La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore B. Interazione tra onde sonore C. Caratteri fisici del suono D. Fenomeni uditivi E. Cenni di.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore B. Interazione tra onde sonore C. Caratteri fisici del suono D. Fenomeni uditivi E. Cenni di."— Transcript della presentazione:

1

2 1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore B. Interazione tra onde sonore C. Caratteri fisici del suono D. Fenomeni uditivi E. Cenni di acustica architettonica LEZIONE #1 An drea Ferrara

3 2 1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore Il suono è un fenomeno oscillatorio Es: Massa sospesa ad una molla Tempo Ampiezza Il legame tra ampiezza y e tempo t è descritto dalla Equazione di Newton F k y m a y(t) y 0 sin ( 2 ft) da cui: Equazione moto armonico Frequenza oscillazione 2 f k/m

4 3 1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore Ogni corpo macroscopico è costituito da atomi connessi da piccole molle atomiche molle frequenza fondamentale f 0 seconda armonica 2f 0 atomi Es: Corda fissata agli estremi Comuni sorgenti di vibrazione Corde Colonne daria nelle canne Barre Trasmettitore Ricevitore

5 4 1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore Pressione dellaria in una canna c s f c s P/ 343 m/s aria Onda diretta Onda riflessa Ostacolo Velocità di propagazione del suono Riflessione delle onde sonore

6 5 1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore Diffrazione delle onde sonore

7 6 1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore Lenergia delle onde sonore è assorbita dal mezzo in cui esse si propagano; si trasforma in calore Perdite di volume (materiali coibenti) Perdite di superficie (ad es. drappo) aria I(x) I 0 exp( x) I(x) intensità sonora coefficiente di assorbimento dellenergia Es: Lastra coibente, 5 cm spessore, 1 cm -1 I(5cm) = 0.67% I 0

8 7 1 LA FISICA DEL SUONO B. Interazione tra onde sonore Combinazione di suoni (terzo suono di Tartini) Frequenza F < f Matematicamente sin ( 2 ft) sin ( 2 Ft) ½ cos[2 (f+F)t] ½ cos[2 (f-F)t] Risultano allascolto 4 frequenze: f frequenza originale F frequenza originale f f + F nuova frequenza, debole ampiezza f f F nuova frequenza, più intensa

9 8 1 LA FISICA DEL SUONO B. Interazione tra onde sonore Sovrapposizione di suoni (battimenti) Frequenza f Matematicamente y(t) y 1 y 2 2y 0 cos [ k x – t] sin (kx – t) k k 1 – k 2 = (1/ 1 - 1/ 2 ) 1 – 2 = (f 1 - f 2 ) P. Grossi, Battimenti (1965) ModulantePortante

10 9 1 LA FISICA DEL SUONO B. Interazione tra onde sonore Sovrapposizione di onde sinusoidali (sintesi additiva) Dente di sega Onda quadra Doppio dente di sega Triangolare simmetrica 0 T 2T Tutte le armoniche, 1/n Armoniche dispari, 1/n Armoniche pari, 1/n Armoniche dispari, 1/n 2 sgn alterni

11 10 1 LA FISICA DEL SUONO C. Caratteri fisici del suono Pressione sonora y(t) y 0 sin ( 2 ft)p(t) p 0 cos ( 2 ft) p 0 2 c s fy 0 Intensità sonora I ½ 2 y 0 2 c s ½ p 0 2 / c s p 0 2 / c s Lintensità [Watt/m 2 ] è proporzionale al quadrato dellampiezza di oscillazione Lintensità è proporzionale alla pressione quadratica media I min W/m 2 Soglia di udibilità(a 1000 Hz) I dB 10 log 10 ( I / I min ) Livello di intensità sonora E ½ky 0 2 ½ (m 2 )y 0 2 ½ ( V 2 )y 0 2 I ec s (E/V) c s ½ 2 y 0 2 c s

12 11 1 LA FISICA DEL SUONO C. Caratteri fisici del suono Intensità sonora I ½ 2 y 0 2 c s ½ p 0 2 / c s p 0 2 / c s Lintensità [Watt/m 2 ] è proporzionale al quadrato dellampiezza di oscillazione Lintensità è proporzionale alla pressione quadratica media I min W/m 2 Soglia di udibilità(a 1000 Hz) I dB 10 log 10 ( I / I min ) Livello di intensità sonora

13 12 1 Soglia di udibilità dellapparato umano (sperimentale) MUSICA LA FISICA DEL SUONO D. Fenomeni uditivi Soglia dolore

14 13 1 LA FISICA DEL SUONO D. Fenomeni uditivi La sonorità (loudness) di suoni di pari intensità dipende dalla loro frequenza. Stesso phon stessa dinamica CURVE ISOFONICHE Esperimento: Tre serie di 12 suoni di intensità decrescente a passi di 3 dB a (i) 50 Hz, (ii) 500 Hz, (iii) 4000 Hz Phon log 2 ( Son )

