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Ingegneria del suono

1. Teoria del suono1.1. Introduzione1.2. Cos'è il suono1.3. Propagazione del suono nell'aria

1.4. Proprietà del suono1.4.1. Frequenza1.4.2. Periodo1.4.3. Lunghezza d'onda1.4.4. Ampiezza1.4.5. Fase1.4.6. Velocità

1.5. Combinazione di sinusoidi pure1.6. appresentazione tempo ! "requenza1.7. Contenuto armonico di una "orma d'onda1.8. Forme d'onda

1.8.1. #inusoide pura1.8.2. $nda quadra1.8.3. $nda a dente di sega1.8.4. $nda triangolare1.8.5. Ipertoni

1.9. In%iluppo1.10. i"lessione& di""razione& ri"razione& assorbimento

1.10.1. i"lessione1.10.2. i"lessioni all'interno di una stanza1.10.3. i"razione1.10.4. i""razione1.10.5. Assorbimento

2. Percezione del suono2.1. Introduzione

2.2. L'orecchio umano2.2.1. $recchio esterno2.2.2. $recchio medio2.2.3. $recchio interno

2.3. Percezione del suono da parte del cer%ello2.4. (attimenti2.5. Volume e "requenza percepita& distorsione& mascheramento

2.5.1. Volume e "requenza percepita2.5.2. istorsione2.5.3. )ascheramento

2.6. *""etto doppler2.7. *""etto +aas2.8. Cur%e iso"oniche

2.8.1. escrizione delle cur%e iso"oniche2.8.1.1. #oglia di udibilità ,- phons.2.8.1.2. #oglia del dolore ,/0- phons.

2.9. Psicoacustica2.9.1. Ambiente2.9.2. #oppressione della colorazione2.9.3. Illusione dell'otta%a2.9.4. *""etto coc1tail part2

2.10. Localizzazione di una sorgente sonora2.10.1. i""erenze di tempo ,"ase.2.10.2. i""erenze di ampiezza2.10.3. i""erenze nel contenuto armonico

2.11. Fusione binaurale

2.12. Lo spettro delle "requenze udibili3. ecibels

3.1. Introduzione3.2. La scala logaritmica

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3.3. I decibel nel mondo dell'audio3.4. Legge della distanza in%ersa3.5. Combinazione di sorgenti sonore3.6. 3randezze elettriche espresse in decibel

3.7. #tandard $perating Le%el3.8. 2namic ange

3.9. Fonometri3.9.1. )isuratori di d(spl

3.9.2. Vu )eters3.9.3. PP) )eters

4. Fondamenti di elettronica4.1. Introduzione4.2. L'elettricità4.3. Componenti elettronici

4.3.1. esistenza4.3.2. Condensatore4.3.3. Induttore4.3.4. Impedenza4.3.5. iodo

4.3.6. Transistor4.3.7. Ampli"icatore operazionale4.3.8. Tras"ormatore

4.4. Legge di $hm& Potenza& Forza elettromotrice4.4.1. Legge di $hm4.4.2. Potenza4.4.3. Forza elettromotrice

4.5. Circuiti elettrici4.6. Impedenza di un circuito

5. *qualizzatori e Filtri5.1. Introduzione5.2. *qualizzatori

5.2.1. *qualizzatore a campana

5.2.2. *qualizzatore a sca""ale5.2.3. *qualizzatori parametrici5.2.4. *qualizzatore gra"ico5.2.5. *qualizzatori atti%i e passi%i

5.3. Filtri5.3.1. Filtri Passa!(asso e Passa!Alto5.3.1.1. Pendenza5.3.2. Filtro Passa!(anda

6. egistratori Analogici6.1. Introduzione6.2. Funzionamento dei registratori analogici6.3. Criteri per la progettazione6.4. )odalità di "unzionamento6.5. Particelle magnetiche6.6. 3randezze caratteristiche del magnetismo6.7. Caratteristica di tras"erimento di un nastro magnetico6.8. Ciclo di Isteresi6.9. Isteresi di un nastro magnetico in mo%imento6.10. Corrente di bias6.11. )essa a punto6.12. Considerazioni "inali

7. *""etti e processori di segnale7.1. Introduzione7.2. i%erbero7.3. ela2

7.4. Phaser7.5. Flanger7.6. Chorus

7.7. Pitch #hi"ter

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7.8. Tremolo7.9. Vibrato7.10. istorsore7.11. *4citer

7.12. 5ah!5ah7.13. Vocoder

7.14. Compressore7.14.1. Ingresso #idechain7.14.2. Cur%e di compressione7.14.3. isposta del compressore al segnale di ingresso7.14.4. Compressore con punto di rotazione7.14.5. Compressore multibanda

7.15. 6tilizzo del compressore7.16. e!esser7.17. Limiter7.18. 3ate7.19. *4pander

8. Connessioni& ca%i e connettori8.1. Introduzione

8.2. Connessioni $ttiche8.3. Connessioni *lettriche

8.3.1. Connessioni *lettriche #bilanciate8.3.2. Connessioni *lettriche (ilanciate8.3.3. istorsione sulle connessioni elettriche

8.4. Connettori9. #istemi di di""usione sonora

9.1. Introduzione9.2. Il principio di "unzionamento 

9.3. Frequenza di risonanza di un altoparlante9.4. *""icienza di un altoparlante9.5. #ensibilità e potenza massima

9.5.1. #ensibilità di un altoparlante

9.5.2. Potenza massima applicabile9.6. Impedenza di un altoparlante9.7. isposta in "requenza9.8. iagramma polare di un altoparlante9.9. #ub7oo"er& 7oo"er& midrange& t7eeter9.10. Altoparlanti piezoelettrici9.11. i""usori

9.11.1. Il crosso%er9.12. Tipi di cassa acustica

9.12.1. (ass re"le4 

9.12.2. Cono passi%o 

9.12.3. Tromba retroatti%a10. )icro"oni e tecniche di micro"onaggio

10.1. Introduzione 

10.2. )icro"ono elettrodinamico10.3. )icro"ono a condensatore 

10.4. )icro"ono a cristallo piezoelettrico10.5. )i cro"oni a nastro ,ribbon.10.6. iagramma polare di un micro"ono10.7. )icro"oni omnidirezionali10.8. )icro"oni unidirezionali10.9. )icro"oni a gradiente di pressione10.10. )icro"oni a condensatore a doppio dia"ramma10.11. )icro"oni P8)10.12. )icro"oni speciali9 shotgun e parabolico

10.12.1. #hotgun10.12.2. Parabolico10.13. 3randezze elettriche speci"iche dei micro"oni

10.13.1. umore interno

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10.13.2. istorsione10.13.3. #ensibilità

10.14. Tecniche di micro"onaggio stereo9 Introduzione10.14.1. Tecniche di micro"onaggio stereo9 )icro"oni coincidenti10.14.2. Tecnica (lumlein10.14.3. Tecnica :;

10.14.4. Tecnica )#10.15. Tecniche di micro"onaggio stereo9 )icro"oni %icini

10.15.1. Tecnica $TF10.15.2. Tecnica <$#10.15.3. Tecnica $##

10.16. Tecniche di micro"onaggio stereo9 )icro"oni lontani10.16.1. Tecnica A(

10.17. )icro"onaggio di strumenti musicali11. Lo studio di registrazione

11.1. Introduzione11.2. #chema di uno studio di registrazione11.3. Il mi4er da studio11.4. )i4er9 i canali

11.5. )i4er9 i gruppi11.6. )i4er9 la master section11.7. Il rac1 e""etti11.8. Il registratore& il computer& i monitor

11.8.1. I l registratore11.8.2. Il computer11.8.3. I monitor

11.9. La Patch(a212. $perare nello studio di registrazione

12.1. Introduzione12.2. La registrazione12.3. 6tilizzo delle mandate ausiliarie in "ase di registrazione12.4. Il bouncing

12.5. Il missaggio12.6. 6tilizzo dei gruppi in "ase di missaggio12.7. Ascolto di un mi412.8. 6tilizzo delle mandate ausiliarie in "ase di missaggio12.9. Calibrazione dei li%elli12.10. La masterizzazione

13. #uono li%e13.1. Introduzione13.2. escrizione dell'attrezzatura13.3. Catena del mi4er di palco13.4. Catena del mi4er di sala

13.5. Il mi4er13.6. Le torri di ritardo

13.6.1. in"orzo sonoro13.7. )essa a punto dell'attrezzatura13.8. Il soundchec113.9. Il concerto13.10. L'e""etto Larsen

14. Ampli"icazione14.1. Introduzione14.2. La catena di ampli"icazione14.3. L'ampli"icatore14.4. Potenza erogata14.5. Cur%a di ampli"icazione14.6. istorsione da saturazione

14.7. Altre cause di distorsione14.8. isposta in "requenza14.9. Impedenza di ingresso e di uscita14.10. C aratteristiche degli ingressi

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14.11. Caratteristiche delle uscite14.12. Apli"icazione9 I (o4

15. Acustica degli ambienti15.1. Introduzione15.2. Ambienti ristretti15.3. )odi di risonanza

15.4. Comportamento dei modi assiali15.5. Considerazioni sui modi di risonanza all'interno di un ambiente chiuso15.6. Tempo di ri%erbero di un ambiente15.7. Coe""iciente di assorbimento15.8. Coe""iciente di ri"lessione15.9. Tecniche di assorbimento del suono15.10. Pannelli acustici passi%i15.11. Pannelli acustici atti%i15.12. T ecniche di di""usione del suono15.13. Criteri per la progettazione di studi di registrazione15.14. #ala di regia L**15.15. Criteri di misurazione del rumore di "ondo15.16. Ambienti estesi

15.17. Ambienti estesi9 tempo di ri%erberazione15.18. Ambienti estesi9 assorbimento& ri"lessione e e""etti indesiderati

15.18.1. Assorbimento15.18.2. Assorbimento dell'aria15.18.3. *""etti indesiderati

16. umore16.1. Introduzione16.2. umore a banda stretta

16.2.1. +VAC16.2.2. *missioni elettromagnetiche 

16.2.3. Inter"erenze16.2.4. Vibrazioni

16.3. umore a banda larga

16.3.1. umore termico16.3.2. umore bianco16.3.3. umore rosa16.3.4. umore marrone

16.4. istorsione e distorsione Armonica Totale16.5. iduzione del rumore

16.5.1. iduzione del rumore a banda stretta16.5.2. iduzione delle inter"erenze elettromagnetiche16.5.3. iduzione del rumore a banda larga

16.6. #istemi di riduzione del rumore16.7. iduzione del rumore9 olb2 A16.8. iduzione del rumore9 Altri sistemi olb2

16.8.1. olb2 (16.8.2. olb2 C16.8.3. olb2 # 16.8.4. olb2 #

16.8.5. olb2 +:16.8.6. olb2 +: Pro

16.8.7. Altri sistemi di < 17. #incronizzazione

17.1. Introduzione17.2. Cos'è un timecode17.3. Il timecode #)PT*17.4. Timecode #)PT*9 registrazione del segnale17.5. Timecode #)PT*9 il "ormato dei "rame

17.6. )TC ! )II Time Code18. Audio digitale18.1. Introduzione18.2. Algebra binaria

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18.3. Campionamento18.4. =uantizzazione18.5. umore di quantizzazione18.6. inamica18.7. Circuito di quantizzazione18.8. Fisica ideale e "isica reale

18.9. #o%racampionamento18.10. Con%ersione igitale>Analogico18.11. #chema complessi%o dell'operazione di campionamento18.12. )anipolazione del segnale Audio digitale18.13. #imulazione di e""etti analogici18.14. Compressione del segnale audio18.15. Compressione di dati audio18.16. Considerazioni sulla compressione di dati audio18.17. +ard isc ecording18.18. egistrazione e mi4aggio digitale18.19. Caratteristiche della scheda audio

19. #upporti sonori digitali19.1. Introduzione

19.2. #upporti digitali magnetici19.2.1. #upporti a testina rotante19.2.2. #upporti a testina "issa

19.3. #u pporti ottici19.3.1. Trac1ing19.3.2. #tampa di C19.3.3. Formato dei dati su C19.3.4. e"inizione dei di%ersi "ormati di C9 i 3ro%ening (oo1s19.3.5. Il V

19.4. #upporti magneto!ottici19.4.1. Il )iniisc

20. Il protocollo )II20.1. Introduzione

20.2. #p eci"iche del protocollo20.3. Con"igurazioni di sistemi )II

20.3.1. ais2 chaining20.3.2. ais2 chaining con un sequencer

20.3.3. Con"igurazione con )II Thru #plitter (o420.3.4. Inter"acce estese

20.4. )essaggi )II

20.4.1. Channel %oice messages20.4.2. Channel mode messages20.4.3. #2stem messages

20.4.3.1. #2stem common20.4.3.2. #2stem real time20.4.3.3. #2stem *4clusi%e

20.5. 3eneral )II21. Audio ?

21.1. Introduzione21.2. Il sistema #urround

21.3. olb2 motion picture matri4 encoder

21.3.1. Codi"ica

21.3.2. ecodi"ica21.3.3. Caratteristiche della codi"ica olb2 )otion Picture )atri4

21.4. olb2 prologic e dolb2 digital21.4.1. )issaggio in olb2 Pro!Logic con un normale mi4er

21.5. iepilogo dei principali sistemi #urround21.6. Tecniche di registrazione e riproduzione binaurale

21.6.1. Tecniche di registrazione binaurale21.6.2. Tecniche di riproduzione binaurale21.7. =! #ound21.8. ## ! oland #ound #pace s2stem

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21.9. Ambisonics

A. 3randezze "isicheB. 3eneral )II ! #peci"iche del "ormato

B.1. #peci"iche degli strumenti standardB.2. #peci"iche degli strumenti di percussione

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1. Teoria del suono

#ommario

1.1. Introduzione 1.2. Cos'è il suono 1.3. Propagazione del suono nell'aria 1.4. Proprietà del suono 

1.4.1. Frequenza 1.4.2. Periodo 1.4.3. Lunghezza d'onda 1.4.4. Ampiezza 

1.4.5. Fase 1.4.6. Velocità 

1.5. Combinazione di sinusoidi pure 1.6. appresentazione tempo ! "requenza 1.7. Contenuto armonico di una "orma d'onda 1.8. Forme d'onda 

1.8.1. #inusoide pura 1.8.2. $nda quadra 1.8.3. $nda a dente di sega 1.8.4. $nda triangolare 1.8.5. Ipertoni 

1.9. In%iluppo 

1.10. i"lessione& di""razione& ri"razione& assorbimento 1.10.1. i"lessione 1.10.2. i"lessioni all'interno di una stanza 1.10.3. i"razione 1.10.4. i""razione 1.10.5. Assorbimento 

1.1. Introduzione 

Questa sezione introduce il suono come entità fisica e ne illustra le proprietà principali. Verrà inoltrefatta una panoramica dei suoni elementari e delle loro caratteristice ce sono alla !ase di tutti i

suoni complessi. "nfine #errà descritto il comportamento del suono $uando intera%isce con ostacolice si tro#ano lun%o la sua direzione di propa%azione.

