Acustica: la scienza del Suono

Acustica, che cos’è e come funziona?


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L’acustica è la scienza del suono, ed è definita da aspetti fisici e psicofisici.

Se si vuole analizzare il suono lo si può fare sotto due punti di vista: il suono che si propaga nell’aria (sotto forma di perturbazione) dunque l’aspetto fisico, oppure, si può analizzare il suono dal punto di vista della percezione dell’orecchio ovvero come viene percepito dall’orecchio umano, in questo caso parleremo allora di un fenomeno psicofisico.

Questi due aspetti sono strettamente legati fra loro, l’uno influenza l’altro.

Il metodo di registrazione utilizzato durante una produzione, gli ambienti di registrazione e successivamente riproduzione, sono tutti aspetti che influenzano notevolmente entrambi gli aspetti, fisico e psicofisico.

L’acustica dunque non si occupa solo di comprendere il movimento del suono nello spazio.

Sebbene si senta spesso parlare di acustica legata allo studio di registrazione o più in generale agli ambienti, questa non si limita solo all’aspetto fisico.

Lo studio dell’acustica nasce in Cina, a partire dal III secolo a.C., si incentra principalmente su rudimentali sistemi acustici e la relativa accordatura, sistemi più evoluti sono ancora in uso oggi.

Fu tuttavia nel 550 a.C che, il noto filosofo Pitagora di Samo, scoprì che gli intervalli musicali sono concordi quando sono collegati fra loro da rapporti di numeri interi.

Fu grazie ad un strumento inventato da Pitagora stesso, ovvero il monocordo, che il filosofo potè condurre ricerche più approfondite in merito all’acustica.

È noto inoltre il grande contributo dei Greci agli sviluppi dell’acustica architettonica, o acustica degli ambienti.

Furono infatti i primi a studiare e applicare l’acustica agli spazi ambientali, i più famosi, i teatri.

Il teatro di Epidauro, costruito da Policleto nel 360 a.C., è un fulgido esempio di come i greci sfruttassero ampiamente le loro conoscenze in merito all’acustica architettonica.

Nel VI secolo, fu proprio in Grecia, nella provincia di Sibari, che vide la luce la prima ordinanza in merito ai rumori molesti all’interno delle aree abitate.

Questa prevedeva che gli artigiani che lavoravano metalli, quindi, fabbri, lattonieri, ecc. conducessero le loro attività lavorative all’esterno delle aree abitate per non dare fastidio ai residenti.

teatro di epidauro acustica
Il teatro di Epidauro è famoso per la sua acustica

Lo sviluppo dell’acustica fu successivamente portato avanti dai Romani, i quali contribuirono con l’aggiunta di elementi acustici e architettonici ai teatri, con tettoie e gallerie, alle grandi camere adibite a riunioni politiche, alle chiese, dove l’acustica risultava essere fondamentale perché tutti potessero seguire lo svolgimento delle funzioni religiose, e soprattutto agli spazi riservati ai cori.

Nel 1886, il chirurgo di Glasgow Thomas Barr, condusse i primi esperimenti in merito ai danni acustici provocati da rumori forti.

Per farlo, testò l’udito di centinaia di persone, principalmente artigiani lavoratori di lamiere e metalli in genere, che erano costantemente sottoposti al rumore dei propri strumenti sul metallo.

Le ricerche lo portarono a scoprire che, se una persona era sottoposta a suoni molto intensi per lunghi periodi, l’udito ne risentiva gravemente.

Il 1890 arrivò in fretta, e iniziarono a nascere i primi studi di registrazione, piccole strutture insonorizzate che permettevano ai musicisti di registrare i propri brani in ambienti adeguatamente trattati, tuttavia, gli strumenti di registrazione acustica (come ad esempio il corno acustico intorno al quale si riunivano i musicisti per incidere la musica direttamente sul disco) erano ancora primitivi.

Arrivò successivamente il microfono a carbone, che, insieme alle cuffie acustiche, erano parte integrante della scoperta del telefono.

