Cenni di Fisica del Suono: onde meccaniche ed elettromagnetiche

Introduzione alla Fisica del Suono

DA ALMENO UN CENTINAIO DI ANNI UNA COLONNA SONORA ACCOMPAGNA VIDEO DI OGNI GENERE, AL CINEMA, IN TELEVISIONE, SUI NUOVI MEDIA. LA CURA PER L'AUDIO AMPLIFICA NOTEVOLMENTE L'EFFICACIA COMUNICATIVA DI UN QUALUNQUE VIDEO. ANZI, IN ALCUNI CASI È MOLTO PIÙ IMPORTANTE DEL VIDEO STESSO: SI PENSI A UN'INTERVISTA O A UNA SCENA CINEMATOGRAFICA RICCA DI PATHOS. UNA ELEVATA QUALITÀ AUDIO O UN SOUND DESIGN AZZECCATO CONSENTONO ALLO SPETTATORE DI MANTENERE ALTO IL LIVELLO DI ATTENZIONE E DI ESSERE COINVOLTO MAGGIORMENTE IN CIÒ CHE STA VEDENDO. L'OBIETTIVO DI QUESTO CAPITOLO È COMPRENDERE I FONDAMENTI FISICI E TECNICI DELLA REGISTRAZIONE E DELLA GESTIONE DEL SUONO PER IL VIDEO, PER RICORDARE A CHIUNQUE SI CIMENTI NELLA REALIZZAZIONE DI UN VIDEO CHE L'AUDIO NON È MAI UN ACCESSORIO.

Onde Meccaniche ed Elettromagnetiche

IL SUONO, DA UN PUNTO DI VISTA FISICO, È UN'ONDA, OSSIA UNA PERTURBAZIONE CHE SI PROPAGA E CHE PUÒ BEN ESSERE DESCRITTA DA UNA SINUSOIDE. NELLO SPECIFICO, SI TRATTA DI UN'ONDA MECCANICA, OVVERO DI UN'ONDA CHE NECESSITA DI UN MEZZO DI PROPAGAZIONE: IL PIÙ COMUNE NATURALMENTE È L'ARIA, MA UN SUONO PUÒ PROPAGARSI ANCHE ATTRAVERSO L'ACQUA, IL LEGNO E QUALUNQUE ALTRO MATERIALE. NON PUÒ PROPAGARSI NEL VUOTO, RAGION PER CUI, CITANDO ALIEN, NELLO SPAZIO NESSUNO PUÒ SENTIRTI URLARE. ANCHE LA LUCE È UN'ONDA, NELLO SPECIFICO UN'ONDA ELETTROMAGNETICA. DATA LA SUA NATURA, ESSA PUÒ INVECE PROPAGARSI ANCHE NEL VUOTO. OLTRE ALLA LUCE VISIBILE, DI CUI ABBIAMO GIÀ PARLATO NELL'UNITÀ 2, ANCHE LE MICROONDE, I RAGGI INFRAROSSI, ULTRAVIOLETTI, I RAGGI GAMMA, I RAGGI X E QUALUNQUE ALTRO RAGGIO POSSA VENIRVI IN MENTE (ECCETTO QUELLI DELLA BICICLETTA) SONO ANCH'ESSI ONDE ELETTROMAGNETICHE. IL SUONO SI PROPAGA NELL'ARIA A UNA VELOCITÀ DI CIRCA 300 METRI AL SECONDO, MENTRE LA LUCE SI PROPAGA NEL VUOTO A CIRCA 300.000 CHILOMETRI AL SECONDO, OSSIA CIRCA 300 MILIONI DI METRI AL SECONDO. IN ALTRE PAROLE, LA LUCE È UN MILIONE DI VOLTE PIÙ VELOCE DEL SUONO. MOTIVO PER CUI, DURANTE UN TEMPORALE, PRIMA VEDIAMO IL LAMPO E POI SENTIAMO IL TUONO.