1.2. Cos'è il suono 

&na prima definizione ce possiamo dare ' ce $uello ce noi percepiamo come suono ' una#ariazione( rispetto ad un #alore costante( nella pressione dell)aria. Quando $uesta #ariazione #ieneripetuta ciclicamente un certo numero di #olte in un inter#allo di tempo( ce definiremo me%lio inse%uito( percepiamo un suono. *ffinc' un suono si possa propa%are a !iso%no di un mezzo ce lotrasporti+ l)aria ' uno di $uesti in $uanto le sue particelle( come #edremo( si trasmettono l)un l)altra

la #i!razione %enerata dalla sor%ente sonora e la propa%ano nello spazio. Questo si%nifica ce$ualsiasi mezzo( solido( li$uido o %assoso ce sia( ' in %rado di trasportare il suono( influendo sulla

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sua #elocità a seconda della sua densità. ,ome mezzo di riferimento per i nostri esempiconsidereremo l)aria essendo $uello con cui a#remo a ce fare nei casi pratici.

1.3. Propagazione del suono nell'aria 

"l suono si propa%a nell)aria mediante collisioni multiple tra particelle. ,onsideriamo di a#ere unaltoparlante e sia $uesto la nostra sor%ente sonora. "l ma%nete si muo#e a#anti e indietro se%uendol)ampiezza del se%nale elettrico ce #iene applicato all)induttore su cui si appo%%ia -per unadetta%liata descrizione rimanda alla sezione relati#a a%li altoparlanti #istemi di di""usione sonora / .,os facendo sposta delle particelle d)aria comprimendole prima e dilatandole poi

Compressione ,C@compression. e dilatazione ,@rare"action. di particelle nell'aria

e%uiamo la propa%azione del suono a partire dalla sor%ente sonora -l)altoparlante( per fissare leidee supporremo ce prima a##en%a una compressione #erso destra( poi una dilatazione #ersosinistra

)o%imento di un altoparlante

)altoparlante si muo#e e spin%e le particelle d)aria ce si tro#ano alla sua destra -fase a operandouna compressione. Queste( a loro #olta #anno a spin%ere le particelle ce sono a loro #icine etrasferiscono loro l)ener%ia ce anno rice#uto l)altoparlante. "n se%uito l)altoparlante torna indietro

ed ese%ue una compressione nel #erso opposto o##ero una dilatazione #erso sinistra -fase ! e nelfare ci crea una depressione da#anti a se ce #iene colmata dalle particelle d)aria ce si tro#anonelle immediate #icinanze. Queste particelle ce si muo#ono creano a loro #olta una depressione allaloro destra e cos #ia. Questo procedimento fa s ce la particelle trasmettano l)ener%ia oscillando enon muo#endosi fisicamente nella direzione di propa%azione del suono. otrete facilmentecon#incer#i di $uesto pensando ad un tappo di su%ero in uno speccio d)ac$ua in cui tirate un sasso.Vedrete ce il tappo oscilla su e %i man mano ce l)onda %enerata dal sasso si propa%a ma rimaneimmo!ile rispetto alla direzione di propa%azione dell)onda. e l)altoparlante ' pilotato da un se%nalesinusoidale( la pressione atmosferica nelle sue #icinanze a#rà l)andamento descritto dalla fi%urase%uente

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Andamento sinusoidale della pressione atmos"erica

1.4. Proprietà del suono 

el para%rafo precedente si ' #isto come l)andamento della pressione atmosferica in corrispondenzadi un altoparlante in azione possa essere #isualizzato come una forma d)onda. e forme d)ondapossono arri#are ad essere molto complicate ma per fortuna tutte( e dico tutte( possono essereconsiderate come un)estensione di una forma d)onda molto semplice la sinusoide( espressa nella suaforma pi %enerica dalla se%uente formula

$uazione 1.1. $uazione della sinusoide

a fi%ura se%uente mostra il %rafico di una sinusoide

3ra"ico di una sinusoide

a sinusoide a una serie di proprietà

1. :re$uenza -f2. eriodo -;

3. un%ezza d)onda -<

4. *mpiezza -*

5. :ase -=

6. Velocità -#

1.4.1. Frequenza

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) letteralmente il numero di cicli ce #en%ono compiuti dall)onda in un secondo do#e un ciclo siintende composto da una semionda positi#a e una semionda ne%ati#a. Viene misurata in >z1?sec/(un)onda di fre$uenza pari a 1>z compie un ciclo o%ni secondo. a fi%ura se%uente mostra unasinusoide di fre$uenza pari a 5 @>z

#inusoide di "requenza +z

1.4.2. Periodo

A il tempo impie%ato per compiere un ciclo completo. Vale la relazione

$uazione 1.2. eriodo di una sinusoide

a fi%ura se%uente mostra la durata del periodo di una sinusoide

Periodo di una sinusoide

1.4.3. Lunghezza d'onda

Befinita come la distanza tra due punti corrispondenti -per esempio due massimi successi#i lun%o laforma d)onda. "l suo #alore pu essere calcolato a partire dalla formula se%uente

$uazione 1.3. un%ezza d)onda di una sinusoide

do#e

c C #elocità del suono nel mezzo ce si sta considerando -nell)aria ' 344 m?sec.

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er cominciare ad a#ere un)idea delle dimensioni ce #en%ono tirate in !allo possiamo considerareun)onda di fre$uenza 1>z ce #ia%%ia nell)aria. er la formula di prima a#remo ce

$uazione 1.4. ,alcolo della lun%ezza della #elocità del suono a#ente unDonda di 1>z( nellDaria

cio' o%ni ciclo l)onda si estende per 344 m( due stadi da calcioEE -,ome #edremo l)oreccio umanocomincia a percepire suoni di fre$uenza superiore ai 20F30>z $uindi lun%ezze d)onda di 15F18metri.

a fi%ura se%uente mostra la lun%ezza d)onda di una sinusoide

Lunghezza d'onda di una sinusoide

1.4.4. Ampiezza

) la misura dello scostamento massimo dalla posizione di e$uili!rio. *mpiezze ma%%ioricorrispondono a #olumi pi alti. sistono due tipi misura delle ampiezze. a prima ' una misura ditipo assoluto ed ' detta ampiezza di picco. Questa misura effetti#amente il punto in cui l)onda aampiezza massima. a seconda ' una misura sull)ampiezza come #iene percepita dall)oreccio. iparla in $uesto caso di ampiezza efficace -GH( Goot Hean $uare( in formule

$uazione 1.5. *mpiezza efficace

a fi%ura se%uente mostra l)ampiezza di una sinusoide

Ampiezza di una sinusoide

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1.4.5. Fase

Questa %randezza ' sempre una relazione tra due forme d)onda. er capire $uesto concetto occorrespie%are come #iene costruita una forma d)onda sinusoidale. er fare ci faremo riferimento allafi%ura se%uente

3ra"ici "ase

"mma%iniamo ce il punto * si muo#a lun%o la circonferenza in senso antiorario a partire dal punto a0 %radi. e I ' l)an%olo a#remo ce i se%menti proiezione del punto * su%li assi J e K sarannorispetti#amente

$uindi $uello ce #edete nel %rafico -a non ' altro ce la lun%ezza della proiezione del punto *sull)asse delle ordinate -K al #ariare dell)an%olo. "mma%inate ora di far ruotare il punto * in sensoorario( la sua proiezione sulle K sarà all)inizio ne%ati#a e a#rà l)andamento della fi%ura -!. Lrapossiamo dare un)altra interpretazione della fre$uenza dicendo ce sarà il numero di #olte ce ilpunto * compie un %iro completo in un secondo. )ampiezza massima si a#rà sempre a 90o indipendentemente dalla fre$uenza( pi in %enerale possiamo dire ce la fase non dipende dallafre$uenza. )e$uazione ce le%a la fase al tempo '

$uazione 1.6. Gelazione tra fase e tempo

*sempio /B/B Legame tra ritardo e "ase

er dare un esempio della sua utilità possiamo calcolare il ritardo necessario affinc' due sinusoidi difre$uenza 100>z arri#ino sfasate di 90o

ostituiamo i #alori nell)e$uazione e risol#iamo

$uazione 1.7. ,alcolo del ritardo tra due sinusoidi

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1.4.6. Veloci!

i ' accennato ce la #elocità del suono nell)aria ' di circa 344m?s. i il mezzo ' denso( pi il suonosi propa%a #elocemente e #edremo me%lio nel se%uito come $uesto fatto sia alla !ase del fenomenodella rifrazione i"razione / . &n suono ce si propa%a all)interno di un mezzo a una #elocità dipropa%azione ce dipende dalle caratteristice del mezzo stesso. L%ni mezzo a una sua tipica#elocità del suono calcolata ad una temperatura costante di 23.24 o,. Questo ser#e come #alore diriferimento in $uanto al #ariare della temperatura( #ariano le caratteristice del mezzo e dun$ue la#elocità del suono al suo interno. Quando un mezzo #iene riscaldato( alle sue particelle #ienetrasferita ener%ia cinetica. Quando #en%ono in contatto con un fronte d)onda( le particelle del mezzorispondono pi prontamente alla sollecitazione e trasmettono dun$ue l)ener%ia sonora rice#uta pi#elocemente. ,i si traduce nella ma%%iore #elocità del suono nel mezzo. Hediamente si riscontra unaumento -diminuzione di #elocità di 0.6 m?s per o%ni incremento -decremento di un %rado , dellatemperatura del mezzo.

1.5. Combinazione di sinusoidi pure 

a sinusoide ' la forma d)onda pi semplice ce possiamo imma%inare( e come tale ance la menointeressante dal punto di #ista dell)estetica del suono.

,erciamo allora di complicare un po) le cose per renderle pi interessanti. i ' detto di come$ualsiasi forma d)onda sia riconduci!ile ad una com!inazione -somma di sinusoidi con opportunaampiezza e fase. Questa ' stata la straordinaria scoperta fatta dal matematico francese MeanNaptiste :ourier -1768 F 1830 ,omun$ue( partiamo dal principio. rendiamo due forme d)onda infase. e ricordate l)esempio del puntino ce %ira lun%o la circonferenza in senso antiorario pensate adue forme d)onda %enerate da due punti ce partono allo stesso istante e #anno alla stessa #elocità

#omma e di""erenza di sinusoidi

Vediamo ce la somma delle due ' una sinusoide di ampiezza doppia rispetto alle due precedenti. *li#ello di audio ce succedeO entiamo un suono alla stessa fre$uenza delle due onde componenti mal)ampiezza doppia fa si ce il #olume sia pi alto. Bi $uantoO on del doppio( un po) meno ma di$uesto parleremo pi a#anti.

,osa succede se sommiamo due forme d)onda in controfase -pensate ai soliti due punti( uno %irerà insenso orario( l)altro in senso antiorarioO on a#ete !iso%no di una risposta...

*ncora troppo sempliceO Va !ene( prendiamo due forme d)onda sfasate di 90 %radi con di#ersafre$uenza -una doppia dell)altra. "l suono se%uente consiste in una sinusoide di fre$uenza pari a 1@>z e una fase di 0o

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"inusoide #$%1 &z( )%*o+ #,raccia 1+

"l suono se%uente in#ece consiste in una sinusoide di fre$uenza doppia rispetto alla precedente( ossiapari a 2 @>z( e a#ente una fase iniziale di 90o

"inusoide #$%2 &z( )%-*o+ #,raccia 2+

" %rafici delle due forme d)onda sono confrontati nella fi%ura se%uente

Con"ronto tra sinusoidi

,ome detto( una caratteristica dei suoni ' ce possono essere sommati senza interferire l)uno conl)altro. ommando i due suoni precedenti otteniamo un nuo#o suono in cui ' possi!ile distin%uereciaramente le due componenti sommate

"inusoide somma di 1 &z *o/0 2 &z -*o/ #,raccia 3+

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Questa nuo#a forma d)onda a l)andamento mostrato nella fi%ura se%uente ottenuto come sommadelle due sinusoidi componenti

#omma di due sinusoidi

1.6. appresentazione tempo ! "requenza 

Questa ' forse la parte pi importante per capire a fondo la natura di un suono. a trattazionematematica di $uesto ar%omento pu di#entare molto complessa( $ui ci !asterà accennare ai dettamifondamentali tralasciando i ri%ori imposti dalla di#ul%azione scientifica.

" %rafici ce a!!iamo #isto finora erano del tipo *mpiezzaF;empo ossia descri#e#ano l)andamentodell)ampiezza al #ariare del tempo. ,onsideriamo ora un di#erso approccio alla $uestione e #ediamocome sia possi!ile rappresentare l)ampiezza in funzione della fre$uenza.

el caso di una sinusoide pura di e$uazione KC* sin-2Pft possiamo senz)altro dire ce sia lafre$uenza f ce l)ampiezza * sono costanti. allora in un dia%ramma *mpiezzaF:re$uenza( unasinusoide di ampiezza * e fre$uenza f la rappresentiamo come in fi%ura mentre le due sinusoididell)esempio precedente a#ranno una rappresentazione come nella fi%ura ce se%ue

6na rappresentazione Tempo ! Frequenza

Bun$ue una sinusoide ' rappresenta!ile( in un dia%ramma *mpiezzaF:re$uenza( come un se%mento dilun%ezza pari all)ampiezza della sinusoide e posizionata sulla sua fre$uenza -$uesta frase fare!!e

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inorridire $ualsiasi fisico ma come %ià detto in $uesta sede non siamo interessati ai ri%ori scientifici$uanto piuttosto alla comprensione %enerale dei fenomeni.

Lra mettiamo insieme tutte $ueste cose. "mma%iniamo un suono complesso cio' composto da tutte lesinusoidi da 20>z a 20@>z - $uesto ' pi o meno l)inter#allo delle fre$uenze udi!ili dall)oreccioumano( $uindi dal nostro punto di #ista sono le unice fre$uenze ce ci interessano. ,onsideriamoun se%nale sonoro complesso come $uello mostrato nella fi%ura se%uente

Andamento in tempo di un segnale sonoro complesso

"l suo spettro di fre$uenza #arierà continuamente nel tempo e se imma%iniamo di )foto%rafare) lospettro in un determinato istante a#remo su un dia%ramma *mpiezzaF:re$uenza il se%uente tipo di%rafico

#pettro di "requenza di un segnale sonoro complesso

&n suono non sta mai fermo ma #aria continuamente nel tempo. ,i si%nifica ce o%ni sinusoidecomponente #aria la sua ampiezza e dun$ue #aria ance la forma del %rafico dello spettro. Questospie%a cosa si #ede $uando si osser#a un analizzatore di spettro con tutti $uei B ce sem!ranoimpazziti. Vi sta mostrando l)ampiezza delle sinusoidi. Questo spie%a ance cosa fa un e$ualizzatore%rafico *qualizzatore gra"ico / ( amplifica o attenua -aumenta o diminuisce l)ampiezza delle sinusoidi.)inter#allo 20>zF20@>z ' un inter#allo continuo $uindi in un e$ualizzatore o%ni cursore controlla una!anda di fre$uenze( pi aumentano i cursori pi le !ande sono strette( nel caso ideale di infiniticursori( o%ni cursore controlla l)ampiezza di una sin%ola fre$uenza o me%lio della sinusoide a $uellafre$uenza

1.7. Contenuto armonico di una "orma d'onda 

Quanto detto finora ' riferito alla sinusoide come tassello fondamentale per mezzo del $ualecostruire il resto della realtà sonora. &n aspetto ce contri!uisce non poco a caratterizzare un suonosono le sue armonice. er illustrare $uesto concetto con#iene riferirsi ad un caso pratico ance percominciare un po) ad uscire dalle trattazioni puramente teorice e cominciare a #edere in praticacosa si%nificino $uesti discorsi. ,onsideriamo allora cosa succede $uando la $uinta corda di unacitarra #iene pizzicata da un citarrista. Biremo tutti ce il citarrista sta ese%uendo un a mafisicamente( cosa succedeO

a corda si ' messa ad oscillare ad una fre$uenza di 440>z. Ha allora com)' ce non suona come unasemplice sinusoide di fre$uenza pari a $uella ma suona con il suono di una citarraO a rispostacomprende una serie di ra%ioni ce si ciariranno #ia #ia. icuramente il contenuto armonico della

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nota suonata dal citarrista non ' u%uale a $uello di una semplice sinusoide. Quando una nota #ienesuonata su uno strumento #iene sicuramente %enerata la fre$uenza corrispondente alla nota ce#iene ciamata armonica fondamentale e insieme a $uesta #en%ono %enerate le armonice cio' tuttii multipli interi di $uella fre$uenza con ampiezza #ia #ia decrescente. el caso del a #en%ono%enerate le sinusoidi

• 440 >z *rmonica :ondamentale -prima armonica• 880 >z econda *rmonica

• 1320 >z ;erza *rmonica

• ... ... ...