15 14 1 LA FISICA DEL SUONO D. Fenomeni uditivi Mascheramento sonoro Innalzamento della soglia di udibilità di un suono più debole (mascherato) S1 da parte di uno più intenso S2 (mascherante). Intensità in funzione della frequenza che deve avere S1 per essere udito quando S2 ha intensità pari al valore mostrato Frequenza di S2 Intensità di S2 Risultati più incerti per i suoni complessi (i.e. musicali)

16 15 1 LA FISICA DEL SUONO E. Cenni di acustica architettonica Riverberazione Platea Palco I I d I r W/4 r 2 W/A IdId IrIr Sala da concerto A assorbimento totale della struttura Livello sonoro Distanza dalla sorgente Raggio della sala IdId IrIr Tempo di riverberazione ( T r ) Tempo necessario affinchè lintensità di un segnale sonoro in uno spazio scenda di 60 dB (i.e. un milione di volte) Esempio: Suoni riverberati da: 1.Stanza brillanteStanza brillante 2.Stanza scuraStanza scura 3.Stanza grande e caldaStanza grande e calda 4.Effetto gateEffetto gate

17 16 1 LA FISICA DEL SUONO E. Cenni di acustica architettonica Criteri di qualità acustica T r I r /I d T r bassi /T r alti t d – t r

18 17 1 LA FISICA DEL SUONO E. Cenni di acustica architettonica Suono ed ambiente Tutti i suoni possono essere percepiti solo in un certo spazio; quindi ogni ascoltatore può essere raggiunto solo da suoni entro il suo Orizzonte acustico (sonografia) Bissingen (campagna) Lesconil (costa)

19 18 1 LA FISICA DEL SUONO E. Cenni di acustica architettonica Geografia sonora: mappe isobel

20 19 DALLE ONDE AI BIT A. La catena elettroacustica B. Proprietà dei segnali audio C. Rappresentazione del suono D. Digitalizzazione del suono E. Misure spettrali LEZIONE #2 An drea Ferrara

21 20 2 DALLE ONDE AI BIT A. La catena elettroacustica Componenti principali della catena elettroacustica Microfono PreamplificatoreDiffusore Amplificatore Mixer (D)SP Sorgente Studio

22 21 2 DALLE ONDE AI BIT A. La catena elettroacustica Il microfono sta al centro del cerchio ed è rivolto verso 0°. Le linee curve nere dentro il cerchio marcano i livelli di ampiezza del segnale in funzione dell'angolo di provenienza. Un microfono omnidirezionale trasduce il suono proveniente da qualsiasi direzione allo stesso livello di ampiezza; il bidirezionale capta il suono solo davanti e dietro; l'unidirezionale o cardioide capta solo davanti con una certa larghezza; il superdirezionale ha la stessa caratteristica ma è è più preciso. Microfoni (Caratteristiche di direzionalità)

23 22 2 DALLE ONDE AI BIT A. La catena elettroacustica Microfoni (tipologia) Dinamico Condensatore Il diaframma si muove in funzione dell'onda di pressione acustica; una bobina mobile, solidale con il diaframma, si muove nel campo magnetico prodotto da un magnete permanente ; a causa del fenomeno dell' induzione elettromagnetica, si genera una differenza di potenziale che varia in funzione del movimento del diaframma e, quindi, dell'onda sonora Il diaframma si muove in funzione dell'onda di pressione acustica e costituisce una delle armature di un condensatore; la differenza di potenziale (48V) ai capi del condensatore viene modulata in funzione del movimento del diaframma e, quindi, dell'onda sonora; sottraendo a questo segnale elettrico la tensione di 48V otterremo un segnale elettrico la cui forma riproduce esattamente quella del segnale acustico originario.

24 23 2 DALLE ONDE AI BIT A. La catena elettroacustica Mixer Una vista dall'alto di un piccolo mixer a 6 canali di ingresso su 4 di uscita. Dal basso verso l'alto notiamo gli sliders per i livelli di input e output, il panpot, i selettori del canale di uscita, le mandate effetti, la sezione filtri e il livello del preamplificatore microfonico. Sliders i/o Panpot e selettori Mandate effetti Filtri Livello pre-amp

25 24 2 DALLE ONDE AI BIT A. La catena elettroacustica Diffusori BOBINE CIRCUITO MAGNETICO CONO SOSPENSIONI SUPPORTO RIGIDO MEMBRANA MET TROMBA Diffusore magnetodinamico a bobina mobile Diffusione diretta A tromba

26 25 2 DALLE ONDE AI BIT B. Proprietà dei segnali audio Rappresentazioni continue (analogiche) Dominio temporaleDominio frequenziale/spettro tempo Pressione sonora 0 frequenza Ampiezza 0 f 1.Frequenza (f) :: Numero di oscillazioni per secondo 2.Periodo (T = 1/f):: Tempo necessario per una oscillazione 3.Lunghezza d'onda (λ):: Distanza tra due massimi consecutivi 4.Ampiezza (A):: Max deviazione dalla posizione di equilibrio 5.Fase (φ):: Differenza nel punto di partenza di due onde 6.Velocità (c s = λf):: Velocità di propagazione del suono Proprietà della sinusoide

27 26 2 DALLE ONDE AI BIT C. Rappresentazione del suono Rappresentazioni discrete (digitali) DecimaleBinarioNumero di bit Un numero binario di N cifre permette di rappresentare 2 N numeri decimali (i.e. tutti i numeri tra 0 a 2 N -1). Es: con 16 bit si possono rappresentare 2 16 =65536 numeri Convertitori ADC Tali apparati convertono il segnale audio continuo (i.e. convertito in potenziale elettrico dal microfono) in una stringa di numeri binari ad intervalli di tempo fissati.

