensa abbassamenti di livello, AUTOMATICO o MANUALE

Operazioni tools