• n440 >z nFesima *rmonica

Questo comportamento deri#a dal fatto ce la corda pizzicata dal citarrista non oscilla solo allafre$uenza fondamentale ma ance alle fre$uenze armonice secondo la fi%ura se%uente

$scillazioni armoniche di una corda in %ibrazione

a prima armonica ' detta ance fondamentale e caratterizza la nota ce effetti#amentepercepiamo( notiamo ce ' $uella ce a ampiezza ma%%iore. a seconda armonica ' ad unafre$uenza doppia rispetto alla fondamentale( ci si%nifica ce la corda sta #i!rando come in fi%uraso#rapponendo $uesta #i!razione a $uella fondamentale.

e state le%%endo $uesto testo non do#reste essere completamente di%iuni di nozioni musicali edun$ue do#reste sapere ce $uando si a%%iun%e un)otta#a ad una nota si ritro#a la stessa nota dipartenza( nel nostro caso un a -o##iamente pi acuta( se non siete con#inti di $uesto pro#atelo suun pianoforte. Bun$ue la seconda armonica ' la stessa nota della fondamentale e a%%iun%e calore alsuono. a terza armonica non ' pi un a e dun$ue contri!uisce ad arriccire il suono.

Balla fi%ura potete #edere come #en%ano %enerate le armonice successi#e e notare come l)ampiezzadi $ueste diminuisca all)aumentare della fre$uenza dell)armonica. "n altre parole( se una corda dicitarra #iene pizzicata( le armonice ce contri!uiscono al suono in modo rile#ante sono unadecina. e ampiezze delle armonice successi#e rispetto all)ampiezza della fondamentale di#entanotrascura!ili. i pu notare ance come al centro della corda si a!!ia una pre#alenza di !assefre$uenze mentre ai lati pre#al%ano le alte. Questo ' molto importante per esempio nel piazzamentodei microfoni se dal rullante di una !atteria #olessimo un suono composto da alte fre$uenzepunteremo il microfono #erso il !ordo mentre se #olessimo un suono in cui pre#al%ano i !assipunteremo il microfono #erso il centro.

Rli amplificatori per citarra possono essere #al#olari o a transistor e tro#erete sostenitori accanitisia del primo ce del secondo tipo a causa del di#erso suono ce essi %enerano. " transistor tendonoad enfatizzare la terza armonica mentre le #al#ole enfatizzano la seconda e ora potete capire perc'$uesto influisca in modo cos sostanziale sul suono.

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1.8. Forme d'onda 

1..1. "inusoide pura

A stata ampiamente descritta nei para%rafi precedenti. Viene percepita come un tono di fre$uenzapari alla fre$uenza della sinusoide. A facilmente %enera!ile elettronicamente e #iene spesso usatacome strumento di test.

ei para%rafi precedenti sono stati %ià illustrati l)andamento e il suono prodotto noncS le di#erseproprietà ce la caratterizzano Proprietà del suono / .

1..2. nda quadra

i presenta come in fi%ura

$nda quadra

,ome #ediamo( il contenuto armonico dell)onda $uadra ' composto dalle sole armonice dispari.)ampiezza decresce con un andamento di tipo 1?f. Questo in #ia empirica si%nifica ce la secondaarmonica -$uella ce a fre$uenza tripla della fondamentale( $uella a fre$uenza doppia non 'presente a ampiezza pari a 1?3 della fondamentale( la terza pari a 1?5 e cos #ia.

Bi se%uito #en%ono presentati i suoni di un)onda $uadra( una alla fre$uenza di 440 >z -e$ui#alentealla nota musicale a e una alla fre$uenza di 1 @>z

nda quadra $%44* z/ #,raccia 4+

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nda quadra $%1 &z/ #,raccia 5+

1..3. nda a dene di sega

$nda a dente di sega

ell)onda a dente di se%a sono presenti tutte le armonice( l)ampiezza di o%ni armonica ' pari allametà dell)armonica precedente.

Bi se%uito #en%ono presentati i suoni di un)onda a dente di se%a( una alla fre$uenza di 440 >z-e$ui#alente alla nota musicale a e una alla fre$uenza di 1 @>z

nda a dene di sega $%44* z/ #,raccia 6+

nda a dene di sega $%1 &z/ #,raccia +

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1..4. nda riangolare

$nda triangolare

>a un contenuto armonico molto simile a $uello dell)onda $uadra. a differenza ' ce le ampiezzedecrescono con un andamento del tipo 1?f2.

Bi se%uito #en%ono presentati i suoni di un)onda trian%olare( una alla fre$uenza di 440 >z-e$ui#alente alla nota musicale a e una alla fre$uenza di 1 @>z

nda riangolare $%44* z/ #,raccia +

nda riangolare $%1 &z/ #,raccia -+

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1..5. peroni

a differenza fondamentale con le armonice ' ce %li ipertoni non anno nessuna relazione con lafre$uenza fondamentale mentre le armonice sono multiple di $uesta.

Rli ipertoni dipendono fortemente dallo strumento ce li a %enerati e contri!uiscono acaratterizzare il suono ance se anno ampiezza minore delle armonice.

1.9. In%iluppo 

,on $uesto termine si intende l)andamento dell)ampiezza di un suono dal momento in cui #iene%enerato a $uando si estin%ue. er introdurre $uesto concetto con#iene considerare un esempiopratico. "l pi elo$uente ' $uello di uno strumento a corda( per esempio una citarra.

Bun$ue $uando il citarrista ese%ue una nota( percepiamo un primo impatto sonoro( poi piano pianola nota si estin%ue. )andamento dell)ampiezza della nota suonata #iene ciamato in#iluppo *BG-acronimo delle parole*ttacT( BecaK( ustain( Gelease. "n italiano *ttacco( Becadimento(

ostenuto( Gilascio e a uno scema ce pu essere applicato a $ualsiasi suono e strumento.

Bescri#iamo le $uattro fasi nel detta%lio

•  Attack )ampiezza ra%%iun%e molto rapidamente il suo #alore massimo• Decay  Bopo l)attacco( parte dell)ener%ia iniziale #iene persa e l)ampiezza diminuisce.

• Sustain )ampiezza mantiene un li#ello $uasi costante per un certo tempo.

• Release *mplitude !e%ins to decrease a%ain until it disappears

Bi se%uito #ediamo un esempio di in#iluppo *BG la forma d)onda di un suono #iene circoscritta dauna cur#a ce descri#e l)andamento dell)ampiezza e ce in matematica prende il nome di inviluppo.Bata la simmetria della forma d)onda( se ne considera( ai fini della #alutazione dell)in#iluppo( la solaparte positi#a

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In%iluppo A#

ella fi%ura #iene ance e#idenziato il fatto ce la parte iniziale del suono a un ma%%ior contenutodi alte fre$uenze ce sono poi le prime ad estin%uersi. Reneralmente nella fase di sustain il

contenuto di alte fre$uenze si ' attenuato mentre continuano ad essere presenti le !asse fre$uenze.Bi se%uito #iene riportato il suono %enerato dalla $uinta corda di una citarra acustica -a e la sua#isualizzazione in tempo.

oa La suonaa da chiarra acusica #,raccia 1*+

i pu indi#iduare a!!astanza facilmente l)in#iluppo *BG.

In%iluppo A#

,ome detto $uesto scema ' applica!ile alla ma%%ior parte de%li strumenti musicali e dei suoni in%enerale( ci ce #aria ' la durata della #arie fasi. er esempio( un rullante a#rà tempi di *ttacT eBecaK molto !re#i. &n #iolino sarà contraddistinto da una fase *ttacTFBecaK molto pi lun%a.

Reneralmente la fase *ttacTFBecaK ' la pi importante per caratterizzare un suono tanto ce nelle

moderne tecnice di sintesi si preferisce %enerare la parte *ttacTFBecaK con dei campioni reali dellostrumento da riprodurre e %enerare la parte di ustain e Gelease in modo sintetico. Questo a undoppio o!!ietti#o. Ba una parte fare s ce lo strumento sintetico somi%li il pi possi!ile a $uelloreale e dall)altra a#ere un controllo sulle caratteristice dello stesso. er esempio una simulazione di

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#i!rato ' otteni!ile in modo molto semplice su un suono sintetico mentre risulta un)operazionea!!astanza complicata da realizzare su un suono campionato.

1.10. i"lessione& di""razione& ri"razione& assorbimento 

"n $uesta sezione #iene descritto il comportamento del suono $uando intera%isce con de%li ostacoli.Reneralmente il materiale di cui ' composto l)ostacolo e le sue dimensioni condizionano la naturadell)interazione al pari del contenuto di fre$uenze del suono ce si sta considerando.

" comportamenti ce #erranno presi in esame #al%ono per le onde in %enerale ance se noi lecontestualizzeremo all)am!ito del suono. *nalizzeremo nell)ordine

• Giflessione• Biffrazione

• Gifrazione

• *ssor!imento

1.1*.1. i$lessione

rendiamo come riferimento la fi%ura in cui #iene mostrata un)onda -sonora ce incide su unasuperficie e #iene riflessa. A importante a#ere !en presente ce i fronti d)onda %enerati dallecompressioni e dalle dilatazioni sono perpendicolari alla direzione di propa%azione dell)onda

i"lessione

&n)onda ce incide su una superficie piana con un an%olo di incidenza I -tra la normale allasuperficie e la direzione di propa%azione dell)onda #iene riflessa con un an%olo di riflessione pari adI. "n fi%ura #ediamo il caso di una superficie piana e $uello di una superficie conca#a in cui tutti ira%%i riflessi con#er%ono #erso il fuoco della superficie cur#a -per saperne di pi sul fuocorimandiamo a $ualsiasi testo di %eometria( $ui !asterà dire ce in una circonferenza o in una sfera sepensiamo in 3B il fuoco coincide con il centro. e superfici conca#e #en%ono e#itate in acustica in$uanto tendono a concentrare il suono in un preciso punto creando distri!uzioni sonore disomo%enee.Ven%ono in#ece utilizzate per la costruzione di microfoni direzionali in $uanto consentono diamplificare se%nali ance molto de!oli.

Vice#ersa le superfici con#esse anno la proprietà di diffondere il suono e dun$ue sono ampiamenteusate per mi%liorare l)acustica de%li am!ienti. Quando un)onda si riflette su una superficie con#essa(il prolun%amento dell)onda riflessa passa per il fuoco della superficie.

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1.1*.2. i$lessioni all'inerno di una sanza

i"lessioni all'interno di una stanza

Quando un suono si propa%a in una stanza( di cui a!!iamo rappresentato una sezione #ista dall)altonella fi%ura precedente( ra%%iun%e l)ascoltatore in di#ersi modi. "l primo se%nale ce arri#aall)ascoltatore ' ance il pi forte ed ' $uello diretto ossia $uello ce compie il percorso minore trasor%ente sonora e ascoltatore. Bopo il se%nale diretto arri#ano( con un !re#e sfasamento( i se%nalice anno su!ito una sola riflessione su una parete e dun$ue anno ampiezza minore rispetto alse%nale diretto a causa della perdita parziale di ener%ia do#uta alla riflessione. ,iamiamo talise%nali prime riflessioni -)suono precoce) in alcuni testi. Bopo un ulteriore ritardo arri#ano tutti ise%nali ce anno su!ito pi di una riflessione( di ampiezza ancora minore rispetto alle prime

riflessioni. Questi #en%ono ciamati grappolo di riverberazione -)re#er! cluster) a indicare ce $uestise%nali non #anno considerati sin%olarmente ma piuttosto come un corpo unico. a fi%ura se%uente cimostra la distri!uzione di $uesti se%nali nel tempo e le loro ampiezze.

1.1*.3. i$razione

,on tale termine si indica il fenomeno secondo il $uale un)onda ce attra#ersa due mezzi di di#ersadensità cam!ia direzione nel passa%%io dall)uno all)altro. ;ale comportamento ' facilmente spie%a!ilese teniamo presente ci ce a!!iamo detto sulla #elocità del suono in mezzi di di#ersa densità.

appiamo ce il suono #ia%%ia pi #elocemente in mezzi pi densi. ,onsideriamo un)onda ce incidecontro un muro come ' scematizzato dalla se%uente fi%ura

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i"razione

"l muro a densità ma%%iore dell)aria dun$ue i fronti d)onda ce cominciano a penetrare nel murosono pi #eloci rispetto a $uelli ce ancora sono fuori. Bun$ue( all)entrata nel muro lo stesso fronted)onda a una parte pi a#anzata -$uella interna al muro e una pi arretrata - $uella ancoraesterna. Quando tutto il fronte d)onda ' penetrato nel muro la direzione di propa%azione acam!iato an%olo. *ll)uscita dal muro a##iene lo stesso fenomeno all)in#erso e l)onda torna alla sua

direzione ori%inaria. Bi se%uito #ediamo come $uesto fenomeno di#enti rile#ante nel caso di concertiall)aperto do#e le condizioni cam!iano radicalmente dalla mattina alla sera modificando lapropa%azione del suono nell)am!iente.

i"razione all'aperto

*lla mattina si #erifica ce lo strato superiore -aria fredda a!!ia ma%%iore densità rispetto allostrato inferiore -aria calda e dun$ue ce il suono tenda a de#iare #erso l)alto come mostrato nellaprima delle due fi%ure precedenti.

Bi sera la situazione si in#erte e lo strato pi denso -aria fredda di#enta $uello inferiore. ,i porta ilsuono a de#iare #erso il !asso come e#idenziato nella seconda delle due fi%ure precedenti. ,i #atenuto in conto durante la messa a punto di un concerto all)aperto #uono li%e / in $uanto la lun%a fasedi preparazione e test #iene fatta molte ore prima dell)inizio del concerto stesso e dun$ue insituazioni am!ientali ce si modificano con il passare delle ore.

1.1*.4. 7i$$razione

"l modo pi immediato ma efficace per descri#ere $uesto fenomeno ' dire ce si #erifica $uando unsuono a%%ira un ostacolo. ,i dipende fortemente dalla fre$uenza in $uanto suoni con una %rande

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lun%ezza d)onda -e dun$ue !assa fre$uenza superano con facilità ostacoli con una dimensioneminore della loro lun%ezza d)onda. Questo ' uno dei moti#i per cui le prime fre$uenze ce #en%onoattenuate sono $uelle alte mentre $uelle !asse si propa%ano a distanze molto ma%%iori.

