Psicologia della musica acustica musica suoni e simboli

Psicologia della musica (acustica, musica, suoni e simboli)

Che cos’è un suono? • Un’onda sonora è un alternarsi di variazioni di pressione (condensazione, rarefazione) in un medium (es. aria) • Lo si capisce bene osservando il comportamento di un altoparlante – questo si muove in avanti e all’indietro alternativamente a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 2

Come viaggia il suono? • Il suono si propaga in tutte le dimensioni (3 D) • Il suono viaggia alla velocità del suono: – ~340 m/s, ~1200 Km/h, Mach 1 • Non è una velocità molto alta – E’ per questo che ai grandi concerti all’aperto le ultime file cantano in ritardo a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 3

Notate come il coro canti sempre con un certo ritardo a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 4

La velocità del suono: esempi • Se il medium è il ferro: – 5120 m/s (gli indiani) • Se il medium è l’acqua: – 1484 m/s (le balene, i delfini…) a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 5

La velocità del suono • La velocità di propagazione delle onde sonore è in funzione: – inversa della densità del medium ( ) – diretta della rigidità del medium (C): a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 6

La velocità del suono • La velocità dipende anche dalla temperatura dell’aria. In aria non umida: – v = 331. 4 + 0. 6 T m/s • Ad esempio: – se T = 0° C • v = 331. 4 + 0 = 331. 4 m/s – se T = 20°C • v = 331. 4 + 0. 6*20 = 331. 4 + 12 = 343. 4 m/s a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 7

La lunghezza d’onda • Le onde sonore si propagano longitudinalmente • La lunghezza di un onda sonora è nota: – ed è importante per la localizzazione lungo l’azimut a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 8

La lunghezza d’onda • Ad esempio: – se f= 20 -Hz, L=~17 metri – se f=1500 -Hz, L=~23 centimetri • ovvero, circa distanza da orecchio – se f=20 -k. Hz, L=~17 millimetri a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 9

Come viaggia il suono? • Se si scontra con un oggetto: – trasmissione: l’onda fa vibrare l’ostacolo – riflessione: l’onda rimbalza sull’ostacolo – diffrazione: l’onda aggira l’ostacolo • soprattutto le basse frequenze perché caratterizzate la onde molto lunghe a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 10

Riflessione a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 11

Diffrazione Le basse frequenze difraggono più delle alte frequenze a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 12

Suono: per cosa si caratterizza? • Frequenza (Hertz - Hz, o k. Hz) • Durata (sec, msec) • Ampiezza – decibel - d. B • Fase (espressa in gradi o radianti) • Timbro (vedi da spettro in poi) a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 13

Frequenza • Gli Hertz sono l’unità di misura per la frequenza – f=1/T (dove T è il periodo in sec) • Gli esseri umani sono in grado di udire suoni compresi tra ~25 e ~16000 Hz • Solitamente, tanti più Hz ha un suono tanto più acuto ci appare a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 14

Frequenza in musica: la notazione musicale • Fin dall’antichità è emersa la necessità di “scrivere la musica” • Inizialmente, i sistemi di notazione musicale erano abbastanza semplici a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 15

La notazione musicale a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 16

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Notazione d’altezza • L’altezza dei suoni è indicata da sette sillabe: – Do, re, mi, fa, sol, la, si do • Altri paesi scrivono in altro modo, ad esempio, nei paesi anglosassoni: IT do re mi fa sol la si UK C D E F G A B a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 18

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La durata • In acustica, la durata di un suono si misura in microsecondi, millisecondi, minuti, ore… a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 20

Durata in musica: notazione di tempo a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 21

Notazione di tempo: ritmo • In musica il tempo si svolge a partire da gruppi binari (2 battiti) o ternari (3 battiti) o in combinazioni di questi – Esempi binario: rock – Esempi ternario: valzer • Il primo battito di ogni gruppo è quello accentato a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 22

Notazione di tempo: velocità d’esecuzione • Viene segnata con un aggettivo: grave, lento, adagio… vivace, presto, prestissimo • Di “recente” (es. Beethoven) viene anche indicata la velocità metronomica segnando il tempo che deve durare una semiminima a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 23

