Osservare il suono

Se durante un concerto avessimo la possibilità di osservare l’aria mentre vibra simultaneamente influenzata dal suono di voci e strumenti, con grande stupore vedremmo colori organizzarsi e muoversi in essa.   (Athanasius Kircher ) [2]

Dopo aver affrontato brevemente alcune questioni generali rigurdanti l'ascolto e illustrato alcuni esempi di possibili organizzazioni del suono in linguaggi più o meno codificati osserviamo ora i suoi parametri fisici e le sue differenti rappresentazioni.

Suono e onde sonore

Siccome la letteratura specifica sia online che cartacea riguardo questi temi è vastissima e facilmente reperibile, nei paragrafi seguenti la trattazione degli argomenti teorico-scientifici non vuole essere esaustiva ma mirata esclusivamente agli scopi ultimi di questo scritto ovvero la produzione artistico-musicale.

Come nasce il suono? Il suono viene generato attraverso la produzione di onde meccaniche da parte di un corpo vibrante chiamato sorgente sonora. Questa può essere uno strumento musicale, le corde vocali, la membrana di un altoparlante o più in generale qualsiasi fenomeno avente caratteristiche fisiche opportune che provoca piccole variazioni nella pressione atmosferica [4].

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Per produrre suono la sorgente deve essere immersa all’interno di un corpo elastico che nel nostro caso solitamente è l’aria, permettendo così la propagazione delle vibrazioni generate dalla sorgente sonora nello spazio circostante. Questo fenomeno ondulatorio è chiamato onda sonora.

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Infatti più generalmente in fisica un’onda è una perturbazione che si propaga nello spazio e che può trasportare energia da un punto all’altro tramite la variazione di una grandezza fisica. Nel caso delle onde sonore la perturbazione è la variazione di pressione atmosferica (successione di rarefazioni e condensazioni) indotta dal corpo vibrante nel mezzo elastico circostante [4].

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Nel corso del suo tragitto all’interno del corpo vibrante un’onda sonora può incontrare un apparato in grado di trasformare (ed eventualmente elaborare) l’energia sonora in energia di altra forma.

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Per quello che riguarda la materia in trattazione questo tipo di apparati sono generalmente due:

In questo secondo caso le variazioni di tensione elettrica che escono dal microfono e corrono lungo il cavo sono quello che viene definito un segnale audio analogico che proseguirà il suo cammino all'interno di una catena elettroacustica.

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Vediamo ora quali sono i principali parametri del suono, i diversi simboli con cui rappresentarli e le unità di misura da adottare per misurarne i valori.

Parametri del suono e della musica

Altezza o frequenza

L’altezza di un suono è il parametro legato alla sensazione di gravità/acutezza che si percepisce di un suono e dipende dalle frequenze di variazione delle onde elementari che compongono l’ onda sonora [5].

Misure e simboli musicali

Misure e simboli fisici

Quando parliamo di altezza o frequenza di un suono ci riferiamo principalmente a suoni con una forma d'onda periodica o ciclica. Un'onda periodica è data da un fenomeno vibratorio che si ripete identico a se stesso a intervalli di tempo uguali chiamati T. T è detto periodo (o ciclo) dell'onda. Nella figura sottostante vedamo una rappresentazione grafica di un onda in un sistema di riferimento cartesiano dove sull'asse delle ascisse (x) è rappresentato lo scorrere del tempo, mentre sull'asse delle ordinate (y) le variazioni di pressione atmosferica (o di voltaggio nel caso in cui volessimo rappresentare un segnale audio analogico).

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La frequenza di un suono periodico è misurata in Hertz o cps (cicli per secondo) ovvero si misura quante volte il periodo si ripete uguale in un secondo come illustrato nella figura seguente.

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Ricordiamo che l'orecchio umano nelle sue condizioni ottimali percepisce suoni compresi tra 20 e 20.000 Hz. A chiosa di questo argomento possiamo osservare nell'immagine seguente i rapporti intercorrenti tra alcune delle unità di misura appena esposte.