Il Sistema Percettivo Umano

COME FUNZIONA LA PERCEZIONE DEL SUONO NELL'ESSERE UMANO? IL SUONO DI PER SÉ VIENE VIENE PRODOTTO DALLA DEFORMAZIONE DELLA MATERIA (DARE UN COLPO SUL TAVOLO CON UNA MANO, MODIFICARE CON LE CORDE VOCALI IL FLUSSO DELL'ARIA CHE ESPIRIAMO) E NELLO SPECIFICO SI CONCRETIZZA IN UNA SERIE DI COMPRESSIONI E RAREFAZIONI DEL MEZZO DI PROPAGAZIONE. PRENDIAMO A RIFERIMENTO L'AIRA CHE CI CIRCONDA: L'ONDA SONORA CONSISTE IN ZONE IN CUI LE MOLECOLE D'ARIA SONO PIÙ COMPRESSE ALTERNATE DA ZONE IN CUI LE MOLECOLE D'ARIA SONO PIÙ RAREFATTE. LA COMPRESSIONE DI UNA ZONA SI DISTENDE POI NELLASUCCESSIVA ZONA DI RAREFAZIONE, CHE DIVENTA IN QUESTO MODO COMPRESSA. LA ZONA CHE PRIMA ERA COMPRESSA DIVENTA RAREFATTA, MENTRE LA SUCCESSIVA, CHE PRIMA ERA RAREFATTA, DIVENTA COMPRESSA. E VIA DI QUESTO PASSO. QUESTO PROCESSO RENDE POSSIBILE LA PROPAGAZIONE DEL SUONO. L'ONDA GENERATA VIENE RECEPITA DAL NOSTRO APPARATO UDITIVO COSTITUITO DALLA MEMBRANA DEL TIMPANO E DAI COSIDDETTI OSSICINI (MARTELLO, INCUDINE, STAFFA). L'IMPULSO VIENE QUINDI CONVERTITO IN SEGNALI ELETTRICI DIRETTI AL CERVELLO, CHE LI TRASFORMA NELLA SENSAZIONE UDITIVA CON CUI NOI TUTTI ABBIAMO FAMILIARITÀ FIN DA PICCOLI.

Misurare una Forma d'Onda

IN FIG. 4.1 È RAPPRESENTATA LA FORMA D'ONDA DI UN SUONO PURO, OSSIA CICLICO E COSTANTE NEL TEMPO. LA NOSTRA PERCEZIONE DEI SUONI NELLA REALTÀ È COSTITUITA SOLITAMENTE DA SUONI COMPLESSI, NON RAPPRESENTABILI COME UN'UNICA SINUSOIDE PERFETTA (AD ESEMPIO LA VOCE UMANA, IL TRAFFICO, IL RUMORE DEL VENTO). TUTTAVIA, CIASCUN SUONO COMPLESSO PUÒ ESSERE VISTO COME LA SOMMA DI PIÙ SUONI PURI, PERTANTO LE GRANDEZZE CON CUI MISURIAMO UNA FORMA D'ONDA COME LA SEGUENTE CI SONO UTILI ANCHE PER I SUONI NEL MONDO REALE.

Caratteristiche di una Forma d'Onda

• LUNGHEZZA D'ONDA. LA DISTANZA TRA UNA CRESTA E LA SUCCESSIVA (O TRA UN AVVALLAMENTO E IL SUCCESSIVO). È RESPONSABILE DEL TONO, OVVERO SE UN SUONO È PIÙ ACUTO (LUNGHEZZA D'ONDA PIÙ BREVE) O SE È PIÙ GRAVE (LUNGHEZZA D'ONDA MAGGIORE). L'UNITÀ DI MISURA È IL METRO (E SOTTOMULTIPLI).
• AMPIEZZA D'ONDA. LO SPOSTAMENTO MASSIMO RISPETTO ALLO STATO DI QUIETE (NEL DISEGNO, RAPPRESENTATO DALL'ASSE DELLE ASCISSE). L'AMPIEZZA È RESPONSABILE DELLA POTENZA DEL SUONO. ANCHE IN QUESTO CASO, L'UNITÀ DI MISURA È IL METRO (E SOTTOMULTIPLI). SE PRENDIAMO IN CONSIDERAZIONE IL SUONO CHE ESCE DA UN IMPIANTO STEREO, L'AMPIEZZA DELLA FORMA D'ONDA È IL VOLUME IN USCITA.
• PERIODO. IL PERIODO D'ONDA INDICA IL TEMPO IN CUI L'ONDA COMPIE UN CIELO COMPLETO. DOPO QUESTO PERIODO, L'ONDA SI RIPETE IN UN NUOVO CICLO. L'UNITÀ DI MISURA DEL PERIODO SONO I SECONDI.
• FREQUENZA. E LA GRANDEZZA INVERSA DEL PERIODO, INDICA QUANTE OSCILLAZIONI COMPLETE AVVENGONO NELL'UNITÀ DI TEMPO. SE L'UNITÀ DI TEMPO PRESA IN CONSIDERAZIONE È UN SECONDO, LA FREQUENZA SI MISURA IN HERTZ (HZ). LA FREQUENZA DI UN'ONDA MISURATA IN HERTZ È DUNQUE IL NUMERO DI CICLI AL SECONDO.

