Teoria del suono: Rappresentazione tempo - frequenza

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Questa è forse la parte più importante per capire a fondo la natura di un suono. La trattazione matematica di questo argomento può diventare molto complessa, qui ci basterà accennare ai dettami fondamentali tralasciando i rigori imposti dalla divulgazione scientifica.

I grafici che abbiamo visto finora erano del tipo Ampiezza-Tempo ossia descrivevano l'andamento dell'ampiezza di un'onda sonora al variare del tempo. Consideriamo ora un diverso approccio alla questione e vediamo come sia possibile rappresentare l'ampiezza in funzione della frequenza.

Nel caso di una sinusoide pura di equazione y=A sin(2πft) possiamo senz'altro dire che sia la frequenza f che l'ampiezza A sono costanti. E allora in un diagramma Ampiezza-Frequenza, una sinusoide di ampiezza A e frequenza f la rappresentiamo come nella figura superiore dell'immagine seguente mentre le due sinusoidi (f1 e f2) dell'esempio precedente avranno una rappresentazione come nella figura inferiore:

Teoria del suono - Rappresentazione Tempo - Frequenza

Rappresentazione Tempo - Frequenza

Dunque, in un diagramma Ampiezza-Frequenza, una sinusoide è rappresentabile come un segmento di lunghezza pari all'ampiezza della sinusoide e posizionata sulla sua frequenza (questa frase farebbe inorridire qualsiasi fisico ma, come già detto, in questa sede non siamo interessati ai rigori scientifici quanto piuttosto alla comprensione generale dei fenomeni).

Ora mettiamo insieme tutte queste cose. Immaginiamo un suono complesso e cioè composto da tutte le sinusoidi da 20Hz a 20KHz ( questo è più o meno l'intervallo delle frequenze udibili dall'orecchio umano, quindi dal nostro punto di vista sono le uniche frequenze che ci interessano). Consideriamo un segnale sonoro complesso come quello mostrato nella figura seguente:

Teoria del suono - Andamento in tempo di un segnale sonoro complesso

Andamento in tempo di un segnale sonoro complesso

Il suo spettro di frequenza varierà continuamente nel tempo e, se immaginiamo di 'fotografare' lo spettro in un determinato istante, avremo su un diagramma Ampiezza-Frequenza il seguente tipo di grafico:

Dettagli su: Teoria del suono - Spettro di frequenza di un segnale sonoro complesso

Spettro di frequenza di un segnale sonoro complesso

Un suono non sta mai fermo ma varia continuamente nel tempo. Ciò significa che ogni sinusoide componente generalmente varia nel tempo la sua ampiezza e dunque varia anche la forma del grafico dello spettro. Questo spiega cosa si vede quando si osserva un analizzatore di spettro con tutti quei LED che sembrano impazziti. Vi sta mostrando l'ampiezza delle singole sinusoidi che compongono il suono. Questo spiega anche cosa fa un equalizzatore grafico: [Equalizzatore grafico ] amplifica o attenua (aumenta o diminuisce) l'ampiezza delle sinusoidi. L'intervallo 20Hz-20KHz è un intervallo continuo quindi in un equalizzatore ogni cursore controlla in realtà una banda di frequenze. Più aumentano i cursori più le bande sono strette, nel caso ideale (di infiniti cursori) ogni cursore controlla l'ampiezza di una singola frequenza o meglio della sinusoide a quella frequenza.