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Dinamica o Ampiezza

L’intensità di un suono descrive l’ampiezza delle variazioni dell’onda sonora e fornisce una misura dell’energia da essa trasportata. In termini musicali è data dal rapporto tra i suoni più deboli (pianissimissimo) e quelli più forti che caratterizzano la dinamica di un brano.

Misure e simboli musicali

Misure e simboli fisici

La dinamica di un suono in fisica si definisce con il termine ampiezza. Questo termine può infatti essere usato sia riferito a un'onda sonora (ambito delle variazioni di pressione), sia ad un segnale audio analogico (ambito del voltaggio) sia ad un segnale audio digitale (valori dei campioni). Se prendiamo in considerazione l'aspetto fisico acustico e non la percezione umana questo parametro è indipendente dalla frequenza come possiamo osservare nella figura seguente che illustra la rappresentazione di tre suoni aventi la stessa frequenza ma ampiezze differenti:

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Per convenzione l'ampiezza di un segnale audio è compresa tra +/- 1.0.

Il termine ampiezza è però troppo generico e per evitare confusione dobbiamo aggiungere un aggettivo per distinguere tra due differenti modalità di misurazione:

Dopo aver osservato le differenze tra ampiezza assoluta e ampiezza relativa possiamo ora soffermarci sulle unità di misura impiegate per misurare le variazioni d'ampiezza o meglio i rapporti che intercorrono tra suoni con intensità differenti. Questo parametro è anche comunemente chiamato volume o fattore di amplificazione. Per meglio comprendere possiamo pensare che nell'ambito elettroacustico tutti i generatori (o trasformatori) di segnali audio producono come output segnali con ampiezza di picco uguale a 1.0, i cui valori di ampiezza istantanea oscillano dunque tra +/- 1.0.

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Segnale analogico

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Segnale digitale

Se prendiamo ad esempio tutti i valori delle ampiezze istantanee di un segnale digitale e li moltiplichiamo per 1.0 otterremo lo stesso segnale, ma se li moltiplichiamo per 0.5 otterremo un segnale con la stessa frequenza ma con l'ampiezza dimezzata, mentre se li moltiplichiamo per 0.0 otterremo un segnale corrispondente al silenzio. Le figure seguenti illustrano dei fattori di moltiplicazione che variano nel tempo e che generano dunque crescendi e/o diminuendi.

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*

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=

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Per quanto riguarda questi fattori di moltiplicazione che regolano i rapporti in un ambito (range) dinamico ci sono principalmente tre diverse unità di misura:

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Strumenti o Timbro

Il timbro è quella particolare qualità del suono che permette di distinguere due suoni con uguale ampiezza e altezza. Il timbro rappresenta quell'attributo della sensazione uditiva che consente all'ascoltatore di identificare la fonte sonora, rendendola distinguibile da ogni altra.

Parametri del Tempo

La struttura, nella musica è la sua divisibilità in parti sempre maggiori, dalle frasi alle lunghe sezioni. La forma è il contenuto, è la continuità. Il metodo è il mezzo per controllare la continuità di nota in nota. Materiali della musica sono il suono e il silenzio. Integrarli significa comporre.   (J.Cage)

Misurare il tempo

La misurazione del tempo è stata la prima scienza esatta dell’antichità. Le uniche certezze provenivano dai fenomeni astronomici.    (E.Salvatori)

La musica è un espressione umana che si svolge nel tempo, in un tempo non reversibile se non nella memoria e una delle prime scelte che dobbiamo compiere nell’approcciarci alla scrittura di un brano, consiste nel definire l’andamento temporale dello stesso (veloce, lento, moderato, etc.), o meglio stabilire che tipo di rapporto ci sarà tra gli eventi sonori e con quale frequenza e quale densità saranno distribuiti all’interno della composizione.