Lunghezza d'onda Ampiezza 0 Un ciclo PRENDIAMO DIMESTICHEZZA CON QUESTI CONCETTI: PIÙ LA LUNGHEZZA D'ONDA È LUNGA, PIÙ IL SUONO SARÀ GRAVE, PIÙ LA LUNGHEZZA È BREVE, PIÙ IL SUONO SARÀ ACUTO. ALLO STESSO MODO PER IL PERIODO: UN PERIODO PIÙ LUNGO CARATTERIZZA UN SUONO GRAVE, UNO BREVE UN SUONO ACUTO. VICEVERSA PER LA FREQUENZA: PIÙ LA FREQUENZA È BASSA PIÙ IL SUONO È GRAVE, PIÙ È ALTA PIÙ ESSO SARÀ ACUTO. L'ORECCHIO UMANO PERCEPISCE UNA GAMMA DI SUONI CHE VA DA UN LIMITE INFERIORE DI 20 HZ (QUINDI 20 CICLI AL SECONDO) A UN LIMITE SUPERIORE DI 20.000 HZ. NON DOBBIAMO FARE CONFUSIONE CON LE PAROLE: QUANDO CI RIFERIAMO A UN SUONO ALTO, INTENDIAMO UN SUONO DAL VOLUME ELEVATO O UN SUONO ACUTO? E QUANDO PARLIAMO DI UN SUONO BASSO, INTENDIAMO UN VOLUME BASSO O UN TONO BASSO? PER EVITARE CONFUSIONE, PROPONGO DI USARE I TERMINI ACUTO E GRAVE QUANDO CI RIFERIAMO ALLA LUNGHEZZA D'ONDA DI UN SUONO, QUINDI AL TONO, E ALTO E BASSO QUANDO CI RIFERIAMO ALL'AMPIEZZA D'ONDA, OVVERO ALLA POTENZA.

Microfoni e Registrazione

Microfono e Registratore

PER REGISTRARE IL SUONO SERVE CERTAMENTE UN MICROFONO, MA NON BASTA. E NECESSARIO INFATTI CHE IL MICROFONO SIA COLLEGATO A UN REGISTRATORE. NON BISOGNA FARE CONFUSIONE TRA MICROFONO E REGISTRATORE: IL PRIMO RACCOGLIE IL SUONO, IL SECONDO LO REGISTRA E LO RENDE RIPRODUCIBILE. ESISTONO DEI DISPOSITIVI CHE COMPRENDONO ENTRAMBE LE COMPONENTI, MA NON È UN FATTO SCONTATO. IL MICROFONO È UN TRASDUTTORE, OSSIA UN DISPOSITIVO CAPACE DI TRASFORMARE UNA GRANDEZZA FISICA IN UN'ALTRA (ABBIAMO GIÀ INCONTRATO IL CONCETTO DI TRASDUTTORE PARLANDO DI SENSORI FOTOGRAFICI NELL'UNITÀ 0 E 1). NELLO SPECIFICO, IL MICROFONO POSSIEDE UNA MEMBRANA CHE TRASFORMA LE VIBRAZIONI DELL'ARIA (OSSIA LE ONDE MECCANICHE) IN IMPULSI ELETTRICI. QUESTI IMPULSI, OPPORTUNAMENTE CODIFICATI IN BIT DA UN REGISTRATORE,DIVENTANO UN FILE DIGITALE. RIPRENDENDO NUOVAMENTE I CONCETTI APPRESI NELL'UNITÀ 0, RICORDO CHE ESISTONO SIA REGISTRATORI ANALOGICI CHE DIGITALI, COSÌ COME I SUPPORTI AUDIO POSSONO ESSERE ANALOGICI O DIGITALI. TUTTAVIA, IN QUESTA SEDE, PRENDEREMO IN CONSIDERAZIONE UNICAMENTE LA REGISTRAZIONE DIGITALE.

