Rappresentazione tempo/frequenza - Analisi armonica del suono

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:

possiamo senz'altro dire che sia la frequenza f che l'ampiezza A sono costanti. E allora, con riferimento alla figura seguente, in un diagramma Ampiezza-Frequenza, una sinusoide di ampiezza A e frequenza f (immagine di sinistra) la rappresentiamo come nell'immagine di centro mentre in caso avessimo due sinusoidi di frequenza f₁ e f₂, otterremmo una rappresentazione come nell'immagine di destra:

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 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:

Andamento in tempo di un segnale sonoro complesso

La sua visualizzazione nel dominio della frequenza prende il nome di spettro di frequenza e in esso vengono mostrate le ampiezze delle singole sinusoidi componenti. Il nostro segnale sonoro 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:

Spettro di frequenza di un segnale sonoro complesso

Se il segnale audio è un segnale periodico [Vedi: Classificazione delle onde] (come per esempio un'onda quadra [Vedi: Onda quadra]), allora il suo spettro di frequenza sarà costante nel tempo. Altrimenti avremo un suono che varia continuamente nel tempo, come una voce o un assolo di chitarra. In questo caso, ogni sinusoide componente varia nel tempo la sua ampiezza e dunque varia anche la forma del grafico dello spettro. Questo spiega cosa mostra un analizzatore di spettro con tutti quei LED che sembrano impazziti: sta descrivendo l'ampiezza delle singole sinusoidi che compongono il suono. Questo spiega anche cosa fa un equalizzatore grafico [Vedi: 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).