1.1*.5. Assor8imeno

u essere descritto come la con#ersione di ener%ia acustica in ener%ia termica da parte di unasuperficie. "n altre parole( $uando un suono #iene a contatto con un ostacolo( %li trasferisce ener%iace #iene dissipata sotto forma di calore.

"n %enerale $uesti $uattro fenomeni sono tutti presenti nel momento in cui un)onda sonora incontraun ostacolo. a fi%ura se%uente illustra una situazione tipica

i"lessione& di""usione& ri"razione e assorbimento insieme

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2. Percezione del suono

#ommario

2.1. Introduzione 2.2. L'orecchio umano 

2.2.1. $recchio esterno 2.2.2. $recchio medio 2.2.3. $recchio interno 

2.3. Percezione del suono da parte del cer%ello 2.4. (attimenti 2.5. Volume e "requenza percepita& distorsione& mascheramento 

2.5.1. Volume e "requenza percepita 

2.5.2. istorsione 2.5.3. )ascheramento 2.6. *""etto doppler 2.7. *""etto +aas 2.8. Cur%e iso"oniche 

2.8.1. escrizione delle cur%e iso"oniche

2.8.1.1. #oglia di udibilità ,- phons.

2.8.1.2. #oglia del dolore ,/0- phons.

2.9. Psicoacustica 2.9.1. Ambiente 2.9.2. #oppressione della colorazione 2.9.3. Illusione dell'otta%a 

2.9.4. *""etto coc1tail part2 2.10. Localizzazione di una sorgente sonora 2.10.1. i""erenze di tempo ,"ase. 2.10.2. i""erenze di ampiezza 2.10.3. i""erenze nel contenuto armonico 

2.11. Fusione binaurale 2.12. Lo spettro delle "requenze udibili 

Questa sezione ' di#isa in tre parti. ella prima #iene descritto nel detta%lio il funzionamentodell)oreccio umano e il modo in cui trasforma un)onda sonora in un se%nale elettrico ce #iene poiinterpretato dal cer#ello. ella seconda parte #iene analizzata la modalità di percezione del suonoda parte del cer#ello. "n $uesto caso a senso parlare di percezione in $uanto $uesta non corrisponde

alla realtà del suono ma ne ' un)interpretazione so%%etti#a condizionata dal funzionamentodell)apparato uditi#o. *d ulteriore conferma di $uesto fatto la terza parte di $uesta sezione s#eleràalcuni meccanismi ce modificano la percezione dello stesso suono al #ariare di alcuni parametricome per esempio la posizione della sor%ente sonora rispetto a $uella dell)ascoltatore.

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2.2. L'orecchio umano 

)oreccio umano a%isce da trasduttore nel trasformare ener%ia acustica( prima in ener%ia meccanicae successi#amente in ener%ia elettrica. &na #olta ce l)ener%ia ' stata con#ertita dalla formameccanica a $uella elettrica dall)oreccio( %li impulsi elettrici arri#ano al cer#ello attra#erso delleterminazioni ner#ose. Qui #en%ono ela!orati permettendo la percezione del suono e( dulcis in fundo(l)ascolto della musica. )apparato uditi#o ' composto da tre sezioni l)oreccio esterno( l)orecciomedio e l)oreccio interno.

$recchio umano

)analisi del funzionamento di $ueste tre sezioni ci permetterà di capire il meccanismo di percezionedel suono e saremo in %rado di indi#iduare $uali parametri modificare sul suono ce stiamo trattandoper ottenere il risultato ce #o%liamo. * $uesto proposito consideriamo la situazione se%uente.

upponiamo di ese%uire un missa%%io in cui ' presente un flautino ce o%ni tanto fa capolino tra %lialtri strumenti. e #o%liamo ce sia una presenza eterea( a##ol%ente( indefinita( possiamo

inter#enire sul suono ta%liandone le alte fre$uenze. Vedremo tra un momento ce uno dei fattori pirile#anti per indi#iduare la direzione di un suono ' il suo contenuto di alte fre$uenze. ;radottosi%nifica ce riusciamo pi facilmente ad indi#iduare la direzione di un suono con un ele#atocontenuto di alte fre$uenze rispetto ad uno contenente solo !asse fre$uenze. Bun$ue( se #o%liamoce il flautino sia !en presente ance se lontano per esempio sulla destra del nostro miJ( metteremoil panFpot Panpot / a destra e accentueremo le alte fre$uenze -facendo naturalmente attenzione anon snaturare la natura del suono....

2.2.1. recchio eserno

"l primo or%ano ce il suono incontra $uando ra%%iun%e l)oreccio ' il padi%lione auricolare. Questooffre una #asta superficie al fronte sonoro e permette di racco%liere un)ampia porzione del fronted)onda. er ottenere una superficie pi ampia si portano le mani alle oreccie come #iene istinti#ofare $uando si ascolta un suono molto de!ole. "l suono #iene riflesso dal padi%lione auricolare econcentrato #erso il condotto uditi#o la cui lun%ezza ' mediamente pari a 3 cm.

Frequenza di risonanza del canale uditivo F ,)' una formula empirica ce restituisce la fre$uenza dirisonanza Frequenza di risonanza di un altoparlante / di un tu!o al $uale possiamo senz)altroapprossimare il condotto uditi#o. *ncora numeri( ancora formule ma il risultato di $uesto calcolo ' diimportanza assoluta dun$ue non mollate e se%uite fino alla fineE

a formula in $uestione dice ce un tu!o riempito di aria di lun%ezza d a una fre$uenza dirisonanza circa pari a

$uazione 2.1. ,alcolo della fre$uenza di risonanza del canale uditi#o

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Balla lun%ezza d)onda rica#iamo la fre$uenza di risonanza

iete ancora #i#iO e lo siete( a#ete appena scoperto ce la fre$uenza di risonanza dell)oreccioumano ' mediamente di 3@>z. Questo si%nifica ce $uando un %ruppo di fre$uenze di #alore intornoa 3@>z arri#ano all)oreccio( il canale uditi#o entra in risonanza e dun$ue $uelle fre$uenze su!isconouna naturale amplificazione. Vedremo in $uanti casi #iene sfruttata $uesta %randezza in campo audioe allora sarete contenti di a#er superato ance $uesto ostacolo per arri#are alla conoscenza di $uestopiccolo ma fondamentale #alore.

2.2.2. recchio medio

"l condotto uditi#o termina su una mem!rana( il timpano( ce #i!ra in accordo con il suono ce ara%%iunto l)oreccio. *lla parte opposta del timpano sono colle%ati tre ossicini ciamati martello(incudine e staffa. Questi anno la funzione di amplificare la #i!razione del timpano e ritrasmetterlaalla coclea( un ulteriore osso la cui funzione #errà spie%ata tra un momento. Questa amplificazione sirende necessaria in $uanto mentre il timpano ' una mem!rana molto le%%era sospesa in aria( lacoclea ' riempita con un fluido denso e dun$ue molto pi difficile da mettere in #i!razione. " treossicini sono tenuti insieme da una serie di piccoli le%amenti ce anno l)ulteriore funzione diimpedire ce se%uano una #i!razione molto ampia con il riscio di rimanere danne%%iati nel caso incui l)oreccio #en%a sottoposto ad una pressione sonora troppo ele#ata. &n)apertura all)interno

dell)oreccio medio porta alla cosiddetta tuba di Eustachio ce consiste di un canale ce conduce#erso la ca#ità orale. a sua funzione ' $uella di dare uno sfo%o #erso l)esterno in modo dae$uili!rare la pressione atmosferica ai due lati del timpano -ecco percS sott)ac$ua ' possi!ilecompensare la pressione esterna( ce aumenta con la profondità( aumentando la pressione internatappando il naso e soffiandoci dentro.

2.2.3. recchio inerno

Questa sezione dell)oreccio effettua la con#ersione dell)ener%ia meccanica in impulsi elettrici dain#iare al cer#ello per l)ela!orazione del suono. )ultimo dei tre ossicini di cui sopra( la staffa( ' in

contatto con la coclea attra#erso una mem!rana ce #iene ciamata finestra ovale. a coclea ' unosso a forma di ciocciola contenente del fluido -' dotata di tre piccoli canali circolari orientatisecondo le tre direzioni dello spazio ce #en%ono utilizzati dal cer#ello per la percezionedell)e$uili!rio dun$ue $uesta funzionalità esula completamente dalla nostra trattazione. "l fluidorice#e la #i!razione dalla staffa attra#erso la finestra o#ale e la trasporta al suo interno do#e 'presente il #ero or%ano deputato alla con#ersione dell)ener%ia meccanica in ener%ia elettrical)or%ano del ,orti. *ll)interno dell)organo del Corti tro#iamo la membrana basilare ce ospita unapopolazione di ciglia( circa 4000( ce #i!rano in accordo con la #i!razione del fluido. L%ni %ruppo dici%lia ' colle%ato ad una terminazione ner#osa in %rado di con#ertire la #i!razione rice#uta dal fluidoin impulsi elettrici da in#iare al cer#ello per essere ela!orati e percepiti come suoni. "l moti#o per cuil)oreccio umano percepisce le fre$uenze in modo lo%aritmico deri#a dalla composizione dellamem!rana !asilare. " %ruppi di ci%lia( ciamati bande critiche( infatti sono o%nuno sensi!ili ad una

finestra di ampiezza 1?3 di otta#a dello spettro di fre$uenza. "n altre parole la mem!rana !asilare 'suddi#isa in settori o%nuno sensi!ile ad una determinata !anda di fre$uenza o%nuna di ampiezza paria 1?3 di otta#a e si comporta come un analizzatore di spettro. L%ni #olta ce il suono aumenta di

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un)otta#a( #iene eccitata una parte della mem!rana sempre e$uidistante dalla precedenteriproducendo cos un comportamento di tipo lo%aritmico ecibels / .

2.3. Percezione del suono da parte del cer%ello enza entrare in discorsi filosofici ce( per $uanto interessanti non contri!uire!!ero a ra%%iun%ere lefinalità di $uesto corso( diremo solo ce la percezione di un suono( come $uella della realtà delresto( ' un concetto in %ran parte so%%etti#o. &n suono in sS stesso ' $uello ce '( ma la nostrapercezione #aria in $uanto dipende da innumere#oli #aria!ili. *lcune di $ueste #aria!ili sono lanostra posizione rispetto al suono( le condizioni del nostro apparato uditi#o e soprattutto la formace il cer#ello conferisce al suono. )udito( al pari della #ista ce interpreta la luce( ' capace dipercepire solo una parte delle onde acustice ce ci circondano e dun$ue restituisce un $uadroparziale. "noltre le onde percepite #en%ono ela!orate dal cer#ello ce cos )interpreta) i suoni cede#e ela!orare. el se%uito #errà descritto il comportamento del suono dal punto di #ista della suapercezione e si mostrerà come in determinate condizioni sia e#idente l)azione del cer#ello ceinterpreta la realtà sonora piuttosto ce restituirla fedelmente. &n esempio molto elo$uente inproposito #iene descritto nel se%uito e prende il nome di battimenti (attimenti / .

2.4. (attimenti 

Quando siamo in presenza di due suoni le cui fre$uenze differiscono di poco( percepiamo un ulterioresuono simile a un !attito il cui ritmo ' dato dalla differenza delle due fre$uenze ori%inarie. e $uestefre$uenze sono troppo di#erse tra di loro il cer#ello non ' pi in %rado di percepire il suonodifferenza. Questo dipende dal fatto ce le due fre$uenze( per essere percepite come !attimento(de!!ono eccitare ci%lia appartenenti alla stessa !anda critica. a fre$uenza del !attimento ' pari alnumero di #olte ce le due sinusoidi componenti #anno in fase e fuori fase in un secondo. Vediamo unesempio pratico. ,onsideriamo due sinusoidi pure di fre$uenza pari a 400 >z e 405 >z. Quando le duesinusoidi #en%ono sommate danno luo%o ad una nuo#a forma d)onda ce #iene percepita come!attimento e ce a l)andamento illustrato nella fi%ura se%uente

nda sinusoidale pura $%4** &z/ #,raccia 11+

,onsideriamo ora un)altra sinusoide pura di fre$uenza pari a 405 >z

nda sinusoidale pura $%4*5 &z/ #,raccia 12+

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a somma dei due suoni ' udi!ile nel suono se%uente

"omma di due sinusoidi di $requenze9 4** z e 4*5 &z #,raccia 13+

,ome si pu ascoltare( #iene introdotta una nuo#a oscillazione. e le due fre$uenze componentifossero state pi distanti $uesto fenomeno non si sare!!e manifestato -#edi esempio nella sezionededicata alla teoria del suono Combinazione di sinusoidi pure / .

a fi%ura mostra la forma d)onda ottenuta come com!inazione delle due precedenti

#omma di due sinusoidi di "requenza -- +z e - +z

2.5. Volume e "requenza percepita& distorsione& mascheramento 

2.5.1. Volume e $requenza percepia

o stesso suono #iene percepito pi acuto se il #olume #iene aumentato in maniera considere#ole. era%ioni di tale fenomeno non sono ancora del tutto ciare.

2.5.2. 7isorsione

"l suono della distorsione ' pi o meno $uello ce esce da un distorsore -per l)appunto per citarraelettrica. Bun$ue il suono lo conoscete( ' $uello su cui si fonda la storia del GocT -tanto per dire(ma da cosa ' %eneratoO er capirlo consideriamo la solita sinusoide( essendo poi il caso estendi!ile ai

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suoni complessi appresentazione tempo ! "requenza / . upponiamo ce l)uscita di un circuito al $ualeappliciamo una sinusoide in in%resso non possa superare un certo #alore.

istorsione

"l se%nale ce a#remo in uscita sarà $uello di fi%ura di destra cio' una sinusoide a cui ' stata )ta%liata#ia la testa). Lsser#ando $uesta forma d)onda si notano le !rusce transizioni introdotte dal )ta%lio) le$uali %enerano delle fre$uenze pi ele#ate di $uella della sinusoide considerata. ,i sarà #alido pero%ni componente sinusoidale del se%nale( dun$ue all)uscita del distorsore il se%nale ori%inario saràarriccito da tutta una serie di alte fre$uenze( dipendenti dalle fre$uenze del se%nale iniziale( ce

caratterizzano il suono della distorsione analo%ica. er ascoltare il suono della distorsione facciamoriferimento ai due suoni se%uenti il primo ori%inato da una citarra elettrica e il secondo ottenutoapplicando sul primo una distorsione

"uono di chiarra elerica puro #,raccia 14+

"uono di chiarra elerica disoro #,raccia 15+

"n $uesto caso la distorsione ' #oluta al fine di ottenere un effetto. "n %enerale !iso%na prestare unaparticolare attenzione alle so%lie dei circuiti ce stiamo utilizzando per non mandarli in distorsionecon li#elli troppo ele#ati -per esempio il %ain del preamplificatore presente sui canali del miJer nonde#e %enerare un se%nale di li#ello troppo ele#ato tale da saturare i circuiti ce si tro#ano a #alle.

2.5.3. :ascherameno

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&na fre$uenza con ampiezza ele#ata pu mascerare fre$uenze #icine con ampiezze inferiori in$uanto fre$uenze #icine #en%ono decodificate da ci%lia appartenenti alla stessa !anda critica. Questaproprietà #iene massicciamente sfruttata per realizzare al%oritmi di compressione dei dati audio informato di%itale $uali l)H3 e l)*;G*, impie%ato sui sistemi HiniBisc Il )iniisc / . ;ali al%oritmiconsentono compressioni dell)ordine di 51.