L.v.Beethoven - Tema e variazioni

Contestualmente dobbiamo scegliere un un organico strumentale e se decidiamo di utilizzare uno o più strumenti acustici, sarà necessaria la realizzazione di una partitura sulla quale annotare in vari modi le sequenze di azioni che lo strumentista deve compiere per ricreare l’idea musicale in un tempo futuro. Per trasmettere e codificare queste informazioni, nel corso dei secoli compositori e teorici della musica hanno sviluppato la notazione musicale , o meglio un insieme di notazioni musicali, adattate di volta in volta alle rinnovate esigenze espressive e/o esecutive. Per contro se all’interno dell’organico è presente uno strumento elettroacustico/informatico ci troviamo di fronte a un problema. L’esecutore o interprete della parte elettronica in primo luogo è un software, che non ha mai seguito un corso di teoria e solfeggio o di semiografia della musica e quindi non è in grado di interpretare i simboli usati nelle notazioni musicali più o meno tradizionali. Per questo motivo dobbiamo in primo luogo definire alcuni parametri atti a misurare il tempo, o meglio misurare una sequenza di eventi o azioni che si svolgono nel tempo per poterli poi organizzare (comporre) in ritmo e tradurli in un linguaggio simbolico interpretabile sia da esecutori umani che da un software. Questi parametri sono tre:

In realtà i parametri strettamente necessari alla descrizione di una sequenza di eventi temporali sono solo i △t e le durate. Attraverso la loro combinazione è possibile realizzare sia sequenze di eventi senza soluzione di continuità (quando i △t coincidono con le durate), sia sequenze di eventi separate da pause (quando le durate sono inferiori ai △t). La misurazione dei tempi parziali (onsets) invece è legata al fatto che un brano musicale ha un tempo finito (un inizio e una fine, o quantomeno un inizio) e in alcuni casi può essere utile trovare un punto preciso al suo interno, ad esempio per fare ripartire un playback o una registrazione da quel punto preciso specificando dei marker tanto cari agli ingegneri del suono.

Per meglio comprendere questi parametri eseguiamo il codice di SuperCollider illustrato nell’esempio sottostante. Compare una finestra. Schiacciare, tenere premuto e rilasciare un tasto qualsiasi della tastiera del computer. Ogni volta che compiamo quest’azione, vengono visualizzati onset, △t e durata espressi in secondi. Onsets e △t vengono aggiornati quando il tasto viene schiacciato, mentre la durata quando viene rilasciato, in quanto fino a quando un’azione non termina non è possibile misurarne la durata. Immaginiamo di sostituire i tasti del computer con i tasti di un pianoforte, l’azione compiuta è la stessa ed è possibile descriverla sia con una notazione musicale per essere interpretata da un esecutore umano su uno strumento acustico, sia numericamente per essere interpretata da un computer attraverso i codici ASCII della sua tastiera.

(
var start = SystemClock.seconds,
    prev  = 0,
    onset = 0,
    delta,
    vora,
    vprec = 0,
    w     = Window('Tempo')
                  .background_(Color.black)
                  .setTopLeftBounds(Rect(0,0,210,135))
                  .alwaysOnTop = true;
    c     = StaticText(w,Rect(10,10,200,40))
                  .font_(Font("Times",36))
                  .stringColor_(Color.white)
                  .string_("Onset");
    d     = StaticText(w,Rect(10,50,200,40))
                  .font_(Font("Times",36))
                  .stringColor_(Color.white)
                  .string_("Delta");
    e     = StaticText(w,Rect(10,90,200,40))
                  .font_(Font("Times",36))
                  .stringColor_(Color.white)
                  .string_("Durate");

w.front.view.keyDownAction_({
                             arg ...args;
                                vora = args[3];
                                if(vora != vprec,
                                      {onset = SystemClock.seconds start;
                                       delta = onset prev;
                                       prev  = onset;
                                       c.string_("Onset   "++onset.round(0.01));
                                       d.string_("Delta    "++delta.round(0.01));
                                       }
								   );
                                vprec = vora})
            .keyUpAction_({var release = SystemClock.seconds start,
	                           dur = release   onset;
                           e.string_("Durate  "++dur.round(0.01));
                           vprec = 0
						   })
)

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Organizzare il tempo

Stabiliti i parametri necessari alla descrizione di una sequenza di eventi nel tempo, dobbiamo scegliere un’unità di misura e, in base a questa adottare il sistema più adatto alla loro organizzazione. Per farlo abbiamo a nostra disposizione solo due possibilità: Tempo relativo e Tempo assoluto.

