COME/03 - Acustica Musicale per Musica Elettronica

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1 COME/03 - Acustica Musicale per Musica Elettronica Dipartimento di musica elettronica e nuove tecnologie Stefano Silvestri 1

2 Introduzione Acustica: parte della scienza del suono che studia i fenomeni fisici implicati nella generazionetrasmissione del suono Scienza del suono Acustica Elettroacustica Psicoacustica Stefano Silvestri 2

3 Studi di interesse nel campo dell acustica e della psicoacustica Acustica La generazione del suono: meccanica di vibrazione dei corpi elastici Trasmissione: propagazione nel mezzo materiale Ricezione: Fisiologia dell apparto uditivo Psicoacustica Fenomeni dell udito Sensazione sonora Psicofisiologia Studio della percezione Psicologia della cognizione Conoscenza di strutture mentali Stefano Silvestri 3

4 Relazioni fra i diversi settori Acustica Musica Psicoacustica Composizione/ esecuzione (con mezzi strumentali meccanici, elettronici) Ecologia Acustica, Musicale Stefano Silvestri 4

5 Unità di misura di grandezze fondamentali sistema S.I. Distanza (l) metri [m] Massa (m) kilogrammi [Kg] Tempo (t) secondi [sec] Area (A) [m 2 ] Periodo (T) secondi [sec] Forza (F) newton [N] Pressione (P) pascal [Pa] Energia (E) joule [J] Velocità (v) [m/sec] Accelerazione [m/sec 2 ] Frequenza (f) Hertz [Hz] numero di vibrazioni nell unità di tempo C.p.s. cicli per secondo Potenza (P) Watt [W] Intensità (I) [W/m 2 ] Stefano Silvestri 5

6 Conversioni utili 1ms = sec = 10-3 sec 1000ms = 1sec = 10 6 µs = µs 10-6 sec = sec = 1µs 1min = 60sec = 60000ms = µs 1ora = 60min = 3600sec (60min*60sec) 1giorno = 24ore = 1440min = sec Stefano Silvestri 6

7 Notazione esponenziale Stefano Silvestri 7

8 Relazioni utili Forza (massa per accelerazione) F = ma L accelerazione imposta dalla gravità terreste è g~9.81 m/s, produce una forza F=9.81 Newton su una massa di 1Kg 1 N =1/9. 81Kg [ N] Stefano Silvestri 8

9 Relazioni utili Per spostare un corpo ad una distanza di 1m con una forza di 1N occorre un energia pari a 1 Joule 1J =1N m La potenza P equivale all energia E spesa nell unità di tempo t E P = t [ W] Stefano Silvestri 9

10 Relazioni utili La potenza si esprime in Watt 1W = 1J sec La pressione è la forza in Newton che agisce nell unità d area (m 2 ) e si misura in Pascal 1Pa= 1N / m 2 Stefano Silvestri 10

11 Onde sonore Catena sonora: è l insieme di tutti gli oggetti implicati nel fenomeno sonoro Sorgente sonora Mezzo di propagazione Meccanismi di ricezione Dispositivo trasmittente Produzione di vibrazioni meccaniche Canale/percorso Trasmissione di vibrazioni meccaniche Dispositivo ricevente Ricezione di vibrazioni meccaniche Stefano Silvestri 11

12 Ricezione del suono Il sistema uditivo è l insieme di organi che permettono la ricezione/trasduzione/elaborazione dell informazione sonora Suono: ci si riferisce alla sensazione sonora Un segnale acustico consiste in un movimento vibratorio di particelle materiali Un moto di particelle è prodotto da una sorgente sonora che sotto l azione (stimolo) di una certa forza (energia) inizia a vibrare (eccitazione) Se queste vibrazioni si ripetono entro un intervallo che va da 20 a volte al secondo allora risultano udibili Stefano Silvestri 12

13 Ricezione del suono Sensazione sonora: modificazione dello stato neurologico come risposta agli stimoli forniti dall ambiente esterno Sentire ricevere un segnale Ascoltare dal latino auris (orecchio), apprendere/prestare attenzione Audio dal latino ascoltare, termine prestato all ingegneria per indicare le tecnologie di fruizione del suono Segnale grandezza fisica che variando nel tempo trasporta un informazione (segnale costante = non informazione) Informare dotare di forma / mettere a conoscenza di un fatto Comunicare relazionarsi / partecipare attivamente / svolgere assieme un compito Stefano Silvestri 13