2.6. *""etto doppler 

Questo fenomeno si #erifica $uando o la sor%ente sonora o l)ascoltatore sono in mo#imento. "l classicoesempio ce #iene sempre fatto ' $uello della sirena di un)am!ulanza ce arri#a di %ran carriera( cisupera e prose%ue sfrecciando #ia nella notte.

*""etto oppler

:acciamo riferimento alla fi%ura precedente in cui l)am!ulanza ' ferma e la sirena emette un suonoce( essendo di una certa fre$uenza( %enera dei fronti d)onda a distanza costante l)uno dall)altro.Quando in#ece il mezzo ' in mo#imento e si a##icina all)ascoltatore( la stessa sirena %enera un suonocon dei fronti d)onda pi ra##icinati rispetto a $uando il mezzo era fermo percS muo#endosicomprime i fronti d)onda. Bato ce ora i fronti d)onda sono pi ra##icinati percepiamo una fre$uenzapi alta cio' un suono pi acuto. Quando il mezzo ci supera -e sfreccia #ia nella notte(allontanandosi distanzia i fronti d)onda e dun$ue in $uesta fase percepiamo un suono pi %ra#epercS ci arri#a una fre$uenza pi !assa.

"l suono se%uente illustra $uanto finora esposto

;$$eo doppler sorgene9 macchina con cla<son/ #,raccia 16+

)esempio precedente riproduce una delle pi classice manifestazioni dell)effetto doppler.

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el se%uente esempio in#ece il suono ' stato ottenuto prendendo una sin%ola sor%ente sonora -difre$uenza pari a 500 >z e simulando il suo mo#imento ripetto ad un ascoltatore fisso mediante unopportuno al%oritmo matematico / /.

"inusoide di $requenza pari a 5** z #,raccia 1+

;$$eo doppler sorgene9 5** z/ #,raccia 1+

,ome ' possi!ile notare( $uando la sor%ente si a##icina all)ascoltatore( #iene percepito un suono piacuto rispetto a $uello ori%inario in $uanto i fronti d)onda #en%ono )compressi). Quando in#ece lasor%ente oltrepassa l)ascoltatore( i fronti d)onda si distanziano e il suono percepito ' meno acuto di$uello a 500 >z.

/ / &n al%oritmo ' un procedimento di calcolo finalizzato ad ottenere un determinato risultato apartire da un insieme di condizioni e dati iniziali. er una detta%liata descrizione de%li al%oritmi edelle loro implementazioni si rimanda a $ualsiasi testo di introduzione all)informatica.

2.7. *""etto +aas 

rende il nome di effetto aas un determinato fenomeno fisico ce ri%uarda la percezione del suonoda parte del cer#ello. ,onsideriamo il caso di un suono %enerato da una sor%ente sonora eimma%iniamo di essere in una stanza e di posizionarci ad una certa distanza dalla sor%ente. * causadelle riflessioni del suono sulle pareti saremo ra%%iunti prima di tutto dal se%nale pro#enientedirettamente dalla sor%ente e in un secondo momento dalle riflessioni del se%nale stesso sulle paretidella stanza. Questo ritardo ' do#uto al fatto ce il suono riflesso compie un percorso pi lun%o delse%nale diretto. e i due se%nali arri#ano con un piccolo ritardo l)uno dall)altro( #iene percepito dalcer#ello un unico suono pro#eniente da una sola direzione. a direzione indi#iduata dal cer#ello come

$uella di pro#enienza del suono ' $uella dell)onda ce arri#a per prima -$uesto #ale ance sel)intensità della seconda onda ' ma%%iore della prima e per $uesto moti#o $uesto effetto prendeance il nome di effetto di precedenza. Questo effetto si #erifica $uando il ritardo tra i due se%nali '

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sufficientemente piccolo( pi in particolare de#e essere minore di 30F35ms. Questo inter#allotemporale #iene definito come zona di aas

$uazione 2.2. Uona di >aas

0 F 35ms/

Quando il ritardo fra i se%nali esce dalla zona di >aas a##ertiamo due se%nali distinti ed entriamo nelcaso dell)effetto eco per cui l)ascoltatore percepisce i due suoni come distinti. )effetto >aas #ienesfruttato nei sistemi di rinforzo sonoro sui se%nali ce #en%ono spediti alle torri di ritardo in"orzo

sonoro / .

2.8. Cur%e iso"oniche 

ono %rafici molto importanti ce permettono di a#ere un riferimento su come l)oreccio umanorea%isca alle di#erse fre$uenze. ono state rica#ate ela!orando i dati su un campione statistico

sottoposto ad una serie suoni prodotti in una camera anecoica. ;ale camera #iene dise%nata con loscopo di ridurre al minimo le riflessioni sulle pareti in modo ce l)ascoltatore sia ra%%iuntounicamente dal se%nale diretto. e cur#e indicano come l)oreccio umano rea%isca di#ersamente alle#arie fre$uenze in termini di intensità sonora percepita. upponiamo di a#ere una sor%ente sonora in%rado di %enerare onde sinusoidali con fre$uenza #aria!ile e ampiezza costante. :issando l)ampiezzaper esempio a 80 dNspl 0 / noteremmo ce un ascoltatore percepisce le !asse fre$uenze come a#entiun #olume molto !asso e man mano ce fre$uenza #iene aumentata a#re!!e la percezione ce anceil #olume aumenta -mentre la pressione sonora realmente %enerata ' sempre di 80 dN spl. Questocomportamento si spie%a con il fatto ce l)oreccio umano a una percezione di#ersa dell)intensitàsonora al #ariare della fre$uenza. e cur#e isofonice sono dette tali in $uanto indicano il #alore didNspl necessario per percepire un suono sempre allo stesso #olume lun%o o%ni cur#a. a fre$uenza diriferimento per o%ni cur#a ' 1@>z e a tale fre$uenza( il #alore di dN spl ' pari al #alore ce identifica

una particolare cur#a e ce prende il nome di phon

. er esempio la cur#a isofonica a 40 pon '$uella ce a 1 @>z a un)ampiezza di 40 dN spl. ,ominciamo a dare un)occiata a $uesti %rafici cesem!rano un po) ostici e #ediamo di capirci $ualcosa

Cur%e Iso"oniche

rendiamo una delle cur#e( per esempio $uella a 80 pon e se%uiamola dalle !asse #erso le altefre$uenze. Vediamo ce a 20 >z ' necessario produrre una pressione sonora di 118 dNspl e $uesto cimostra come l)oreccio umano a!!ia una minore sensi!ilità alle !asse fre$uenze. correndo la cur#a#erso le alte fre$uenze #ediamo ce affinc' l)oreccio percepisca sempre la stessa intensità sonorasono necessari li#elli di pressione sonora pi !assi. * 1@>z incontriamo il #alore di riferimento dellacur#a isofonica ce stiamo considerando( dun$ue 80 dNspl. Lltre $uesto #alore #ediamo ce la cur#a

a un minimo in corrispondenza dei 3@>z e #ediamo come affinc' l)oreccio percepisca sempre lastessa pressione sonora( la fre$uenza di 3 @>z de#e %enerare 70 dN spl. ,onfrontando $uesto #alorecon $uello a 20 >z notiamo una differenza di circa 50 dNspl in meno( ' una differenza enorme. Questo

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#alore di minimo dipende dal fatto ce la fre$uenza di risonanza del canale uditi#o ' di circa 3 @>zFrequenza di risonanza del canale uditi%o / e dun$ue tale fre$uenza #iene percepita %ià a !assi #alori didNspl. Lltre i 3 @>z la cur#a risale mostrando il li#ello di dNspl necessario per a#ere la stessapercezione di #olume alle alte fre$uenze. e cur#e #en%ono mostrate per di#ersi #alori di pon in$uanto il comportamento dell)oreccio #aria ai di#ersi #alori della pressione sonora. otiamo comeper ele#ati #alori della pressione sonora( l)andamento delle cur#e isofonice ' $uasi piatto.

"uggerimeno

"l controllo di loudness ne%li amplificatori da casa ' re%olato proprio dall)andamento di $ueste cur#e.Quando il #olume ' molto !asso( l)inserimento del circuito di loudness a#rà come effetto $uello diaumentare le !asse fre$uenze allineandone l)ampiezza con le altre. er #olumi ele#ati( $uestoallineamento a##iene in modo naturale da parte dell)oreccio e dun$ue l)azionamento del loudenss a$uesti #olumi a#rà un effetto pressocS nullo.

2..1. 7escrizione delle cur=e iso$oniche2..1.1. "oglia di udi8ili! * phons/

a cur#a isofonica pi !assa di tutte #iene denominata so%lia di udi!ilità e indica la pi piccola#ariazione di pressione ce l)oreccio ' in %rado di indi#iduare alle di#erse fre$uenze. Gicordiamo ce$ueste cur#e sono ottenute ela!orando dati statistici e dun$ue ce i #alori ce stiamo considerandopossono a#ere differenze ance note#oli da indi#iduo a indi#iduo. Qualce #alore di riferimentorelati#o a $uesta cur#a potre!!e essere utile nella pratica

Tabella 0B/B Alcuni %alori di ri"erimento per le "requenze

Zona di frequenza Hz dBspl

Riferimento 1000 5

Basse frequenze 50 42

Alte frequenze 10000 15

2..1.2. "oglia del dolore 12* phons/

er pressioni sonore i cui #alori si tro#ano al di sopra di $uesta cur#a l)oreccio comincia a percepiredolore fisico e per esposizioni prolun%ate si possono %enerare danni non re#ersi!ili.

"l #olume ideale per ese%uire un missa%%io -miJdon ' intorno a 80F90 pons Il missaggio / . * $uesti#alori il !ilanciamento dei #olumi delle fre$uenze ' a!!astanza uniforme. e il miJdon #enisseese%uito a un #olume troppo !asso( per esempio a 40 pons( si a#re!!e una minore percezione dei!assi e si potre!!e essere tentati ci compensare a%endo su%li e$ualizzatori. &na #olta per ce ilnostro miJ fosse riascoltato al 80 pons risultere!!e inondato di !assi...

0 / Questa %randezza descri#e l)intensità sonora di un suono. er una detta%liata descrizione sirimanda al capitolo relati#o ecibels / .

2.9. Psicoacustica 

a psicoacustica studia i meccanismi di ela!orazione del suono da parte del cer#ello. a conoscenzadi $uesti meccanismi ' fondamentale nella pratica sul suono poic' permette( effettuando le

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opportune manipolazioni( di ottenere effetti sonori molto sofisticati. &no dei fattori pi importantinell)ela!orazione del suono deri#a dal fatto ce il cer#ello si tro#a a ela!orare due flussi diinformazione contemporaneamente $uelli ce pro#en%ono dall)oreccio destro e da $uello sinistro.ono le differenze( a #olte ance minime( tra $uesti due se%nali ce determinano la nascita di unanuo#a informazione associata alla composizione delle due onde sonore. "n $uesto caso parliamo disuono stereofonico. Quando in#ece i due se%nali ce arri#ano alle oreccie sono esattamente u%uali

parliamo di suono monofonico.

2.-.1. Am8iene

"l suono di uno strumento cam!ia a seconda dell)am!iente in cui si tro#a. e prime riflessioni cadonotutte all)interno della zona di >aas e contri!uiscono in modo fondamentale a caratterizzare laspazialità dello strumento.

2.-.2. "oppressione della colorazione

Bue se%nali pro#enienti dalla stessa sor%ente sonora creano delle differenze di fase ce #en%onointerpretate dal cer#ello. Queste appaiono s%rade#oli se ascoltate con un solo oreccio mentrecreano un effetto piace#ole se ascoltate con entram!e le oreccie.

2.-.3. llusione dell'oa=a

*!!iamo #isto come l)esecuzione di una nota pro#oci l)eccitazione della fre$uenza fondamentale edi tutte le armonice essendo $ueste le fre$uenze multiple della fondamentale Contenuto armonico di

una "orma d'onda / . "l cer#ello ' in %rado di ricostruire( ance se con un certo errore( la fondamentale

a partire dalle armonice superiori. er contestualizzare $uesta proprietà pensiamo ad una radiolinada stadio con il suo piccolo( ri%idissimo altoparlante ce suona la canzone dell)estate. Questa #ieneriprodotta con una !anda di fre$uenze ridottissima ma ' comun$ue indi#idua!ile la linea di !asso%razie alla capacità del cer#ello di ricostruire la fondamentale a partire da informazioni sullearmonice.

2.-.4. ;$$eo coc<ail par>

Bescri#e la capacità del cer#ello di reperire un se%nale all)interno di un %ruppo di se%nali sonoriso#rapposti. ensate ad esempio ad una sala di ristorante in cui si pu sentire un !rusio %eneralizzato

ma ance concentrarsi su una sin%ola con#ersazione.

2.10. Localizzazione di una sorgente sonora 

,onsideriamo una sor%ente sonora in atti#ità e un ascoltatore posizionati come in fi%ura

Tempi di interarri%o

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" se%nali ce arri#ano alle due oreccie presentano delle differenze

2.1*.1. 7i$$erenze di empo $ase/

Balla fi%ura precedente si #ede come la distanza dalla sor%ente onora delle due oreccie sia di#ersa eci si traduce in una differenza nel tempo di arri#o -denominato tempo di interarrivo di ciascunse%nale -nel caso pratico della fi%ura( il se%nale arri#a prima all)oreccio destro e poi all)orecciosinistro.

aturalmente ci implica una differenza di fase in $uanto ritardo in tempo e differenza di fase sonointrinsecamente correlate Legame tra ritardo e "ase / .

2.1*.2. 7i$$erenze di ampiezza

e ampiezze dei due se%nali sono di#erse sia percS l)ampiezza diminuisce all)aumentare della

distanza sia percS il se%nale ce de#e ra%%iun%ere l)oreccio pi lontano de#e a%%irare l)ostacolodella testa e nel fare ci perde ener%ia. "noltre le fre$uenze pi alte non riusciranno proprio asuperare l)ostacolo $uindi i due se%nali differiranno ance per il contenuto in fre$uenza. Questo ' ilmoti#o per cui risulta difficile indi#iduare la direzione di pro#enienza delle !asse fre$uenze $uestesono in %rado di oltrepassare %li ostacoli senza una perdita di ener%ia rile#ante e dun$ue i suoni cearri#ano alle due oreccie sono pressoc' identici. el caso in cui la sor%ente sonora sia esattamentedietro l)ascoltatore( la direzione #iene indi#iduata poic' #iene riscontrata una mancanza delle altefre$uenze ce #en%ono !loccate dal padi%lione auricolare.

2.1*.3. 7i$$erenze nel conenuo armonico

Giferendoci alla fi%ura precedente #ediamo ce una delle due onde de#e W%irare attornoW alla testaper ra%%iun%ere l)oreccio pi lontano. ,i comporta una le%%era perdita sulle alte fre$uenze a causadella diffrazione i""razione / .