Ampiezza • Il cambiamento di pressione generato dal suono rispetto alla pressione atmosferica • Si calcola a partire dal punto di equilibrio: – fino al picco dell’onda (ampiezza di picco) – calcolando la RMS (root mean square) • Tanto più ampio è un suono tanto più intenso viene percepito a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 24

Quanto siamo in grado di sentire? • Le pressioni sonore che ci interessano vanno da: – 0. 00002 -Pa (soglia assoluta per il suono) – 20 -Pa (soglia del dolore) – 1 -Pa = 1 -N/m 2 a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 25

I decibel • Visto che la gamma delle pressioni è ampia si usano i decibel per ottenere numeri più maneggevoli • Ma i decibel vengono calcolati a partire da un’intensità a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 26

I decibel • L’intensità di un suono è uguale al quadrato della sua pressione quindi: a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 27

I decibel • Importanti proprietà dei d. B • Se sommo (in fase, vedi dopo) due onde di pari ampiezza e frequenza ho un aumento di c. a. 6 -d. B a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 28

I decibel • Il significato dei decibel viene spesso frainteso • I decibel NON SONO una misura assoluta ma relativa (dire 20 decibel non significa nulla, bisogna specificare quale è lo zero) • Lo “zero” di riferimento viene indicato da una sigla scritta a fianco di d. B (es. “d. B SPL”) • In percezione uditiva ci interessano quattro tipi di decibel: d. B SPL, d. B SL, d. B HL, d. BA a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 29

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Ampiezza in musica: notazione di intensità: • L’intensità viene indicata con delle lettere: – – – ff: fortissimo (~95 d. B) f: forte mf: mezzo forte mp: mezzo piano p: piano pp: pianissimo (~45 d. B) • Tra il fortissimo e il pianissimo ci sono 50 d. B: la musica pop ha una gamma dinamica molto più ridotta a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 31

Fase • La fase si esprime in radianti (o gradi) • In acustica è importante quando sommiamo più suoni tra loro • Percettivamente la differenza di fase tra due suoni è importante per la localizzazione dei suoni nello spazio lungo l’azimut* * azimut: asse orizzontale a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 32

Fase a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 33

La fase è importante a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 34

Area dell’udito: frequenza e pressione a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 35

Area dell’udito (in musica) • La musica si svolge in un’area più ridotta rispetto alle nostre potenzialità uditive • In ampiezza – la musica comincia da suoni più intensi e finisce a suoni meno intensi • In frequenza: – la musica si svolge tutta nella gamma bassamedia (dai 30 Hz ai 5000 Hz) a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 36

L’area della musica a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 37

Come sono fatti i suoni del mondo? Analisi di Fourier • Ogni suono, per quanto complesso, è ottenibile sommano un tra loro un insieme di tono puri aventi diversa frequenza, ampiezza e fase • L’insieme dei toni puri che compongono un suono corrispondono allo spettro di quel suono (vedi slide successive) a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 38

Come sono fatti i suoni del mondo? Analisi di Fourier • Si può capire questo con una analogia • Un’immagine digitale è un insieme di pixel di diverso colore e saturazione a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 39

Come sono fatti i suoni del mondo? Analisi di Fourier • Se ingrandissimo quello che c’è dentro quel quadrato vedremo tanti quadratini di colore e saturazione diversa a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 40

La rappresentazione grafica di un suono • Il suono può essere rappresentato graficamente: – 2 D: ampiezza per tempo (forma d’onda) – 2 D: ampiezza per frequenza (spettro) – quasi-3 D: frequenza per tempo, e colore per ampiezza (spettrogramma) a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 41

La forma d’onda (solo 2 D) a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 42

Forma d’onda • Nella forma d’onda si rappresenta l’ampiezza in funzione della durata • Con forma d’onda si riesce a vedere l’ampiezza, la durata e la fase di un suono • Il contenuto di frequenza, però, non è sempre “evidente” [vedi lucido successivo] a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 43

Forma d’onda a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 44

Forma d’onda • E’ possibile conoscere durata, ampiezza e fase osservando la forma d’onda • Però il suono è complesso (composto di più toni puri) ed è difficile capire di quanti toni puri sia composto • A questo scopo si usa lo spettro • Negli spettri si rappresenta l’ampiezza del suono in funzione della sua frequenza a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 45