28 27 2 DALLE ONDE AI BIT D. Digitalizzazione del suono Campionamento Sampling rate frequenza di prelevamento dei campioni dalla forma donda. Uguale a 1/ t Es: lo standard SR = Hz corrisponde a 44 campioni ogni millisecondo Teorema di Nyquist : per campionare un segnale di frequenza massima f max è necessario un SR 2f max

29 28 2 DALLE ONDE AI BIT D. Digitalizzazione del suono Problemi della digitalizzazione Errori di quantizzazione Aliasing Frequenze troppo alte, f u non hanno campioni a descriverle; quei campioni descrivono una frequenza più bassa, detta frequenza di aliasing f aliasing SR f u Dipende dallarrotondamento dei valori analogici nel passaggio al digitale (non-lineare e dipendente dalla forma del segnale). Crea un'oscillazione del rumore che viene rilevata dall'orecchio umano molto più facilmente di un rumore di sottofondo costante An example of audio with progressively worsening quantization noise Es: un file audio con errore di quantizzazione progressivamente più grande

30 29 2 DALLE ONDE AI BIT D. Digitalizzazione del suono Dinamica No. di bitIntervalliRange dinamico dB dB dB dB dB dB La dinamica in un dispositivo digitale viene calcolata con una formula a partire dal numero degli intervalli di quantizzazione. La formula è la seguente: Dynamic Range= 20 log 10 (IQ) = 20 log 10 (2 BIT ) = 6.02 BIT dB CD

31 30 2 DALLE ONDE AI BIT E. Misure spettrali Termine spettro usato in analogia con la luce (Newton 1781) Analisi armonica : ogni funzione periodica è rappresentabile con una somma infinita di funzioni semplici (es. seni e coseni) (Fourier 1822) Lanalisi armonica viene applicata per la prima volta ai segnali acustici (Ohm 1843) Il timbro viene compreso come risultante delle componenti armoniche di Fourier (Helmholtz 1863) Primi tentativi di visualizzazione dei segnali sonori (Tyndall 1875)

32 31 2 DALLE ONDE AI BIT E. Misure spettrali Analisi armonica (short-time Fourier spectrum) Segnale di input Tempo Ampiezza Segmento risultante FFT Frequenza Ampiezza Spettro di fase Segmento estratto t = 1 ms ÷ 1s Funzione finestra Moltiplicazione Triangolare, quadra, Hamming… Spettro di ampiezza

33 32 2 DALLE ONDE AI BIT E. Misure spettrali Sonogrammi Tempo [s] Frequenza [Hz] Ampiezza [dB] Voce (Mezzosoprano) Parametri Intervallo di ampiezze e tipo di scala Intervallo di frequenze e tipo di scala Distanza tra colonne successive (hop) Numero di campioni e dimensione finestra Numero di canali di frequenza Tipo di finestra

34 33 2 DALLE ONDE AI BIT E. Misure spettrali Sonogrammi e analisi musicale Cogan (1984) 13 Opposizioni Soniche M. Babbit, Ensembles for Synthesizer [Introduzione] Tavola delle opposizioni Rapporto -/+ Classificazione basata sugli stati di energia

35 34 2 DALLE ONDE AI BIT E. Misure spettrali La voce umana Tratto vocale come cilindro aperto/corda fissata ad un estremo Frequenza fondamentale: f 0 =500 Hz Armoniche: f m = (1,3,5,..)f 0 = 1500, 2500, 3500,.. Hz Lo spettro continuo emesso dalle corde vocali viene filtrato dalle risonanze del tratto vocale (laringe, faringe, cavità boccale/nasale) Spettro risultante formantico, gruppi di frequenze intorno a f m Sorgente suono Cavità risonante

36 35 2 DALLE ONDE AI BIT E. Misure spettrali Transienti Es: La 5 (880 Hz), vocalizzo, soprano s+ 0.2 s s+ 0.3 s

37 36 2 DALLE ONDE AI BIT E. Misure spettrali Tridimensionalità del timbro (teoria del tristimolo) t S f /S m S m /S a S a /S SONORITA: fondamentale prime 3 armoniche restanti armoniche Pienezza, soliditàBrillantezzaRicchezza a m Viola Tromba Clarinetto Trombone Oboe fondamentale parziali alta freq. parziali media freq.


Scaricare ppt "1 LA FISICA DEL SUONO A. Fenomenologia delle onde sonore B. Interazione tra onde sonore C. Caratteri fisici del suono D. Fenomeni uditivi E. Cenni di."

Presentazioni simili


Annunci Google