14 Triangolo semiotico Significato = contenuto Significante = elementi fonetici e grafici / forma del significato che rinvia al contenuto Referente = oggetto / ciò di cui si parla Segno = Significato + Significante Es. B è un segno il cui significante è b che significa: la seconda lettera dell alfabeto Stefano Silvestri 14

15 Percezione Il cervello converte/semplifica/scompone l informazione della sensazione sonora in forme (associazione di modelli) dotate di significato, effettuando una sintesi (analisi valutazione/confronto) mediante reti neuronali Ne consegue che: Suono è informazione (non comunicazione) Sentire un suono ricevere un segnale Musica comprenderebbe sia l informare (dell informazione sonora) che il comunicare Ascoltare musica tipologie di ascolto (attento/distratto) partecipazione attiva, prestare attenzione, apprendimento, etc. Stefano Silvestri 15

16 Appunti Etimologia: dal greco etimos (reale) + logos (discorso), scienza che si occupa di studiare l origine delle parole Semiotica: dal greco semeion (segno), disciplina che studia il segno ed il suo significato Stefano Silvestri 16

17 Estensione del range di udibilità Strumenti acustici Onde biomedicali Voce Onde distruttive Animali (cetacei) Uomo Animali (pipistrelli) Misurazioni 20Hz 20KHz 2MHz 200MHz INFRASUONI Banda Udibile ULTRASUONI Stefano Silvestri 17

18 Propagazione del suono Consiste in una catena di perturbazioni nel mezzo elastico, che si diffonde nel tempo e nello spazio perdendo progressivamente energia Variazioni di pressione atmosferica Moto di compressione (alta pressione) Sorgente sonora puntiforme (ideale) ~ molecole in 1cm 2 d aria, trattenute dalla forza di gravità Moto di rarefazione (bassa pressione) Stefano Silvestri 18

19 Mezzi di propagazione Il suono può propagarsi attraverso: Mezzi solidi elastici Con determinate proprietà di forma, dimensione, etc. Mezzi liquidi Es. l acqua Mezzi gassosi Es. l atmosfera E il mezzo di trasmissione a permettere la propagazione delle vibrazioni meccaniche In assenza di atmosfera nessun suono può propagarsi Stefano Silvestri 19

20 Atmosfera Esosfera (~400Km) Termosfera (~300Km) Ionosfera Mesosfera (~50Km) Stratosfera (~40Km) Strato di Ozono Tropopausa (~18Km) Troposfera (~10Km) Stefano Silvestri 20

21 Pressione atmosferica S La pressione atmosferica standard (livello del mare) vale ~1.033 kg/cm 2 Ciò significa che tutta la colonna d'aria che grava su 1 cm 2 di superficie terrestre pesa ~1.033 kg Quanto pesa l atmosfera complessiva? Considerando la terra una sfera perfetta il suo diametro è ~12746 km, la superficie risulta: = = πr km = km 2 Stefano Silvestri 21 2

22 Peso dell atmosfera S Considerando che: 1 km = 1000 m = cm = 10 5 cm 1 km 2 =10 10 cm 2 Il peso complessivo dell atmosfera ideale (costante e priva di perturbazioni) risulta: = Km = cm = cm P tot = cm 1.033Kg / cm = = Ovvero un peso complessivo di circa 5 miliardi di miliardi di Kg! Stefano Silvestri 22

23 Costitutivi della materia Molecola: assieme di atomi La condivisione di elettroni tra due o più atomi forma il legame chimico ovvero la base costitutiva degli elementi Gli stati della materia (solido, liquido, gassoso, intermedi) dipendono dalla quantità di energia dei legami chimici (forza di coesione/adesione) Atomo Particelle elementari Nucleo (protoni, neutroni) Elettroni Ordine di grandezza ~10-15 m Distanza tra la materia solida ~10-12 m Stefano Silvestri 23

24 Onda di pressione Il moto di particelle nell aria è prodotto da differenze di pressione atmosferica La dimensione delle particelle che costituiscono il mezzo è in tal sede trascurabile quindi è possibile rappresentare le sole perturbazioni mediante onde ideali p > Pressione atmosferica P = Pa p < P P La pressione atmosferica normale (standard) è misurata alla latitudine di 45, al livello del mare alla temperatura di 15 C Rarefazione (lontananza tra le molecole) Compressione (vicinanza tra le molecole) Stefano Silvestri 24