Spettro a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 46

Ora sappiamo tutto… • Ovvero che era un suono di: – Durata: 50 ms [forma d’onda] – Frequenza: fatto di 5 toni puri (100, 200, 300, 400, 500 Hz) di uguale ampiezza [spettro] – Ampiezza complessiva: 1 [forma d’onda] • ampiezza singole componenti è 1 [spettro] – Fase: 0° (il seno di zero è uguale a zero) [forma d’onda] a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 47

Lo spettrogramma • A volte forma d’onda e spettro sono comunque insufficienti per capire com’è fatto un suono • Soprattutto se il suono cambia nel tempo sia in ampiezza che frequenza a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 48

Lo spettrogramma a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 49

Che suoni ci sono nel mondo? • Toni: – • hanno spettri discreti I toni possono essere: – – • • Rumori – hanno spettri continui semplici complessi I toni complessi possono essere – – armonici inarmonici a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 50

I toni puri (o semplici) • Con tono puro si intende un’onda sonora la cui variazione di pressione nel tempo sia uguale a quella di una sinusoide • I toni puri sono i “mattoni” con cui sono costruiti tutti i suoni a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 51

I toni complessi: armonici • Nella ricerca uditiva si utilizzano toni armonici, ovvero la somma di una serie di toni puri in relazione armonica tra di loro • Relazione armonica: fn=f 0. n con n = 1, 2, 3, … a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 52

I toni complessi: armonici • I toni armonici si caratterizzano per: – una frequenza fondamentale – una serie di parziali che sono multiple intere della fondamentale • La fondamentale non è necessariamente presente • Anche alcune parziali possono essere assenti a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 53

I toni complessi: armonici • I toni armonici sono molto diffusi: – la voce umana – gli strumenti musicali – ma anche altri suoni come il fischio, il rumore di certi oggetti, etc. a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 54

I toni complessi: inarmonici • Sono toni in cui le parziali di frequenza non sono in relazione armonica tra loro • Es: – 200 -Hz + 330 -Hz + 456 -Hzl le inarmonicità possono causare battimento a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 55

Battimenti • Fenomeno che si verifica sommando tra loro due toni di frequenza leggermente diversa (e. g. fa=200 -Hz e fb=205 -Hz) – quando accordate la chitarra • La “somma” dei due toni produce una modulazione d’ampiezza di frequenza fdiff pari a fa-fb a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 56

Battimenti • Se fdiff è piccola (~40 -Hz): – si possono udire i battimenti • Se fdiff è un po’ più grande: – si può udire la rugosità • Se fdiff è ancora più grande: – i due toni possono essere uditi separatamente a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 57

Toni e rumori • I toni sono quelli caratterizzati da spettri discreti – [hanno un’altezza tonale] • I rumori sono caratterizzati da spettri continui – [NON hanno un altezza tonale] a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 58

I rumori • I rumori che si usano nella ricerca uditiva sono: – rumore bianco • contiene tutte le frequenze – rumori a banda di frequenza più o meno stretta – rumori “notched” • ottenuti sommando 2 rumori a banda a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 59

Timbro • La struttura armonica di un suono caratterizza il timbro di un suono – Il suo spettro • Timbro: “quell’attributo della sensazione uditiva per cui un ascoltatore può giudicare come diversi due suoni presentati nella stessa maniera ed aventi la stessa intensità soggettiva e altezza tonale” a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 60

Timbro • Ogni timbro quindi si caratterizzerebbe per uno spettro • Di conseguenza, il timbro sembrerebbe essere un indizio tempo-invariante. • Invece… a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 61

Timbro • Il timbro dipende anche dal tempo • Se suono una nota di pianoforte indietro nel tempo la qualità evocata non sarà più quella di un pianoforte a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 62

Filtri • Molto spesso si usano I filtri • I filtri sono importanti: – per modificare acusticamente un tono o un rumore (es. creare un rumore passabanda a partire da un rumore bianco) – come modello per capire (e spiegare) il funzionamento del sistema uditivo a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 63

