Quando siamo in presenza di due suoni le cui frequenze differiscono di poco, percepiamo un ulteriore suono simile a un battito con un ritmo che è dato dalla differenza delle due frequenze originarie. Se queste frequenze sono troppo diverse tra di loro il cervello non è più in grado di percepire il suono differenza. Questo dipende dal fatto che le due frequenze, per essere percepite come battimento, debbono eccitare ciglia appartenenti alla stessa banda critica. La frequenza del battimento è pari al numero di volte che le due sinusoidi componenti vanno in fase e fuori fase in un secondo. Vediamo un esempio pratico. Consideriamo una sinusoide pura di frequenza pari a 400 Hz:

Onda sinusoidale pura (f=400 KHz)  [Traccia 11]

Consideriamo ora un'altra sinusoide pura di frequenza pari a 420 Hz:

Onda sinusoidale pura (f=420 KHz)  [Traccia 12]

La somma dei due suoni è udibile nel suono seguente:

Somma di due sinusoidi di frequenze: 400 Hz e 420 KHz)  [Traccia 13]

Come si può ascoltare, viene introdotta una nuova oscillazione. Se le due frequenze componenti fossero state più distanti questo fenomeno non si sarebbe manifestato (vedi esempio nella sezione dedicata alla teoria del suono [Combinazione di sinusoidi pure] ).

La figura mostra la forma d'onda ottenuta come combinazione delle due precedenti:

Somma di due sinusoidi di frequenza 400 Hz e 420 Hz

Lo stesso suono viene percepito più acuto se il volume viene aumentato in maniera considerevole. Le ragioni di tale fenomeno non sono ancora del tutto chiare.

Il suono della distorsione è più o meno quello che esce da un distorsore (per l'appunto) per chitarra elettrica. Dunque il suono lo conoscete, è quello su cui si fonda la storia del Rock (tanto per dire), ma da cosa è generato? Per capirlo consideriamo la solita sinusoide, essendo poi il caso estendibile ai suoni complessi [Rappresentazione tempo - frequenza] . Supponiamo che l'uscita di un circuito al quale applichiamo una sinusoide in ingresso non possa superare un certo valore.

Distorsione

Il segnale che avremo in uscita sarà quello di figura 3 cioè una sinusoide a cui è stata 'tagliata via la testa'. Se osservate bene questa forma d'onda noterete che le brusche transizioni introdotte dal 'taglio' generano delle frequenze più alte di quella della sinusoide considerata. Ciò sarà valido per ogni componente sinusoidale del segnale, dunque all'uscita del distorsore il segnale originario sarà arricchito da tutta una serie di alte frequenze, dipendenti dalle frequenze del segnale iniziale, che caratterizzano il suono della distorsione analogica. Per ascoltare il suono della distorsione facciamo riferimento ai due suoni seguenti: il primo originato da una chitarra acustica e il secondo ottenuto applicando sul primo una distorsione:

Suono di chitarra elettrica puro  [Traccia 14]

Suono di chitarra elettrica distorto  [Traccia 15]

Questo è più o meno l'unico caso in cui la distorsione è voluta al fine di ottenere un effetto. In generale bisogna prestare una particolare attenzione alle soglie dei circuiti che stiamo utilizzando per non mandarli in distorsione con livelli troppo elevati (per esempio il gain del preamplificatore presente sui canali del mixer non deve generare un segnale di livello troppo elevato tale da saturare i circuiti che si trovano a valle).

Una frequenza con ampiezza elevata può mascherare frequenze vicine con ampiezze inferiori in quanto frequenze vicine vengono decodificate da ciglia appartenenti alla stessa banda critica. Questa proprietà viene massicciamente sfruttata per realizzare algoritmi di compressione dei dati audio in formato digitale quali l'MP3 e l'ATRAC impiegato sui sistemi MiniDisc [Il MiniDisc] . Tali algoritmi consentono compressioni dell'ordine di 5:1.

Questo fenomeno si verifica quando o la sorgente sonora o l'ascoltatore sono in movimento. Il classico esempio che viene sempre fatto è quello della sirena dei pompieri che arriva di gran carriera, ci supera e prosegue sfrecciando via nella notte.

Effetto Doppler

Per fissare le idee facciamo riferimento alla figura precedente in cui il mezzo dei pompieri è fermo e la sirena emette un suono che essendo ad una certa frequenza, genera dei fronti d'onda ad una certa distanza costante l'uno dall'altro (che distanza? Pensateci un momento... ma la lunghezza d'onda no?). Quando invece il mezzo è in movimento e si avvicina all'ascoltatore, la stessa sirena genera un suono con dei fronti d'onda più ravvicinati rispetto a quando il mezzo era fermo perché muovendosi comprime i fronti d'onda. Dato che ora i fronti d'onda sono più vicini percepiamo una frequenza più alta cioè un suono più acuto. Quando il mezzo ci supera (e sfreccia via nella notte), allontanandosi distanzia i fronti d'onda e dunque in questa fase percepiamo un suono più grave perché ci arriva una frequenza più bassa.