2.11. Fusione binaurale 

A $uella facoltà del cer#ello per la $uale due se%nali simili ce arri#ano alle due oreccie #en%onofusi in un unico se%nale+ il nuo#o se%nale ' per cos dire una creazione del cer#ello ce non esistenella realtà. ,onsideriamo per esempio uno Jilofono. se%uiamo una linea melodica e la re%istriamosu una traccia( successi#amente ese%uiamo la stessa linea con $ualce le%%era modifica e lare%istriamo su un)altra traccia. :acciamo suonare le due linee contemporaneamente mandando una

linea sul canale sinistro e l)altra linea sul canale destro. Quello ce ne esce ' una terza lineamelodica deri#ante dalla fusione delle due precedenti ma ce nella realtà non esiste. Questo ' unodei se%reti della ma%ia della musica i sin%oli strumenti ese%uono delle linee melodice e se facciamoattenzione riusciamo ad isolarle ed ad ascoltarle sin%olarmente( ance $uando %li strumenti suonanotutti insieme. Ha $uando lasciamo $uesta prospetti#a e ci spostiamo su un piano pi astratto( ' in$uel momento ce riusciamo a percepire ci ce non esiste( la com!inazione di tutti i suoni cecreano un)armonia ' in $uel momento ce la musica nasceE

2.12. Lo spettro delle "requenze udibili 

*!!iamo detto ce l)insieme delle fre$uenze udi!ili dall)oreccio umano si estende dai 20>z ai20@>z. Vediamo ora di caratterizzare me%lio $uesta %amma di fre$uenze in modo da a#ere un)idea di

do#e collocare i suoni ce ascoltiamo.

Tabella 0B0B Lo spettro di "requenza

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Nome RangeEstensione

(ottave)Commenti

Frequenze

subsoni!e

1"z#

20"z4

 $on sono u%ibili %all&ore!io umano. 'ono (enerate )er

esem)io %ai terremoti o %ai (rossi or(ani a anne %elle

!iese.

Bassissime

frequenze

20"z#

40"z1

* l&otta+a )i, bassa u%ibile %all&ore!io. -a%ono in questa

zona le armoni!e )i, basse %ela assa %ella batteria e le note

 basse %el )ianoforte non! il rumore %i tuono e quello

%ell&aria on%izionata.

Basse

frequenze

40"z#

160"z2

/uasi tutte le basse frequenze %ella musia a%ono in questa

zona.

Frequenze

me%io#basse

160"z#

315"z1

-a%e in questa zona il o entrale %el )ianoforte 261"z.

/uesta zona ontiene molte %elle informazioni %el se(nale

sonoro !e )u essere )esantemente alterato on una

sba(liata equalizzazione.

Frequenze

me%ie

315"z#

2.5"z3

&ore!io * sensibile a questa zona. /uesta ban%a se )resa

sin(olarmente restituise un suono %i qualit simile a quella

telefonia.

Frequenze

me%io#alte

2.5"z#

5"z1

n questa zona la ur+a isofonia Cur%e iso"oniche : !a il suo

 )io ma((iore %unque * la zona in ui l&ore!io * )i,

sensibile. ;qualizzare uno strumento in questa zona ne

aumenta la )resenza nel mi< faen%olo risultare %i )rimo

 )iano ris)etto a(li altri +ale an!e il truo o))osto se

+olete nason%ere una +oe stonata !e )ro)rio non )otete

eliminare )er! il antante * un raoman%ato le+ate(li le

frequenze a 3"z e anne(atela nel ri+erbero %i+enter una )resenza lontana quasi metafisia=.

Frequenze

alte

5"z#

10"z1

* la zona !e i fa )ere)ire la brillantezza an!e )er!

ontiene molte %elle armoni!e %elle note (enerate nelle

fase )ree%enti.l tasso %i ener(ia austia ontenuta in

questa zona * molto basso. >ro+iamo in questa zona alune

onsonanti ome la &s& la &t& e la &&.

Frequenze

molto alte

10"z#

20"z1

Anora meno ener(ia austia in questa zona. 'ono )resenti

solo le armoni!e )i, alte %i aluni strumenti. >utta+ia

eliminan%o questa )er esem)io on un equalizzatore ban%a

un mi< %i+enterebbe &o)ao&.

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3. ecibels

3.1. Introduzione 3.2. La scala logaritmica 3.3. I decibel nel mondo dell'audio 3.4. Legge della distanza in%ersa 3.5. Combinazione di sorgenti sonore 3.6. 3randezze elettriche espresse in decibel 3.7. #tandard $perating Le%el 3.8. 2namic ange 3.9. Fonometri 

3.9.1. )isuratori di d(spl 3.9.2. Vu )eters 3.9.3. PP) )eters 

Questa sezione ' dedicata ad un ar%omento ce spesso risulta un po) in%ar!u%liato in $uanto ledefinizioni sono molte e si corre il riscio di scam!iare una cosa per l)altra. ppure il concetto dideci!el ' alla !ase della teoria del suono e ricompare sistematicamente o%ni #olta ce ci tro#iamo amisurare una %randezza ad esso colle%ata. "l moti#o di tale importanza risiede nel fatto ce l)oreccioumano percepisce la pressione sonora in maniera lo%aritmica anzicS lineare e dun$ue risultacon#eniente esprimere le %randezze le%ate all)ampiezza del suono in un)unità di misura lo%aritmica ildecibel.

3.2. La scala logaritmica 

&na scala descri#e il rapporto tra due %randezze. a scala logaritmica si differenzia dalla scalalineare per il fatto ce la proporzionalità tra le due %randezze non ' costante ma a un andamentoappunto lo%aritmico. a ta!ella se%uente e#idenzia la di#ersa corrispondenza tra due %randezze X e Yle%ate da una relazione lineare e lo%aritmica

Tabella ?B/B Con"ronto tra scala lineare e scala logaritmica

Scala lineare Scala logaritmica

? @ ? @

1

1 1 10

2 2 2 100

3 3 3 1000

... ... ... ...

n n n 10n

"l deci!el relati#o ad una %randezza X %enerica #iene espresso nella forma

$uazione 3.1. dNX 

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ce misura la #ariazione in deci!el della %randezza rispetto ad un #alore di riferimento fissato X 0.

e per esempio la %randezza ce consideriamo ' la X e il nostro #alore di riferimento ' X0C10(passando da X0 a XC1000 otteniamo un incremento in dN espresso dalla formula se%uente

3.3. I decibel nel mondo dell'audio 

a %randezza ce si incontra pi comunemente ' il dNspl -spl sound pressure le#el( li#ello di pressione

sonora ce #iene definito come

$uazione 3.2. dNspl 

in cui 0 ' il #alore di riferimento per la pressione atmosferica e #iene preso pari a 0.00002a C 20Za-la pressione #iene misurata in ascal ce #iene considerata la pressione sonora al di sopra della$uale l)oreccio umano comincia a percepire un suono.

Vediamo un esempio. "l #alore di 20 Za ' un #alore di riferimento per la pressione sonora in unam!iente in assenza di onde acustice.

,i si%nifica ce una pressione sonora di 20 Za non esercita nessuna pressione sonora percepi!iledall)apparato uditi#o. Vice#ersa una pressione sonora di 10a %enera un certo numero di dNspl pari alrisultato se%uente

$uazione 3.3. ,alcolo di una pressione sonora

e%%endo la formula in un altro modo possiamo dire ce una pressione sonora di 114 dNspl corrispondead un)onda acustica ce s#iluppa una pressione di 10 a. a se%uente fi%ura illustra dei tipici suoni ela loro intensità espressa in dNspl

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Valori tipici di d(spl 

3.4. Legge della distanza in%ersa 

A una le%%e empirica ce ci ser#e per calcolare la #ariazione di dNspl al #ariare della distanza da unasor%ente sonora. e ad una distanza d1 dalla sor%ente sonora misuriamo una pressione sonora didNspl1( ad una distanza d2[d1 a#remo una pressione sonora data dalla formula

$uazione 3.4. e%%e della distanza in#ersa

Vediamo un semplice esempio pratico se d1 C 1m e a $uesta distanza dalla sor%ente sonoramisuriamo dNspl1C100 a#remo alla distanza d2C2m una pressione sonora pari a

$uazione 3.5. *pplicazione della formula della distanza in#ersa

Ba $uesto semplice esempio rica#iamo una comodissima re%ola empirica( o%ni #olta ce ciallontaniamo dalla sor%ente sonora raddoppiando la distanza riscontriamo una caduta pari a 6 dNspl (#ice#ersa se ci a##iciniamo dimezzando la distanza percepiamo una aumento della pressione sonoradi circa 6 dNspl. ;ale re%ola prende appunto il nome di legge della distanza inversa.

3.5. Combinazione di sorgenti sonore 

Quando #en%ono com!inate pi sor%enti sonore( o%nuna delle $uali %enera una certa $uantità di dNspl non ' possi!ile sommare semplicemente $uesti #alori ma !iso%na utilizzare la formula empiricase%uente

$uazione 3.6. ,om!inazione di sor%enti sonore

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Vediamone un esempio considerando due sor%enti sonore u%uali di 90dNspl.

*#remo

$uazione 3.7. *pplicazione della formula della com!inazione di sor%enti sonore

*nce da $uesto esempio rica#iamo una importante re%ola empirica sommando due sor%enti sonoreu%uali si ottiene un incremento di 3dNspl -e non un #alore pari al doppioE. Bun$ue se a!!iamo unimpianto .*. ? / ce produce una pressione acustica di 100dNspl( a%%iun%endo un secondo impiantoanalo%o otterremo una pressione acustica complessi#a pari a 103dNspl+ per arri#are a 106 dNspl do#remo a%%iun%ere altri due .*. e arri#are a $uattro e cos #ia.

? / .*.Fu!lic *ddress. A il sistema di altoparlanti deputato alla diffusione del suono in una sala.

3.6. 3randezze elettriche espresse in decibel 

Bato ce il dN riproduce la percezione delle %randezze sonore da parte dell)oreccio umano( sonoespresse in dN ance una serie di %randezze elettrice ce #en%ono impie%ate nella pratica. Bise%uito diamo conto delle pi utilizzate.

• dNm -potenza

"nizialmente usato per misurare i rapporto di potenza sulle linee telefonice. Reneralmente icircuiti adi!iti a $uesto scopo a#e#ano un)impedenza Impedenza / di 600\. ,ome #alore diriferimento #eni#a preso 1m] da cui

$uazione 3.8. dNm 

Ba $uesta formula possiamo rica#arne una e$ui#alente in cui compaiono tensioni al posto dipotenze. ostituendo infatti la formula

e ponendo

otteniamo la se%uente  / 

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• dNu -Volta%%io

Questo #alore ' stato introdotto per la necessità di do#er considerare corcuiti con impedenzedi#erse da 600\. a )u) di dNu indica dun$ue ce il #alore ' di tipo )unloaded) cio'indipendente dall)impedenza. er il calcolo del dNu il carico #iene in%lo!ato all)interno di unatensione di riferimento ce si ottiene dal calcolo se%uente

da cui

Questa tensione dun$ue in%lo!a una potenza di riferimento pari a 1m] e una resistenza diriferimento pari a 600\.

a formula finale per il calcolo del dNu ' la se%uente

$uazione 3.9. dNu 

• dNV -Volta%%io

"n $uesto caso il #olta%%io di riferimento #iene preso pari a 1 Volt dun$ue si usa la formula

$uazione 3.10. dNV

• dNfs -:ull cale

a scala dN di%itale ' le%%ermente di#ersa. *nzitutto l)unità di misura ' il dNfs e il #alore pialto ' sempre 0 dNfs. Lltre $uesto #alore si a distorsione di%itale. "l suono della distorsione

di%itale risulta molto di#erso da $uello della distorsione analo%ica e inoltre la distorsioneanalo%ica aumenta in modo pro%ressi#o mano mano ce superiamo la zona di eadroommentre un se%nale di%itale passa repentinamente dalla riproduzione corretta -sotto lo 0 dN fs

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alla distorsione -sopra lo 0 dNfs. Bi se%uito #iene riportato il confronto fra la scala dNfs e lascala dNu( notiamo come 0 Vu cio' ^4dNu corrispondano a F15 dNfs

Valori tipici di d("s 

 / ,ome si #ede( nella formula per rica#are il #alore dei dN a partire dalla tensione( il fattore

moltiplicati#o del lo%aritmo ' ora pari a 20. Bun$ue nel caso di potenze a!!iamo un fattore pari a10( nel caso di tensioni il fattore #ale 20.

3.7. #tandard $perating Le%el 

*!!iamo detto ce una catena audio ' l)insieme de%li stadi ce un se%nale audio attra#ersa peressere continuamente trasformato in ci di cui a!!iamo !iso%no. L%ni stadio rice#e in in%resso unse%nale elettrico( lo manipola e restituisce in uscita il risultato della manipolazione ce a operato.,i ce esce da $uesto stadio andrà #erosimilmente all)in%resso di uno stadio successi#o ce opereràuna nuo#a trasformazione e cos #ia. er fissare le idee possiamo imma%inare ce l)ultimo stadio ceconsideriamo sia un amplificatore di potenza Ampli"icazione / colle%ato ad un sistema di altoparlanti.

,osa succede se l)uscita di uno stadio risulta essere ad un #olta%%io molto ma%%iore del #olta%%io celo stadio successi#o ' in %rado di %estireO. a risposta non ' immediata e comprende molti fattori(diremo per %eneralizzare ce il secondo stadio si tro#erà a manipolare un se%nale troppo alto per cuinon ' stato tarato. ,i porta all)introduzione di una distorsione istorsione da saturazione / ce saràtanto ma%%iore $uanto pi il se%nale sarà ma%%iore di $uello ce il secondo stadio si aspetta. Ha cosasi aspetta il secondo stadioO a risposta ' nel L -tandard Lperatin% e#el( il li#ello standard dioperati#ità. er esempio possiamo dire ce il L di un certo modulo ' di 1Volt e con ciintenderemo ce il se%nale audio ce transita per $uello stadio a#rà #alori massimi attorno a 1 Volt-in realtà il L #iene misurato in dN o di poco superiori. L%ni componente audio la#ora ad un certoL e otterremo il massimo delle sue prestazioni facendolo intera%ire con altri componenti cela#orano allo stesso L.

ella ta!ella se%uente #en%ono riportati i #alori del L e il corrispondente #olta%%io nei di#ersicontesti di operati#ità

Tabella ?B0B Valori di ri"erimento per lo #tandard $perating Le%el

Contesto di operatività dB olt

rofessionale 4 %Bu 1.2 C

'emi#rofessionale #10 %BC 0.32 C

Broa%ast 6#8 %Bu 1.55 C#1.95 C

"iFi#Dtente me%io #10 %Bu 0.25 C

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Lsser#ando $uesta ta!ella si possono fare interessanti considerazioni. "ntanto #ediamo come o%nicontesto a!!ia una sua misura in dN dei #alori di riferimento -dNu in am!ito professionale( semiFpro e!roadcast( dNV in am!ito semiFprofessionale. Ha il #ero dato interessante ' la colonna dei #olta%%i.Vediamo come per am!ito professionale il #olta%%io relati#o al L ' 1.2V mentre nel campo >i:i 'pari a 0.25V. "l primo se%nale a un)ampiezza circa pari a 5 #olte $uella del secondo e dun$uepermette una riproduzione molto pi fedele -per con#incer#i di $uesto fatto imma%inate di la#orare

con un L di 0.000001V( sareste ancora in %rado di apprezzare una differenza tra due #olta%%i deltipo 0.0000015V e 0.0000016V O. Bun$ue pi ' alto il L -pi ' alto il #olta%%io a cui si la#ora pila riproduzione della forma d)onda ' accurata. L##iamente la $ualità costa+ circuiti ce la#orano con#olta%%i pi alti sono pi costosi e $uesta re%ola #ale in %enerale e #errà ripetuta pi #olte in $uestocorso.