Tempo relativo

Tutti i valori sono definiti attraverso suddivisioni di una pulsazione regolare come nella tradizione musicale occidentale dal Rinascimento ad oggi (Tactus). In questo caso le unità di misura possono essere diverse:

Tempo assoluto

Il sistema proprio del linguaggio informatico. Anche questo modo di misurare il tempo si basa su pulsazioni regolari, ma non sono previste suddivisioni metriche strutturali, o meglio ci possono essere ma non rappresentano un elemento fondante di un sistema come quello ritmico/musicale. Per quello che riguarda il range entro il quale si svolgono gli eventi temporali musicali le unità di misura che possiamo utilizzare sono due:

Questi due sistemi non rappresentano esclusivamente la migliore scelta nella risoluzione di una problematica tecnica o una semplice convenzione di comodo, ma ognuno possiede caratteristiche musicali proprie e ben definite come possiamo verificare eseguendo il codice sottostante:

// 1) Accendere l'audio (Boot)
// 2) Eseguire il codice tra le due prime parentesi tonde (si definisce un Synth):
(
SynthDef(\sperc, {|freq =440, amp=1, dur=75, atk=10|
var env = EnvGen.ar(Env.perc(atk*0.001, (dur atk)*0.001), doneAction: 2),
    osc = SinOsc.ar(freq, 0, amp);
        Out.ar(0, env *osc ! 2);
}).add;
)
// 3) Eseguire il codice seguente:
// Pulsazione irregolare assoluta tra 75ms e 250ms: (
{var freq = rrand(800,1900);
  {inf.do{
          Synth("sperc",[\freq,freq,\amp,1]);
          rrand(0.075,0.25).wait
  }}.fork} ! 3;
)
// 4) Fermare l'esecuzione
// 5) Eseguire il codice seguente:
// Pulsazione irregolare con suddivisioni di un beat. (
{var bpm = 52,
     freq = rrand(800,1900),
     t = TempoClock(bpm/60);
  {inf.do {
           Synth("sperc",[\freq, freq,\amp,1]);
           [1/2,1/4,1/8,1/16].choose.wait
  }}.fork(t)} ! 3;
)

La scelta di utilizzare un sistema piuttosto che l’altro deve essere dunque dettata sia dal risultato musicale che vogliamo ottenere, sia dalle problematiche tecniche relative alla programmazione dello strumento informatico in relazione a organici misti (strumenti elettronico/informatici combinati con strumenti acustici). Se ad esempio il linguaggio musicale utilizzato necessità di una certa rigidità metrica (sebbene all’interno di una flessibilità temporale, sarà più adatta una misurazione in tempo relativo (bpm).

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Se invece vogliamo realizzare un sound design con soli suoni di sintesi, oppure un brano di musica mista dove sia previsto che gli esecutori seguano un ”timer” come in certe attività improvvisative o di alea controllata, sarà più opportuno organizzare il tempo con un sistema di valori assoluti.

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Convertire il tempo

Nella maggior parte dei casi, quando utilizziamo un software musicale, ci viene richiesto di specificare △t, durate e onsets in secondi, millisecondi o bps, utilizzando un sistema assoluto. Se però vogliamo pensare in valori relativi dobbiamo effettuare delle conversioni dell'unità di misura con delle semplici operazioni matematiche:

Se vogliamo per esempio generare una sequenza di semicrome con semiminima = 92 bpm come quella illustrata nella figura sottostante è necessario calcolare il △t in millisecondi nel modo seguente:

△t = (60000/92)*(1/4) = 652.17*0.25 = 652/4 = 163 ms

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