L’anno della svolta fu il 1907, grazie alla scoperta di Lee de Forrest in merito al principio di amplificazione elettronica di segnali elettrici infatti, si avviarono studi sull’elettroacustica, studi che in poco avrebbero portato innovazioni incredibili nel campo dell’acustica e delle registrazioni.

Nel 1920, poco dopo l’invenzione da parte di Edward Wente del primo microfono a condensatore, l’industria della registrazione musicale cambiò nuovamente faccia.

acustica, Il Microfono a Condensatore di E. Wente
Il Microfono a Condensatore di E. Wente

Fu l’introduzione di strumenti analogici come banchi di registrazione, ovvero i mixer, gli amplificatori elettrici, gli Studio Monitor e l’introduzione del sintetizzatore, che portarono ad una progressiva scomparsa della registrazione acustica che terminò il suo breve viaggio tecnologico a metà degli anni ’30.

Gli studi di registrazione vedevano ancora una volta un grande cambiamento a livello strutturale, vennero infatti introdotte cabine di regia e sale di ripresa con ambienti trattati adeguatamente; mixer, studio monitor, microfoni, cuffie e sintetizzatori erano ormai parte integrante del corredo di ogni studio di registrazione che potesse definirsi tale.

Nacquero inoltre locali adeguati alle esigenze musicali, per la maggior parte, sale da ballo e club che venivano insonorizzati sfruttando i principi di acustica architettonica scoperti fino ad allora e materiali fonoassorbenti con i quali si poteva intervenire sul movimento dei suoni all’interno di uno spazio.

Successivamente all’introduzione sul mercato di strumenti di registrazione e produzione musicale a basso costo, si è vista la nascita degli Home Studio, ovvero gli studi di registrazione casalinghi.

Sebbene questi piccoli studi soffrano notevoli problemi di acustica a causa degli ambienti solitamente ristretti, possono comunque essere in grado di produrre materiale professionale di alta qualità.

Infatti, grazie ad uno studio adeguato dell’ambiente di registrazione e produzione, si possono ottenere risultati acustici ottimi.

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L’acustica nello Studio di Registrazione


Lo studio di registrazione è un luogo silenzioso.

L’acustica architettonica di uno studio di registrazione ha come principale obiettivo quello di dare all’ascoltatore un suono pulito, cristallino e, se registrato, con un rumore di fondo contenuto che sarà successivamente eliminato in fase di produzione.

Il progettista dello studio di registrazione dovrà tenere conto di elementi di disturbo quali condizionatori, ventilatori, la stessa attrezzatura utilizzata per la registrazione, l’outboard e soprattutto, dovrà fare in modo che l’aria all’interno degli ambienti circoli senza tuttavia inficiare le registrazioni.

Grazie al posizionamento ben studiato di pannelli fonoassorbenti si possono smorzare alcune frequenze che, in base all’ambiente di riproduzione, possono essere di volta in volta problematiche.

In questo studio di registrazione l'acustica si basa su pannelli fonoassorbenti adeguatamente distribuiti
In questo studio di registrazione l’acustica si basa su pannelli fonoassorbenti adeguatamente distribuiti

I tempi di riverberazione all’interno di uno studio di registrazione svolgono un ruolo importante, non dovranno essere troppo brevi ne troppo lunghi, il valore di riverberazione di una sala considerata adeguata in termini acustici è di circa 0,3s, si otterrà un suono relativamente naturale che sarà comunque possibile modellare in fase di produzione.

L’acustica cambia notevolmente se si parla invece di Home Studio.

In questo caso, il problema maggiore risiede negli ambienti piccoli in cui spesso risiedono questi studi.

Le riflessioni casuali possono creare problemi di fase e mascheramento di alcune frequenze.

Anche in questo caso ci viene in soccorso l’acustica!

Infatti, grazie ad uno studio sui punti di riflessione si potrà intervenire con pannelli fonoassorbenti o particolari mobili da studio.