Microfoni Dinamici e a Condensatore

UN MICROFONO PUÒ ESSERE DINAMICO OPPURE A CONDENSATORE: DELLA PRIMA CATEGORIA FANNO PARTE TUTTI I MICROFONI UTILIZZATI DAI GIORNALISTI E DAI CANTANTI DAL VIVO, DELLA SECONDA FANNO PARTE I MICROFONI UTILIZZATI NEGLI STUDI DI REGISTRAZIONE. I PUNTI DI FORZA DI UN MICROFONO DINAMICO SONO LA SUA RESISTENZA AGLI URTI, LA SUA ADATTABILITÀ A OGNI SITUAZIONE, UNA RISPOSTA DINAMICA (OSSIA LA RICCHEZZA DEL SUONO) PIÙ CHE SODDISFACENTE E UNA QUALITÀ PREZZO DAVVERO IMBATTIBILE. IL MICROFONO DINAMICO PIÙ FAMOSO È IL TIPICO GELATO (USATO COME DETTO DA GIORNALISTI E CANTANTI), MA DELLA CATEGORIA FANNO PARTE ANCHE I MICROFONI ESTERI PER MACCHINE FOTOGRAFICHE E CAMCORDER, I MICROFONI POSTI SU CASSA E RULLANTE DELLA BATTERIA O DAVANTI A UN AMPLIFICATORE VALVOLARE PER RACCOGLIERE IL SUONO DI UN BASSO O UNA CHITARRA ELETTRICA. QUESTI MICROFONI PERFORMANO AL MEGLIO DELLE LORO CAPACITÀ QUANDO SONO POSIZIONATI MOLTO VICINI ALLA SORGENTE SONORA. IL MICROFONO A CONDENSATORE E, AL CONTRARIO, UN MICROFONO MOLTO DE-FICATO E MOLTO COSTOSO. QUESTO DISPOSITIVO È IN GRADO DI REGISTRARE UN SUONO MOLTO PIÙ RICCO E PIÙ FEDELE RISPETTO A UN MICROFONO DINAMICO, MA D'ALTRO CANTO È ANCHE MOLTO SENSIBILE A SBALZI DI TEMPERATURA, UMIDITÀ, FREDDO. PER QUESTO MOTIVO VA UTILIZZATO IN AMBIENTI CONTROLLATI: IL SUO HABITAT NATURALE È LO STUDIO DI REGISTRAZIONE. UN MICROFONO DI QUESTO TIPO VA UTILIZZATO LADDOVE LA RISPOSTA DINAMICA DEVE ESSERE DI ALTO LIVELLO, MAGARI PERCHÉ È NECESSARIA UNA POST-PRODUZIONE MOLTO APPROFONDITA, COME PUÒ ACCADERE PER LA PERFORMANCE VOCALE DI UN CANTANTE CHE REGISTRA IL SUO DISCO IN STUDIO. RECENTEMENTE, COMPLICE LA DIFFUSIONE DEL GENERE PODCAST (SIA SU PIATTAFORME STREAMING AUDIO COME SPOTIFY CHE SU PIATTAFORME VIDEO COME YOUTUBE), SONO STATI LANCIATI SUL MERCATO DEI MICROFONI A CONDENSATORE DI FASCIA MEDIO-BASSA, CON PREZZI PIÙ ACCESSIBILI E UNA QUALITÀ RIPARAMETRATA DI CONSEGUENZA, PER SODDISFARE LE NECESSITÀ DI CHI CREA CONTENUTI IN CUI LA QUALITÀ AUDIO È FONDAMENTALE MA NON DISPONE DI GRANDI BUDGET. SONO MICROFONI A CONDENSATORE ANCHE I LAVALIER, OVVERO I CELEBRI MICROFONI A SPILLA UTILIZZATI NEGLI STUDI TELEVISIVI. ESISTE POI UN MICROFONO CHE, PUR ESSENDO A CONDENSATORE, VIENE USATO IN LARGA PARTE AL DI FUORI DI UN AMBIENTE CONTROLLATO: PARLO DEL COSIDDETTO SHOTGUN (IN ITALIANO CANNA DI FUCILE), UN MICROFONO MOLTO DIREZIONALE (OSSIA CON UN ANGOLO DI RIPRESA MOLTO STRETTO), UTILE PERLA PRESA DIRETTA DI UN DIALOGO SU UN SET TIPICAMENTE DI FICTION. SE IL MICROFONO È MONTATO SU UN PALO TELESCOPICO, VIENE DETTO BOOM. I MICROFONI DINAMICI VENGONO ANCHE DETTI PASSIVI, MENTRE QUELLI A CONDENSATORE SONO ATTIVI. IL MOTIVO DI QUESTA NOMENCLATURA HA A CHE FARE CON LA LORO ALIMENTAZIONE: I MICROFONI PASSIVI VENGONO ALIMENTATI DAL REGISTRATORE O DALL'AMPLIFICATORE O DALLA SCHEDA AUDIO A CUI SONO COLLEGATI TRAMITE UN CAVO MICROFONICO. NON NECESSITANO DUNQUE DI ALCUNA ALIMENTAZIONE ULTERIORE. I MICROFONI ATTIVI, INVECE, HANNO BISOGNO DI UN'ALIMENTAZIONE ESTERNA, CHIAMATA PHANTOM, OSSIA UNA CORRENTE CONTINUA CHE PUÒ ESSERE EROGATA O TRAMITE IL DISPOSITIVO A CUI IL MICROFONO È COLLEGATO (AD ESEMPIO UNA SCHEDA AUDIO, SE DOTATA DI QUESTA SPECIFICA FUNZIONE) OPPURE TRAMITE UNA BATTERIA INSERITA NEL MICROFONO STESSO. È CRUCIALE EVITARE DI EROGARE UNA DOPPIA PHANTOM: SE LA SCHEDA AUDIO LA EROGA, È FONDAMENTALE DISATTIVARE (O ADDIRITTURA TOGLIERE) LA BATTERIA INTERNA AL MICROFONO, O IN CASO DI UTILIZZO DI QUEST'ULTIMA È NECESSARIO ASSICURARSI CHE IL DEVICE IN CUI IL MICROFONO È INSERITO NON ABBIA ULTERIORE PHANTOM ATTIVA. RICORDO CHE I MICROFONI A CONDENSATORE SONO ESTREMAMENTE DELICATI: UNA DOPPIA PHANTOM POTREBBE DANNEGGIARLI IRREPARABILMENTE.