Filtri • Un filtro è uno strumento che permette di attenuare/cancellare alcune zone (o componenti) di frequenza di un dato suono • Come il filtro di una sigaretta: – il filtro lascia passare qualcosa – non lascia passare qualcos’altro a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 64

Filtri • Tipi di filtro: – passa alto: lascia passare le alte frequenze – passa basso: lascia passare le basse frequenze – passa banda: lascia passare una certa banda di frequenza – banda stoppa: lascia passare al di fuori di una certa banda di frequenza a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 65

AM & FM • I toni possono essere ulteriormente modificati imponendo loro delle: – modulazioni d’ampiezza (AM) – modulazioni di frequenza (FM) • la modulazioni di frequenza tuttavia sono infrequenti nei rumori a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 66

AM • AM: modulazione d’ampiezza. La modulazione d’ampiezza “strozza” l’ampiezza dell’onda sonora • In musica la modulazione d’ampiezza corrisponde al tremolo a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 67

AM a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 68

AM • In caso di AM è importante distinguere tra: – le variazioni di pressione veloci della portante [struttura fine] – le variazioni lente provocate dal modulatore [inviluppo] a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 69

Inviluppo • Inviluppo: la linea immaginaria che unisce tutti i picchi positivi (o negativi) di una onda sonora – quella verde nella figura successiva • Ogni suono, sia esso tono o rumore, si caratterizza per un certo inviluppo a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 70

Inviluppo a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 71

FM • FM: modulazione di frequenza. Fa oscillare la frequenza di un tono (o la gamma di frequenza di un rumore) tra due valori dati • In musica la modulazione di frequenza corrisponde al “vibrato” a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 72

Un suono, tanti suoni • In musica i suoni non sono mai “isolati” • Armonia: – combinazione simultanea di due o più suoni • Melodia: – successione diacronica (i. e. , nel tempo) di suoni a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 73

Intervalli musicali • Un intervallo musicale è la distanza tra una nota ed un’altra, il numero di note tra la prima e la seconda • Gli intervalli sono: – Prima: do-do, re-re, mi-mi… – Seconda: do-re, re-mi, … la-sol – Terza: do-mi, …, mi-sol –… a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 74

Intervalli • L’intervallo tra una nota e la successiva nota con lo stesso nome si chiama ottava • Il pianoforte solitamente include sette ottave • Ad ogni ottava viene assegnato un numero progressivo • Il do centrale è anche detto do 4 (o C 4), ed ha una frequenza fondamentale di 261. 6 Hz a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 75

Temperamento • Temperamento: la frequenza specifica prodotta da ciascuna nota – dipende dall’algoritmo scelto • Tre i temperamenti principali – naturale – pitagorico – equabile a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 76

Il cent • Unità di misura di altezza a volte utilizzata in musica per definire la frequenza esatta di tutte le note • Il cent divide l’ottava in 1200 parti logaritmicamente uguali a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 77

Temperamento Equabile Naturale Pitagorico do 0 0 0 re 200 204 mi 400 386 408 fa 500 498 sol 700 702 la 900 884 906 si 1100 1088 1110 do 1200 a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 78

La scrittura musicale: notazione d’altezza • La scrittura musicale si svolge sul pentagramma • La parte alta rappresenta le note acute (chiave di sol), la parte bassa le note gravi (chiave di fa) a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 79 L’origine dell’effetto SMARC?

Toni e semitoni • • a. a. 2014/2015 Il semitono è l’intervallo più piccolo in uso nella musica occidentale Il tono è un intervallo grande il doppio di un semitono massimo. grassi@unipd. it 80

Scale musicali • Una serie di note ordinata in progressione verso l’alto o verso il basso con inizio da una nota qualsiasi per raggiungere la relativa ottava • Esistono diversi tipi di scale musicali dalla pentatonica, alla diatonica (do re mi fa sol la si do) alle scale indiane… a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 81

Scale musicali • Tra le tante scale… – la scala maggiore • caratterizzata per un intervallo di terza “maggiore”, ovvero di due toni interi (es. do-mi) • la scala minore – caratterizzata per un intervallo di terza “minore”, ovvero di un tono e un semitono (es. la-do) a. a. 2014/2015 massimo. grassi@unipd. it 82