3.8. 2namic ange 

er dKnamic ran%e -dinamica si intende l)inter#allo misurato in dN -$uale dN poi #aria a seconda delcontesto di cui si sta considerando la dinamica tra il #alore minimo ce il se%nale audio puassumere e $uello massimo. "n natura i suoni anno una certa dinamica. &n refolo di #ento a una

dinamica piccola percS il suo #alore massimo in dN non ' molto superiore a $uello ce si a inassenza di suono. a dinamica del suono %enerato da un ura%ano in#ece ' molto pi ampia. "noltre innatura ' sempre presente un rumore di fondo ce possiamo attestare( in un am!iente cittadinomediamente rumoroso( a circa 30dNspl. Bun$ue suoni ce producono un numero di dNspl inferiore a 30possono essere trascurati nel senso ce non #en%ono percepiti con ciarezza essendo mascerati dalrumore di fondo. el nostro %enerico esempio potremo considerare ce la ma%%ior parte dei suoninon #a oltre i 100 dNspl e dun$ue assesteremo su $uesto #alore il nostro L. ;utta#ia pu capitarece per !re#i periodi #en%ano prodotti suoni di intensità ma%%iore( diciamo non oltre un #aloremassimo di 120 dNspl -#alore ce corrisponde approssimati#amente alla so%lia di dolore per l)oreccioumano. ella parte a sinistra della fi%ura sottostante possiamo #edere la scala con i #alori cea!!iamo fissato

2namic ange

a differenza in dN tra il L e il rumore di fondo #iene ciamata rapporto se%nale rumore -GFi%nal to oise Gatio e dà una misura di $uanto un suono sia Wpi forteW del rumore di fondo. adifferenza in dN tra il #alore massimo della dinamica e il L #iene detta >eadroom  / . a somma indN tra l)>eadroom e il G ' il BKnamic Gan%e -er a#ere ciare $ueste %randezze riferirsi alla partesinistra della fi%ura precedente. &na #olta definito $uesto insieme di #alori in am!ito fisico possiamo#ederne l)e$ui#alente elettrico -parte a destra della fi%ura soprastante. er prima cosa focalizziamol)attenzione sul rumore. Qualsiasi apparato elettrico ' affetto da rumore -per esempio il rumoretermico dei componenti elettronici o il naturale fruscio di un nastro ma%netico. Questa #olta per sitratta di un rumore elettrico e dun$ue misurato in dNu e non pi in dNspl( supponiamo di a#er misuratoun #alore del rumore di fondo pari a F66dNu. "l nostro L( dato ce #o%liamo la#orare conattrezzature professionali( sarà ̂ 4dNu -e$ui#alenti dei 100 dNspl mentre come >eadroom possiamoprendere 20 dNu per mantenere le proporzioni con il caso reale. :acendo un po) di conti otteniamo un

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G di 70dNu e dun$ue una dinamica di 90dNu. ,on $uesti #alori fissati saremmo sicuri di poterriprodurre correttamente $ualsiasi suono compreso tra i #alori di 30dNspl e 120dNspl cio' con unadinamica di 90dNspl. e si pensa ce i !rani da discoteca #en%ono compressi fino ad arri#are ad a#ereuna dinamica massima di 30dN capite ce con 100dN di dinamica a disposizione si possono fare %randicose.

&n #alido esempio ' la re%istrazione di un)orcestra. "n $uesto caso infatti si #a da #alori molto !assidi dNspl nelle parti in cui sussurra un solo strumento a #alori molto alti $uando per esempio tutti %listrumenti suonano insieme in crescendo trionfale. ,on 90dNu a disposizione ' possi!ile re%istrare tutti$uesti suoni di intensità cos di#ersa con la stessa fedeltà.

&n altro esempio ' la re%istrazione di una #oce ce in un !rano passa dal sussurro all)urlo.Reneralmente si predispon%ono pi microfoni e si settano i preamplificatori a #alori di#ersi del Lo%nuno ottimizzato per una particolare intensità sonora. "n fase di missa%%io poi si com!ineranno le#arie sezioni re%istrate in modo ce la riproduzione sia fedele in tutte le parti del !rano.

Lra capiamo ance me%lio i #alori della ta!ella del para%rafo precedente. Valori di L ma%%iori edun$ue #olta%%i pi alti sono pi lontani dal rumore di fondo e dun$ue consentono una dinamicama%%iore.

 / etteralmente spazio per la testa

3.9. Fonometri 3.-.1. :isuraori di d?spl 

Reneralmente #en%ono costruiti con all)interno un microfono molto sensi!ile e sono tarati per

rile#are una pressione sonora con una risposta ce riproduce $uella dell)oreccio umano.

Bi solito ' presente uno sitc di taratura dell)appareccio in relazione alla sor%ente sonora damisurare( $uesto fa s ce #en%a atti#ato un circuito di misurazione piuttosto ce un altro

Circuito A a cur#a di risposta del circuito corrisponde alla cur#a isofonica a 40 pons dell)oreccioumano Cur%e iso"oniche / e consente misure accurate di pressioni sonore modeste come $uelle%enerate nell)am!ito di una normale con#ersazione.

e misure fatte con $uesto circuito #en%ono espresse in dNF,.

Circuito ! a cur#a di risposta del circuito corrisponde alla cur#a a 70 pons dell)oreccio umano. Aadatto a misure di pressioni sonore comprese tra i 55 e %li 85 dNspl.

e misure fatte con $uesto circuito #en%ono espresse in dNFN.

Circuito C *tti#a un circuito con una cur#a di risposta piatta. A adatto a letture di #alori ma%%iori di85 dNspl.

e misure fatte con $uesto circuito #en%ono espresse in dNF,.

* #olte ' presente ance un circuito di tipo B adi!ito a misure di pressioni sonore molto ele#ate.

3.-.2. Vu :eers

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o zero( nei Vu Heters indica sempre il L dun$ue per le apparecciture professionali( indica ^4dNu -1.2V mentre sull)>iF:i di casa indica F10dNu -0.25V. " Vu meters danno una misura del GH delse%nale ossia del suo #alore efficace e #en%ono utilizzati per apparecciature analo%ice soprattuttosui re%istratori. on sono fatti per #isualizzare tutti i transienti del se%nale data ance la massainerziale de%li indicatori.

3.-.3. PP: :eers

E st )er ea ro(ram Eeter e ome %ie il nome fornise una misura %ei +alori %i )io %el

se(nale e non %el +alore effiae. noltre il misuratore se(ue tutti i transienti %el se(nale e +iene

im)ie(ato so)rattutto )er misure su se(nali %i(itali. &unit %i misura * il %B fs d("s ,Full #cale. : .

4. Fondamenti di elettronica

#ommario

4.1. Introduzione 4.2. L'elettricità 4.3. Componenti elettronici 

4.3.1. esistenza 4.3.2. Condensatore 4.3.3. Induttore 4.3.4. Impedenza 4.3.5. iodo 4.3.6. Transistor 4.3.7. Ampli"icatore operazionale 4.3.8. Tras"ormatore 

4.4. Legge di $hm& Potenza& Forza elettromotrice 4.4.1. Legge di $hm 4.4.2. Potenza 4.4.3. Forza elettromotrice 

4.5. Circuiti elettrici 4.6. Impedenza di un circuito 

"n $uesta sezione #erranno esposte le nozioni fondamentali di elettronica ce consentono unacomprensione approfondita di tutti %li ar%omenti trattati in $uesto corso. raticamente o%ni aspettodell)in%e%neria del suono( nel momento in cui una pressione sonora #iene con#ertita in un se%naleelettrico( coin#ol%e principi e le%%i di elettronica+ la comprensione di tali concetti permette dioperare con co%nizione di causa all)interno del contesto con cui si a a ce fare e di ottenere i

mi%liori risultati. el se%uito #errà spie%ata la natura dell)elettricità e il suo impie%o in semplicicircuiti al cui funzionamento potrà essere ricondotto a $uello delle maccine comunementeimpie%ate nella pratica audio.

4.2. L'elettricità 

Questo ' un termine %enerico ce racciude in sS una serie di %randezze e di re%ole ce ciapprestiamo ad approfondire. er o%ni %randezza ce #errà introdotta( #errà ance associata unalettera ce la identifica all)interno delle formule e dei circuiti in cui $uesta ' coin#olta. a %randezzafisica pi importante ' la corrente -" ce #iene misurata in *mpere( %enerata dallo scorrimento dielettroni all)interno di un conduttore. Quest)ultimo( come o%ni elemento fisico esistente( ' compostoda atomi( essendo un atomo scematizza!ile come una particella dotata di un nucleo ce possiedeuna carica definita con#enzionalmente come positi#a e un certo numero di elettroni -caricatine%ati#amente ce or!itano attorno al nucleo -naturalmente le cose stanno in modo infinitamentepi complicato ma $uesto ' un corso di "n%e%neria del suono e non di Heccanica Quantistica e $uindi

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ci sentiamo li!eri di operare le semplificazioni necessarie alle nostre dissertazioni( purc' $ueste nonstra#ol%ano troppo la realtà. Rli elettroni sono trattenuti dal nucleo dalla opposta polarità in $uantodue elementi dotati di carica opposta si attra%%ono mentre due elementi con stessa polarità sirespin%ono. a forza con cui $uesti due poli si attra%%ono #aria a seconda del tipo di atomo -ossia aseconda del materiale ce stiamo considerando per i metalli ' una forza molto de!ole( per imateriali isolanti ' una forza molto pi difficile da #incere. ,ome #edremo( ' $uesto il moti#o per

cui i metalli sono de%li ottimi conduttori mentre %li isolanti non lo sono. ,onsideriamo infatti un ca#odi rame( materiale altamente conduttore( ai cui due estremi appliciamo due carice una positi#a euna ne%ati#a.

3enerazione di una corrente

Rli elettroni appartenenti a%li atomi di rame all)interno del conduttore( essendo di polarità ne%ati#a(#erranno attirati #erso la carica positi#a e respinti dalla carica ne%ati#a. roprio percS il le%ame tra

%li elettroni e il nucleo ' molto de!ole nei materiali conduttori( %li elettroni #en%ono )strappati) alnucleo %enerando cos un flusso di carice -$. a misura della $uantità di carica #iene data in,oulom! -,. * $uesto punto ne sappiamo a!!astanza per definire una corrente come la $uantità dicarica ce scorre in un conduttore nell)unità di tempo -1 secondo. a misura della corrente #ienedata in *mpere D /. Befiniamo me%lio le carice ce a!!iamo applicato al conduttore. &n accumulolocalizzato di carice di se%no positi#o o ne%ati#o #iene definito come potenziale. *pplicando duecarice di#erse ai capi del conduttore si %enera una differenza di potenziale ce #iene definita cometensione -V e #iene misurata in Volt. *pplicando una tensione ai capi di un conduttore si in%enera loscorrimento di una corrente il cui #alore dipende dalla tensione applicata e dalle caratteristice delconduttore.

Quando la corrente o la tensione sono costanti nel tempo di parla di tensione o corrente continua 

mentre $uando #ariano nel tempo si parla di tensione o corrente alternata. &n classico esempio ditensione alternata ' $uello delle normali prese di corrente casalin%e in cui tro#iamo una tensionealternata di andamento sinusoidale con fre$uenza pari a 50 >z e ampiezza costante pari a 220 Volt.

D / ,ome in tutte le formule fisice( attenzione a non confondere il sim!olo della %randezza -" per lacorrente con il sim!olo della sua misura -* di *mpere ce da una misura della corrente( diremo ceuna corrente " misura per esempio 5 *mpere. er definizione 1 *mpere ' la corrente %enerata da unacarica di 6.26J1018 elettroni ce passa attra#erso un conduttore in 1 secondo."n formule Q C " J t-QCcarica( misurata in ,oulom!( "Ccorrente( misurata in *mpere( tCtempo( misurato in secondi.

4.3. Componenti elettronici 

a storia dell)elettronica ' stata se%nata dall)introduzione di componenti ce anno aperto a nuo#esoluzioni e tecnolo%ie. a #era ri#oluzione si ' a#uta con l)introduzione del transistor( preceduta da$uella del diodo( ce a se%nato la nascita definiti#a dell)elettronica di%itale portandoall)introduzione dei microprocessori. el se%uito #en%ono illustrati i principali componenti e le lorocaratteristice.

4.3.1. esisenza

a resistenza ' un componente ce si oppone al passa%%io di corrente elettrica dissipando ener%iasotto forma di calore. Viene indicata con la lettera G e #iene misurata in Lm. ,ome #edremo me%liopi a#anti descri#endo la le%%e di Lm( la resistenza le%a in un)unica formula la tensione V e la

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corrente ". "n particolare( applicando una tensione V ad una resistenza G si %enera il passa%%io di unacorrente " e le tre %randezze in %ioco sono le%ate dalla relazione

$uazione 4.1. e%%e di Lm

4.3.2. @ondensaore

Questo componente ' costituito da due placce parallele di metallo poste ad una distanza moltopiccola. e alle due placce #iene applicata una tensione( $ueste sono in %rado di mantenere lacarica accumulata %enerando cos un campo elettrico all)interno della fessura( ce ' assimila!ile alpassa%%io di una corrente( come #iene mostrato in fi%ura

Carica di un condensatore

a $uantità di carica ce un condensatore ' in %rado di imma%azzinare #iene ciamata capacità -, e#iene misurata in :arad. a fi%ura mostra un condensatore di capacità , a cui #iene applicata unatensione V. a formula ce le%a capacità( tensione e carica accumulata ' la se%uente

$uazione 4.2. ,arica di un condensatore

Quando ad un condensatore inizialmente scarico #iene applicata una tensione( $uesto si cominicia acaricare finc' non ra%%iun%e il massimo della carica ce pu accumulare. Lltre $uesto punto ilcondensatore non ' ulteriormente in %rado di imma%azzinare carica e( se la tensione #iene rimossa( ilcondensatore rimane carico. &n condensatore carico presenta una tensione costante ai suoi capi e se#iene connesso ad una resistenza si scarica su $uesta %enerando una corrente. " due processi di carica

e scarica di un condensatore non sono istantanei ma a##en%ono in un certo tempo ce dipende dallecaratteristice del condensatore e del circuito in cui ' inserito. Burante la carica del condensatore(si a un mo#imento di carice di se%no opposto ce si accumulano sulle due placce e $uestomo#imento di carice %enera una corrente. Quando il condensatore ' completamente carico( nonpermette l)accumulo di ulteriori carice e dun$ue si comporta come un circuito aperto ce impedisceil passa%%io di corrente. Questo comportamento ' alla !ase del funzionamento dei filtri passaFaltoFiltri / . ensiamo di applicare al condensatore una tensione con un andamento sinusoidale. e lafre$uenza della sinusoide ' tale ce la semionda positi#a ' pi rapida del tempo di carica delcondensatore( $uesto non farà in tempo a ra%%iun%ere la sua massima carica e sopra%%iun%erà lasemionda ne%ati#a a scaricarlo. "n $uesto modo il passa%%io di corrente all)interno del condensatorenon si interrompe mai. Vice#ersa nel caso di una fre$uenza !assa( il condensatore ra%%iun%e la suacarica massima prima ce la semionda positi#a si esaurisca e in $uel momento !locca il passa%%io di

corrente. Bun$ue un condensatore !locca il passa%%io delle !asse fre$uenze -ce ne pro#ocano lacarica completa ce interrompe il passa%%io di corrente e pu essere impie%ato come filtro passaalto