Schema Riassuntivo Microfoni

RIPORTO DI SEGUITO UNO SCHEMA RIEPILOGATIVO DELLE DUE TIPOLOGIE DI MICROFONO TRATTATE:

• MICROFONO DINAMICO
• MICROFONO A CONDENSATORE
• PASSIVO
• ATTIVO
• NON NECESSITA DI PHANTOM
• NECESSITÀ DI PHANTOM
• MOLTO RESISTENTE
• MOLTO DELICATO
• SENSIBILITÀ BASSA
• SENSIBILITÀ ALTA
• BUONA QUALITÀ-PREZZO
• PREZZO ELEVATO
• ESEMPI: GELATO, MICROFONO ESTERNO PER REFLEX O CAMCORDER, MICROFONO DA STUDIO PER STRUMENTI MUSICALI.
• ESEMPI: MICROFONI DA STUDIO DI REGISTRAZIONE, PODCAST, LAVALIER, SHOTGUN/BOOM.

Microfoni Electret

UN SOTTOINSIEME MOLTO PARTICOLARE DEI MICROFONI ATTIVI SONO I MICROFONI ELECTRET (IN ITALIANO A ELETTRETE). SOLITAMENTE PIÙ ECONOMICI E MENO QUALITATIVI DEI MICROFONI A CONDENSATORE PROPRIAMENTE DETTI, ESSI VENGONO PRECARICATI UNA VOLTA PER SEMPRE DURANTE LA FABBRICAZIONE (TECNICAMENTE, VENGONO PREPOLARIZZATI) E QUESTO CONSENTE LORO DI FUNZIONARE COME MICROFONI ATTIVI MA SENZA LA NECESSITÀ DI APPLICARE LA PHANTOM.