Psicoacustica - Percezione del suono

Il fenomeno dei battimenti si manifesta quando siamo in presenza di due suoni le cui frequenze differiscono di poco. In questo caso, non siamo in grado di percepire distintamente i due suoni ma percepiamo un unico suono simile a un battito il cui ritmo 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 [Vedi: Orecchio interno]. 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 due sinusoidi pure di frequenza pari a 400 Hz e 405 Hz.

Esempio sonoro 3.1. Onda sinusoidale pura (f=400 Hz) [Traccia 11]

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Esempio sonoro 3.2. Onda sinusoidale pura (f=405 Hz) [Traccia 12]

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Esempio sonoro 3.3. Somma di due sinusoidi di frequenze: 400 Hz e 405 Hz [Traccia 13]

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Come si può ascoltare, nella somma delle sinusoidi 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 [Vedi: 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 405 Hz

Prende il nome di effetto Haas un determinato fenomeno fisico che riguarda la percezione del suono da parte del cervello. Consideriamo il caso di un suono generato da una sorgente sonora, immaginiamo di essere in una stanza e di posizionarci ad una certa distanza dalla sorgente. A causa delle riflessioni del suono sulle pareti saremo raggiunti prima di tutto dal segnale proveniente direttamente dalla sorgente e in un secondo momento dalle riflessioni del segnale stesso sulle pareti della stanza. Questo ritardo è dovuto al fatto che il suono riflesso compie un percorso più lungo del segnale diretto. Se i due segnali arrivano con un piccolo ritardo l'uno dall'altro, viene percepito dal cervello un unico suono proveniente da una sola direzione. La direzione individuata dal cervello come quella di provenienza del suono è quella dell'onda che arriva per prima (questo vale anche se l'intensità della seconda onda è maggiore della prima) e per questo motivo questo effetto prende anche il nome di effetto di precedenza . Questo effetto si verifica quando il ritardo tra i due segnali è sufficientemente piccolo, più in particolare deve essere minore di 30-35ms. Questo intervallo temporale viene definito come zona di Haas . Si precisa che la zona di Haas varia fortemente con le caratteristiche del segnale percepito, in particolare per un segnale percussivo (colpo di rullante) la zona di Haas risulta più stretta rispetto al caso di un segnale con un inviluppo esteso (nota di violino).

Quando il ritardo fra i segnali esce dalla zona di Haas avvertiamo due segnali distinti ed entriamo nel caso dell'effetto eco per cui l'ascoltatore percepisce i due suoni separati. L'effetto Haas viene sfruttato nei sistemi di rinforzo sonoro sui segnali che vengono spediti alle torri di ritardo [Vedi: Rinforzo sonoro: torri di ritardo] e nel mixing con l'obiettivo di allargare l'immagine stereofonica di un suono [Vedi: Effetto Haas e spazializzazione stereo di un suono mono].

Uno dei fattori più importanti nella percezione del suono deriva dal fatto che il cervello si trova a elaborare due flussi di informazione contemporaneamente: quelli che provengono dall'orecchio destro e da quello sinistro. Sono le differenze, a volte anche minime, tra questi due segnali che determinano la nascita di una nuova informazione associata alla composizione delle due onde sonore. In questo caso parliamo di suono stereofonico . Quando invece i due segnali che arrivano alle orecchie sono esattamente uguali parliamo di suono monofonico .

La stereofonìa nasce nel momento in cui all'orecchio destro e quello sinistro arrivano due onde sonore diverse. La combinazione delle informazioni trasportate dalle due onde permette di percepire la spazialità di un suono: la sua distanza da noi e la sua posizione, l'ambiente in cui si propaga e il tipo di percorso che ha fatto (si, tutte queste cose!). Se potessimo ascoltare solo con un orecchio, alcune di queste informazioni non sarebbero disponibili per l'elaborazione da parte del cervello e la percezione della spazialità di un suono sarebbe molto ridotta^[9]. Dato che disponiamo di due orecchie, siamo abituati ad un ascolto naturalmente stereofonico. Ciò ci permette di individuare la direzione di provenienza di un suono e il tipo di ambiente in cui si è propagato [Vedi: Localizzazione di una sorgente sonora]. Il fatto di disporre di due orecchie ha portato l'industria audio a realizzare impianti di diffusione stereofonici, ossia con due diffusori che riproducono due segnali sonori distinti. I diffusori di un impianto stereofonico dovranno essere disposti rispetto all'ascoltatore sui vertici di un triangolo equilatero, dunque dovranno essere inclinati di 60° verso l'ascoltatore. Con questa disposizione, mandando ai diffusori lo stesso identico suono, questo ci apparirà come proveniente dal centro in quanto si genera un'immagine fantasma che il nostro cervello identificherà come proveniente dal centro.

Disposizione stereofonica

A questo punto, mandando ad esempio un suono monofonico più sul canale destro (right) che sul canale sinistro (left) percepiremo quel suono come proveniente dalla parte destra del fronte stereofonico. Parliamo in questo caso (e in casi analoghi) di stereofonia artificiale in quanto le differenze tra i due segnali left e right sono solo di volume. Se realizziamo invece una registrazione di un sorgente sonora stereofonica utilizzando una tecnica di microfonaggio stereofonica [Vedi: Tecniche di microfonaggio stereo], che dunque prevede la registrazione di due segnali distinti, la riproduzione su un impianto stereofonico produrrà una stereofonia reale .