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#emplice "iltro passa!alto

4.3.3. nduore

Quando un conduttore #iene immerso in un campo ma%netico( $uest)ultimo attira %li elettroniall)interno del conduttore mettendoli in mo#imento e $uesto %enera una corrente. Vice#ersa( inprossimità di un conduttore attra#ersato da una corrente si %enera un campo ma%netico le cui lineedi forza si distri!uiscono come in fi%ura

Campo magnetico indotto da una corrente in un conduttore

ei circuiti l)induttore #iene identificato con la lettera e il suo #alore di induttanza #iene misuratoin >enrK. &n induttore ' in sostanza un conduttore a##olto in forma di spirale. Quando #iene percorsoda una corrente( si %enera un campo ma%netico le cui linee di forza si distri!uiscono come in fi%ura

Campo magnetico indotto da una corrente in un induttore

&n induttore pu essere efficacemente impie%ato come filtro passaF!asso sfruttando una proprietà diinerzia del campo ma%netico. *pplicando una corrente con un andamento sinusoidale #iene %eneratoun campo ma%netico anc)esso sinusoidale. ;utta#ia se la fre$uenza ' troppo ele#ata( la semiondane%ati#a %enera un campo ma%netico con linee di forza opposte a $uelle %enerate dalla semionda

positi#a ce non anno ancora fatto in tempo a estin%uersi+ in $uesto modo #iene impedito ilpassa%%io di corrente. a fi%ura se%uente mostra un esempio di circuito con funzionalità di filtropassa!asso

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#emplice "iltro passabasso

,om!inando le azioni di condensatori e induttori si possono realizzare circuiti con funzionalità difiltro passaF!anda

#emplice "iltro passabanda

4.3.4. mpedenza

Quando ad un condensatore #iene applicato un se%nale contenente un insieme composito difre$uenze( come un se%nale audio( rea%isce in modo di#erso per o%ni fre$uenza. "noltre( essendoo%ni componente costruito con materiali ce anno una determinata resistenza( per identificare ilcomportamento del componente si utilizza una %randezza ce tiene conto di $ueste caratteristice.a %randezza prende il nome di impedenza e #iene indicata con la lettera U. er un condensatoreassume il #alore se%uente

$uazione 4.3. "mpedenza del condensatore

a formula indica ce l)impedenza di un condensatore dipende dalla fre$uenza. "noltre a duecomponenti la prima prende il nome di resistenza e dà una misura dell)effetti#a resistenza delcomponente( la seconda prende il nome di reattanza e introduce la dipendenza dalla fre$uenza."nfine il sim!olo _ indica ce la reattanza ' un numero immaginario. on spa#entate#i( non sarànecessario andare pi a fondo di cos. ,i ce ' stato detto finora sarà sufficiente per capire le

implicazioni ce $ueste $uestioni anno sul se%nale audio e i circuiti ce lo manipolano. otare ceper fC0 -' il caso della corrente continua( l)impedenza del condensatore di#enta infinita simulandoun circuito aperto mentre per fCinfinito l)impedenza coincide con la resistenza.

*nalo%amente( per l)induttore a!!iamo un #alore di impedenza pari a

$uazione 4.4. "mpedenza dell)induttore

otare ce per fC0 l)impedenza conincide con la resistenza mentre per fCinfinito l)induttore sicomporta come un circuito aperto. Ba $uesto punto di #ista( condensatore e induttore annocomportamenti opposti.

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4.3.5. 7iodo

Questo componente permette il passa%%io di corrente in un solo #erso. *pplicando una tensione conun certa polarità ai suoi capi si a uno scorrimento di corrente. *pplicando la polarità opposta non sia passa%%io di corrente. "l sim!olo utilizzato nei circuiti per rappresentarlo ' il se%uente

iodo

&n particolare tipo di diodo ' il B -i%t mittin% Biode( diodo ad emissione luminosa. Questocomponente a la proprietà di li!erare un fascio di fotoni -in soldoni si illumina $uando #ienepercorso da una corrente.

4.3.6. ,ransisor

&n transistor ' ottenuto confi%urando opportunamente due diodi. A dotato di tre connettori base(collettore ed emettitore.

"l suo sim!olo ' il se%uente

Transistor

Viene utilizzato in di#erse modalità e confi%urazioni. Quella ce interessa nella pratica audio ' la sua

funzione di amplificazione.

&n transistore ' in %rado di fornire un)amplificazione di potenza cos come un)amplificazione ditensione o di corrente. Vediamo un esempio del suo funzionamento.

*pplicando una piccola #ariazione di tensione tra emettitore e !ase si produce una escursionerelati#amente ele#ata della corrente sull)emettitore. &na frazione di $uesta #ariazione di corrente(#iene raccolta dal collettore aumentando in $uesto modo la differenza di potenziale tra !ase ecollettore. Quindi( una piccola #ariazione di potenziale applicata tra !ase ed emettitore produce unarelati#amente ele#ata #ariazione di tensione tra !ase e collettore realizzando dun$ueun)amplificazione di tensione.

4.3.. Ampli$icaore operazionale

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Questo tipo di amplificatore ' in %rado di amplificare una differenza di se%nali. "l sim!olo usato ' ilse%uente

Ampli"icatore operazionale

Viene comunemente usato come stadio di in%resso per le connessioni !ilanciate ce sono descrittenel detta%lio nella sezione relati#a alle connessioni Connessioni *lettriche (ilanciate / e nei fader ditipo V,* Controlli VCA / .

4.3.. ,ras$ormaore

Questo componente sfrutta l)induzione elettromagnetica E / dei conduttori disposti in forma dia##ol%imento. e nelle #icinanze di un a##ol%imento percorso da corrente( poniamo un altroa##ol%imento( il campo ma%netico del primo in#estirà il secondo inducendo al suo interno unacorrente. "l numero di spire di o%ni a##ol%imento determina la differenza tra le due correnti e diconse%uenza determina il rapporto tra le tensioni ai capi dei due a##ol%imenti. Bun$ue untrasformatore( come dice il nome( trasforma una tensione in un)altra. a fi%ura se%uente mostra untrasformatore in sui l)a##ol%imento primario a 20 spire e il secondario 10. *pplicando una tensionedi 10 V al primario si ottiene una tensione di 5 V sul secondario

Tras"ormatore

&n)altra importante proprietà del trasformatore consiste nel fatto ce pu fun%ere da adattatore di

impedenza. ,ome #edremo parlando della catena di amplificazione nella relati#a sezione( 'necessario ce $uando si connettono due componenti( l)impedenza di uscita del primo e $uella diin%resso del secondo a!!iano #alori ce rispettano un !en preciso rapporto. Quando si rendenecessario cam!iare il #alore dell)impedenza -ossia realizzare un adattamento di impedenza(lasciando in#ariate le altre %randezze elettrice( si pu ricorrere ad un trasformatore in cui si a%iscesul rapporto tra il numero di spire del primario e del secondario.

E / ,on il termine induzione si indica l)azione elettroma%netica di un componente elettrico su un altro

ce si tro#a nel ra%%io d)azione del suo campo ma%netico.

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4.4. Legge di $hm& Potenza& Forza elettromotrice 

4.4.1. Legge di hm

a le%%e di Lm le%a in un)unica formula le %randezze coin#olte in un circuito ossia tensione -V(corrente -" e resistenza -G. >a tre espressoni ce sono e$ui#alenti e pro#en%ono da semplicioperazioni al%e!rice sulla formula di !ase

•

•

•

:acciamo un esempio pratico per toccare con mano $ueste %randezze. *pplicando una tensione di

220 Volt ad un conduttore di 50 Lm a!!iamo una corrente pari a

$uazione 4.5. ,alcolo della corrente con la le%%e di Lm

4.4.2. Poenza

"n fisica( la potenza ' pari al la#oro compiuto da una sor%ente di forza $uando produce unospostamento nell)unità di tempo. "n altre parole( se imma%iniamo di prendere un peso e spostarlo di$ualce metro a!!iamo compiuto un lavoro ce misuriamo come potenza. "n elettronica la potenza#iene calcolata in modo di#erso ma ' importante il fatto ce in $ualsiasi contesto fisico si calcoli lapotenza i risultati sono tutti e$ui#alenti. er imma%inare $uesto fatto pensiamo ad un esempioconcreto un amplificatore ce pilota un altoparlante. er spostare la mem!rana dell)altoparlante -la$uale a sua #olta pro#ocerà lo spostamento d)aria do!!iamo compiere un la#oro ce e$ui#ale a unapotenza. Bun$ue il nostro amplificatore do#rà s#iluppare una potenza elettrica e$ui#alente allapotenza fisica necessaria per mettere in mo#imento la mem!rana.

a le%%e di Lm pu assumere molteplici espressioni oltre alle tre #iste in precedenza. &na di $uestecoin#ol%e al suo interno la definizione di potenza ce #iene definita come prodotto della tensione perla corrente e #iene misurata in ]att

$uazione 4.6. otenza

ostituendo V o " con le espressioni della le%%e di Lm otteniamo

$uazione 4.7. e%%e di Moule

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Questa formula prende il nome di "egge di #oule

4.4.3. Forza eleromorice

"l mi%lior esempio di forza elettromotrice ' dato dalle comuni !atterie. Queste sono in %rado difornire ai propri capi una differenza di potenziale costante finc' non si esauriscono. ,i #ienerealizzato a!!inando opportuni elementi cimici all)interno ce( #enendo in contatto( %eneranoelettroni. Han mano ce %li elettroni #en%ono consumati -a!!iamo per esempio messo le pile in unatorcia elettrica( i componenti cimici si modificano perdendo pro%ressi#amente le loro proprietà.Quando i componenti non sono pi in %rado di fornire elettroni( la pila ' esaurita.

Riassumen%oG un elemento batteria !e fornise una forza elettromotrie )resenta ai suoi a)i una

tensione ostante.

4.5. Circuiti elettrici 

Quando componenti elettrici #en%ono colle%ati tra loro per ottenere un determinato risultato si 'realizzato un circuito elettrico. " circuiti elettrici possono essere scematizzati utilizzando unaopportuna sim!olo%ia per i componenti e le %randezze elettrice ce sono coin#olte. L%nicomponente rea%isce secondo re%ole di#erse alle %randezze elettrice ce lo sollecitanto+ attra#erso%li scemi elettrici e le formule ad essi associate ' possi!ile a#ere un controllo completo sulfunzionamento del circuito. el circuito se%uente e#idenziamo come applicando una tensione ai capidi una resistenza( %eneriamo al suo interno uno scorrimento di corrente.

#emplice circuito

Vediamo ora una serie di semplici circuiti ce tutta#ia sono importanti perc' a $uesti possonoessere ricondotti casi di circuiti pi complicati.

• Circuito in serie "n $uesto tipo di circuito la corrente passa interamente attra#erso ciascunadelle resistenze

Circuito con resistenze in serie

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)intero circuito a una resistenza e$ui#alente pari alla somma delle resistenze messe inserie

$uazione 4.8. Gesistenza e$ui#alente di due resistenze in serie

otiamo ce il #alore totale aumenta all)aumentare delle resistenze.

• Circuito in parallelo "n $uesto tipo di circuito( la corrente #iene suddi#isa in pi parti o%nunadelle $uali scorre in una delle resistenze. i la resistenza ' !assa pi ' %rande la $uota partedi corrente ce la attra#ersa

Circuito con resistenze in parallelo

)intero circuito a una resistenza e$ui#alente data dalla se%uente formula

$uazione 4.9. Gesistenza e$ui#alente di due resistenze in parallelo

cio' il #alore totale diminuisce all)aumentare del numero di resistenze in parallelo.

• $artitore resistivo Questo tipo di circuito #iene utilizzato $uando ' necessario suddi#idere latensione di cui si dispone in tensioni pi piccole

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Partitore resisti%o

$uazione 4.10. :ormule ce descri#ono il partitore resisti#o

4.6. Impedenza di un circuito 

" circuiti #isti finora impie%ano componenti $uali resistenze( condensatori e induttori. :inc' letensioni e le correnti impie%ate sono continue ossia anno ampiezza costante( i #alori di resistenza(capacità( induttanza si manten%ono costanti. ;utta#ia $uando $uesti circuiti #en%ono alimentati contensioni e correnti alternate -sinusoidi a fre$uenza fissata oppure se%nali( $uali il se%nale audio(contenenti un)insieme esteso di fre$uenze i #alori dei componenti #ariano al #ariare della fre$uenza.,i implica ce un circuito rea%isce di#ersamente alle di#erse fre$uenze. imitandoci ai trecomponenti G( ( , finora #isti( possiamo introdurre la le%%e di Lm %eneralizzata ce prende laforma se%uente

$uazione 4.11. e%%e di Lm %eneralizzata

Questa scrittura si%nifica ce tutte le %randezze coin#olte dipendono dalla fre$uenza. "n particolareil #alore U-f misura l)impedenza ossia la $uantità di resistenza e reattanza complessi#e del)interocircuito. ssendo $ueste %randezze #aria!ili( non potranno essere descritte da un semplice #alorecostante ma piuttosto #erranno rappresentate su un %rafico ce ne mostrerà il #alore per tutti i #aloridi fre$uenza dei se%nali coin#olti nel circuito. "n realtà tutte $ueste %randezze #en%ono descritte dadue %rafici( uno relati#o all)ampiezza -indicato con la lettera * e uno alla fase -indicato con lalettera :i. Verrà ora presentato un esempio ce illustra praticamente tutti i concetti fin $ui esposti.

,onsideriamo un filtro passa alto ce come a!!iamo #isto pre#ede l)impie%o di un condensatore. Batoce l)altoparlante pu essere #isto dal punto di #ista del circuito come una resistenza -per essere

precisi #iene #isto come un)impedenza ma in $uesto caso possiamo trascurare la parte di reattanza.Bun$ue il circuito passaFalto a#rà lo scema se%uente

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Filtro passa!alto

)impedenza di $uesto circuito sarà data dalla formula

$uazione 4.12. "mpedenza del filtro passaFalto

in cui Gc ' la parte di resistenza del condensatore. *ttra#erso $ualce calcolo -ce per non #ienemostrato in $uanto implica conoscenze matematice sui numeri imma%inari possiamo calcolareampiezza e fase della %randezza U al #ariare della fre$uenza. i ce il calcolo ci interessal)andamento delle due cur#e e il loro si%nificato. &n %enerico filtro potre!!e a#ere le se%uenti cur#eper l)ampiezza e la fase

iagrammi di ampiezza e "ase di un "iltro passa!alto

• Diagramma di Ampiezza dato ce in un filtro passa alto tutte le fre$uenze minori dellafre$uenza di ta%lio -nel nostro caso 440 >z #en%ono eliminate dal se%nale ci si%nifica cel)impedenza a tali fre$uenze ' molto alta per impedire al se%nale di passare. opra i 440>za!!iamo un %uada%no di 0dN ossia impedenza nulla e ci si%nifica ce al di sopra della

fre$uenza di ta%lio tutte le ampiezze restano inalterate.• Diagramma di fase Questo dia%ramma mostra lo sfasamento tra le due %randezze le%ate

dall)impedenza. el nostro caso la tensione V-f del circuito e la corrente "-f ce attra#ersa icomponenti.

a fase ' un fattore molto importante( ance se spesso trascurato( nella pratica audio in $uanto puintrodurre #istosi effetti indesiderati. Reneralmente si desidera un dia%ramma di fase piatto a 0%radi( tutte le %randezze sono in fase e non ci sono pro!lemi. ;utta#ia ci non ' possi!ile in $uanto i