Il suono seguente illustra quanto finora esposto

Effetto doppler (sorgente: macchina con clakson)  [Traccia 16]

L'esempio precedente riproduce una delle più classiche manifestazioni dell'effetto doppler.

Nel seguente esempio invece il suono è stato ottenuto prendendo una singola sorgente sonora (di frequenza pari a 500 Hz) e simulando il suo movimento ripetto ad un ascoltatore fisso mediante un opportuno algoritmo matematico ^[1].

Sinusoide di frequenza pari a 500 Hz  [Traccia 17]

Effetto doppler (sorgente: 500 Hz)  [Traccia 18]

Come è possibile notare, quando la sorgente si avvicina all'ascoltatore, viene percepito un suono più acuto rispetto a quello della sempice sinusoide in quanto i fronti d'onda vengono 'compressi'. Quando invece la sorgente oltrepassa l'ascoltatore, i fronti d'onda si dilatano e il suono percepito è meno acuto di quello a 500 Hz.

Questi sono grafici molto importanti che permettono di avere un riferimento su come l'orecchio umano reagisca alle diverse frequenze. Sono state ricavate elaborando i dati su un campione statistico sottoposto ad una serie suoni prodotti in una camera anecoica. Tale camera viene disegnata con lo scopo di ridurre al minimo le riflessioni sulle pareti in modo che l'ascoltatore sia raggiunto unicamente dal segnale diretto. Le curve indicano come l'orecchio umano reagisca diversamente alle varie frequenze in termini di intensità sonora percepita. Supponiamo di avere una sorgente sonora in grado di generare onde sinusoidali con frequenza variabile e ampiezza costante. Fissando l'ampiezza per esempio a 80 dB_spl ^[2] noteremmo che un ascoltatore percepisce le basse frequenze come aventi un volume molto basso e man mano che frequenza viene aumentata avrebbe la percezione che anche il volume aumenta (mentre la pressione sonora realmente generata è sempre di 80 dB_spl!!). Questo comportamento si spiega con il fatto che l'orecchio umano ha una percezione diversa dell'intensità sonora al variare della frequenza. Le curve isofoniche sono dette tali in quanto indicano il valore di dB_spl necessario per percepire un suono sempre allo stesso volume lungo ogni curva. La frequenza di riferimento per ogni curva è 1KHz e a tale frequenza, il valore di dB_spl è pari al valore che identifica una particolare curva e che prende il nome di phon. Per esempio la curva isofonica a 40 phon è quella che a 1 KHz ha un'ampiezza di 40 dB_spl. Cominciamo a dare un'occhiata a questi grafici che sembrano un pò ostici e vediamo di capirci qualcosa:

Curve Isofoniche

Prendiamo una delle curve, per esempio quella a 80 phon e seguiamola dalle basse verso le alte frequenze. Vediamo che a 20 Hz è necessario produrre una pressione sonora di 118 dB_spl e questo ci mostra come l'orecchio umano abbia una minore sensibilità alle basse frequenze. Scorrendo la curva verso le alte frequenze vediamo che affinchè l'orecchio percepisca sempre la stessa intensità sonora sono necessari livelli di pressione sonora più bassi. A 1KHz incontriamo il valore di riferimento della curva isofonica che stiamo considerando, dunque 80 dB_spl. Oltre questo valore vediamo che la curva ha un minimo in corrispondenza dei 3KHz e vediamo come affinchè l'orecchio percepisca sempre la stessa pressione sonora, la frequenza di 3 KHz deve generare 70 dB_spl. Confrontando questo valore con quello a 20 Hz notiamo una differenza di circa 50 dB_spl in meno, è una differenza enorme. Questo valore di minimo dipende dal fatto che la frequenza di risonanza del canale uditivo è di circa 3 KHz [Frequenza di risonanza del canale uditivo] e dunque tale frequenza viene percepita già a bassi valori di dB_spl. Oltre i 3 KHz la curva risale mostrando il livello di dB_spl necessario per avere la stessa percezione di volume alle alte frequenze. Le curve vengono mostrate per diversi valori di phon in quanto il comportamento dell'orecchio varia ai diversi valori della pressione sonora. Notiamo come per elevati valori della pressione sonora, l'andamento delle curve isofoniche è quasi piatto.