Come abbiamo accennato, è pratica assai comune quella di spostare una sorgente monofonica (come ad esempio una chitarra) a destra o a sinistra del fronte stereofonico, posizionandola in una posizione intermedia. Questo viene fatto con il potenziometro panpot [Vedi: Panpot], disponibile su qualsiasi mixer (analogico, digitale, software). Quando invece abbiamo già un segnale stereofonico e vogliamo alzare un canale a discapito dell'altro allora utilizziamo il potenziometro balance , che troviamo spesso negli amplificatori stereofonici. A volte è utile rendere stereofonica una sorgente monofonica, come per esempio un suono di chitarra. I modi per realizzare tale obiettivo sono molteplici: sfruttamento dell'effetto haas [Vedi: Effetto Haas], aggiunta di un effetto stereofonico (riverbero, chorus), registrazione di due linee musicali uguali ma suonate due volte (ogni linea verrà indirizzata su un singolo canale left e right, il risultato saranno due linee simili ma non uguali, le differenze saranno percepite come un allargamento dell'immagine stereofonica). Decentrare in questo modo i suoni in un mix permette di creare uno spazio centrale dove inserire più agevolmente i suoni principali, come per esempio una voce solista. Questa tecnica permetterà di avere un mix che respira molto di più di un mix dove tutti i suoni sono posizionati al centro uno sull'altro.

La fusione binaurale è quella facoltà del cervello per la quale due segnali simili che arrivano alle due orecchie vengono fusi in un unico segnale; il nuovo segnale è per così dire una creazione del cervello che non esiste nella realtà. Consideriamo per esempio uno xilofono. Eseguiamo una linea melodica e la registriamo su una traccia, successivamente eseguiamo la stessa linea con qualche leggera modifica e la registriamo su un'altra traccia. Facciamo suonare le due linee contemporaneamente mandando una linea sul canale sinistro e l'altra linea sul canale destro. Quello che ne esce è una terza linea melodica derivante dalla fusione delle due precedenti ma che nella realtà non esiste. Questo è uno dei segreti della magia della musica: i singoli strumenti eseguono delle linee melodiche e se facciamo attenzione riusciamo ad isolarle e ad ascoltarle singolarmente, anche quando gli strumenti suonano tutti insieme. Ma quando lasciamo questa prospettiva e ci spostiamo su un piano più astratto, è in quel momento che riusciamo a percepire ciò che non esiste, la combinazione di tutti i suoni che creano un'armonia: è in quel momento che la musica nasce!

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.

Questa è una delle illusioni psicoacustiche più insidiose per chi lavora sul suono. Il nostro apparato uditivo percepisce come "migliore" un suono più forte di un altro (in inglese si direbbe "the louder, the better"). E, in particolare, quando si tratta di due versioni diverse dello stesso suono. Capita spesso, durante le manipolazioni del suono di cambiarne anche l'ampiezza rms. Ad esempio: togliendo basse frequenze ad un suono utilizzando un filtro [Vedi: Filtri], abbassa il livello complessivo del suono, oppure: enfatizzando una banda di frequenze tramite un equalizzatore [Vedi: Equalizzatori], alziamo anche il livello complessivo del suono. Il confronto tra suono orginale (dry, asciutto) e suono manipolato (wet, bagnato) va sempre effettuato ricalibrando il livello percepito (loudness [Vedi: LUFS e misure della loudness]) del suono manipolato allineandolo a quello del suono originale. Solo in questo modo è possibile fare un confronto obiettivo tra le timbriche dei due suoni senza lasciarsi ingannare dal cambio di livello sonoro percepito.

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 [Vedi: Il MiniDisc]. Tali algoritmi consentono compressioni dell'ordine di 5:1.

Il suono di uno strumento cambia a seconda dell'ambiente in cui si trova. Le prime riflessioni cadono tutte all'interno della zona di Haas e contribuiscono in modo fondamentale a caratterizzare la spazialità dello strumento.

Due segnali provenienti dalla stessa sorgente sonora creano delle differenze di fase che vengono interpretate dal cervello. Queste appaiono sgradevoli se ascoltate con un solo orecchio mentre creano un effetto piacevole se ascoltate con entrambe le orecchie.

Abbiamo visto come l'esecuzione di una nota provochi l'eccitazione della frequenza fondamentale e di tutte le armoniche essendo queste le frequenze multiple della fondamentale [Vedi: Contenuto armonico di un suono]. Il cervello è in grado di ricostruire, anche se con un certo errore, la fondamentale a partire dalle armoniche superiori. Per contestualizzare questa proprietà pensiamo ad una radiolina da stadio con il suo piccolo, rigidissimo altoparlante che suona la canzone dell'estate. Questa viene riprodotta con una banda di frequenze ridottissima ma è comunque individuabile la linea di basso grazie alla capacità del cervello di ricostruire la fondamentale a partire da informazioni sulle armoniche.

Descrive la capacità del cervello di reperire un segnale all'interno di un gruppo di segnali sonori sovrapposti. Pensate ad esempio ad una sala di ristorante in cui si può sentire un brusio generalizzato ma anche concentrarsi su una singola conversazione.