Il mobilio all’interno di uno studio di registrazione è importantissimo poichè anch’esso è responsabile dell’acustica della sala.

Psicoacustica


Il primo aspetto dello studio dell’acustica riguarda proprio l’ambiente e la propagazione del suono tramite un mezzo elastico, quindi l’aspetto fisico, il secondo aspetto invece è di tipo psicofisico, come abbiamo detto all’inizio dell’articolo, da qui, la psicoacustica.

La psicoacustica è lo studio della percezione umana dei suoni.

Che frequenza udiamo? qual è il minimo livello di intensità sonora che possiamo avvertire? e il massimo che possiamo sopportare?

Queste sono le domande cui la psicoacustica da una risposta.

L’udito dell’essere umano è molto complesso, tuttavia, la nostra percezione uditiva ha dei limiti, sia in termini di frequenza che in termini di intensità sonora.

L’orecchio umano può infatti sentire suoni che si trovino all’interno di un range di frequenze compreso fra i 20Hz e i 20kHz, tutto ciò che c’è al di sotto (infrasuoni) e al di sopra (ultrasuoni) non è percepito,, non è udibile.

Questo range di ascolto si va assottigliando con l’invecchiamento e con l’esposizione a rumori forti e costanti, difficilmente un essere umano adulto riesce a percepire suoni distinti oltre i 17kHz.

Per quanto riguarda l’intensità invece, il valore convenzionale della soglia minima di udibilità è di 0dB.

Suoni pari o al di sotto di questo livello di intensità sonora non potranno essere uditi da un essere umano, al contrario, suoni che superino i 120dB vengono considerati dannosi per l’udito, è infatti proprio a 120dB che è fissata la soglia del dolore.

Un suono di tale intensità può perfino causare la sordità.

L’orecchio umano funge da trasduttore, trasformando l’energia acustica prima in energia meccanica e successivamente in energia elettrica che, grazie alle terminazioni nervose, arriva al cervello, il quale elabora gli impulsi e ci permette di sentire la musica.

Le curve isofoniche, elaborate da Fletcher-Munson e successivamente rivisitate in tempi recenti con lo standard ISO226:2003, ci danno un riferimento preciso su come l’orecchio umano reagisca alle diverse frequenze.

acustica: Curve Isofoniche
Curve Isofoniche

Le curve isofoniche rappresentano, al variare della frequenza, i livelli di pressione sonora in grado di produrre la stessa sensazione sonora.

Grazie a queste curve è possibile definire dei valori di Loudness ottimali in Post Produzione per ogni prodotto con il fine di renderlo udibile su ogni dispositivo.

Ma la psicoacustica si occupa anche della percezione del suono rispetto allo spazio, considerando effetti come i battimenti (due suoni con frequenze simili che non riusciamo a percepire distintamente).

Uno degli aspetti più importanti di cui si occupa la psicoacustica è la stereofonia.

Quando all’orecchio destro giunge un suono leggermente diverso rispetto a quello sinistro si ha una sensazione detta appunto di stereofonia, al contrario quando il suono arriva contemporaneamente e uguale sia a destra che a sinistra otteniamo la monofonia.

Il modo in cui l’uomo si approccia al suono è sempre molto soggettivo, dipende da molti fattori spesso non gestibili poichè esterni al nostro corpo.

Alcune regole generali tuttavia hanno permesso nel tempo di fissare alcuni standard che ancora oggi sono ampiamente in uso.

Conclusione


Nel tempo, l’acustica è stata applicata a moltissimi campi, musicale, medicina, armamenti, architettura, marketing e molti altri, il suo studio ha portato ha una maggiore consapevolezza dell’effetto che hanno i suoni che ci circondano.

L’effetto che un suono può generare, a livello di sensazione, è stato approfondito da artisti e musicisti che in alcuni casi ne hanno fatto una propria firma.

Il suono è un compagno invisibile dell’essere umano fin dai tempi più antichi, il suo studio continua ancora oggi a guidarci verso scoperte sorprendenti.

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