jimiherrisong

Gianpaolo Pini

Acustica e psicoacustica.

Studio comparato del suono

come fenomeno

fisico e psicofisico

C.P.M.

Centro Professione Musica

Milano - 1997

Aggiornato a Ottobre 2009

Premessa

Il suono è la voce dell’universo, la musica, uno dei suoi linguaggi;

la matematica è la sua struttura. Ne costituisce la sua grammatica, la sintassi, l’organizzazione concettuale.

Come tutte le lingue, se non si tratta della nostra, deve essere tradotta, interpretata, capita ed infine pensata.

Paradossalmente universali, senza confini territoriali o sociali, suoni e musica pervengono a tutti nello stesso modo, ma percepiti e interpretati diversamente da ognuno.

Da ciò, la bellezza e il fascino che ne scaturiscono.

Che cos'è il suono?

Nella sua definizione più comoda e intuitiva il suono é tutto ciò che l'uomo é in grado di percepire attraverso il miglior trasduttore e "traduttore" acustico di cui dispone: l'orecchio.

Quanto detto basterebbe se ci accontentassimo di una conoscenza puramente soggettiva e approssimativa di qualsivoglia situazione a noi poco nota. Vero é però che il suono esiste in natura come fenomeno fisico, indipendentemente dalla nostra capacità di percezione.

Vedremo in ogni caso come l'interpretazione oggettiva dei fenomeni fisici e nella fattispecie acustici sia strettamente connessa con la valutazione soggettiva legata alla percezione del suono come fenomeno psicofisico.

Innanzitutto l’uomo non é in grado di udire tutti i suoni presenti in natura e questo fatto lo condurrà a delimitare l’area di udibilità dell’orecchio umano.

Ma cosa sente realmente il nostro orecchio?

E perché non tutti i suoni sono percepiti come tali?

Per rispondere a questi e ad altri interrogativi e per un’adeguata comprensione dei fenomeni fisici e psicofisici che intervengono nella percezione dei suoni, è opportuno ricordare, anche se solo sinteticamente, come avviene la propagazione del suono da una sorgente sonora all’orecchio.

Se per esempio percuotiamo un tamburo, determineremo una serie di oscillazioni periodiche della membrana del tamburo stesso. Di conseguenza l’aria situata a contatto di questa membrana sarà assoggettata a periodiche compressioni e rarefazioni. Si creerà così, intorno a questa sorgente sonora, tutta una serie di onde di compressione e di rarefazione e poiché le onde si propagano in tutte le direzioni, queste onde verranno a formare una serie di sfere concentriche. Ne deriva che l’energia che ha provocato l’onda sonora verrà ad essere distribuita su di una superficie sempre più grande via via che ci si allontana dalla sorgente sonora: e visto che la superficie di una sfera è proporzionale al quadrato del raggio, ne deriva che l’intensità di un suono che si propaghi liberamente in un mezzo é inversamente proporzionale al quadrato della distanza.

Se due o più onde si propagano contemporaneamente nello stesso mezzo, l’aria o l’acqua, ognuna di esse interferisce con le altre, modificandole e provocando, di conseguenza, anche una variazione della sensazione acustica.

Come si diceva inizialmente non tutti gli eventi acustici possono essere uditi dall’orecchio umano: esistono dei limiti legati alla frequenza e all’intensità dei suoni oltre i quali non si ha più alcuna sensazione uditiva.

Il concetto di frequenza é insito nella periodicità dell’onda sonora e ci dà un’idea del numero delle ripetizioni che l’onda compie in un secondo nel suo susseguirsi di compressioni e di rarefazioni dell’aria.

Appare chiaro che la frequenza esiste oggettivamente; ma in che modo é correlata alla nostra percezione attraverso l’udito?

Il nostro modo di interpretare i suoni in funzione della frequenza è attraverso la loro altezza: secondo la nostra percezione, maggiore é la frequenza e più il suono é acuto, quindi la sua altezza è maggiore; minore é la frequenza e più questi é grave, pertanto minore è la sua altezza.

Nonostante questa definizione, frequenza e altezza non sono necessariamente rapportabili in modo lineare: infatti, il suono come perturbazione che si propaga nell’aria rappresenta un fenomeno fisico e come tale misurabile in modo oggettivo e indiscutibile con strumenti adeguati. Mentre il suono come percezione dell’orecchio rientra invece in un campo prettamente psicofisico e dunque difficilmente descrivibile in termini assoluti.

In effetti, l’altezza é una funzione della frequenza; ma mentre un suono ad una determinata frequenza rimane inalterato come fenomeno fisico, l’altezza, per come noi la percepiamo, può dipendere dal livello di pressione sonora che investe il nostro orecchio.

Se ne ricava quindi che il livello del suono influisce sulla percezione dell’altezza; e accade che per frequenze basse l’altezza possa scendere con l’aumentare del livello di pressione sonora e invece salire alle alte frequenze, sempre aumentandone il livello di pressione.

Come il senso della vista è più sensibile a determinati colori, ad esempio il verde, così il senso dell’udito è particolarmente ricettivo a particolari frequenze cosiddette centrali. Un orecchio normale sarà molto più sensibile ad una frequenza di mille hertz che non ad una frequenza di cento hertz; infatti, per cominciare ad udire un tono della fascia media di frequenze è sufficiente un livello di pressione sonora di molto inferiore rispetto a quello occorrente per iniziare a percepire un tono di bassa frequenza. Per questo motivo il livello di pressione sonora necessario perché un tono di una certa frequenza cominci ad essere percepito è detto livello di soglia.

E’ facile intuire che la soglia di un individuo ipoacusico, vale a dire con deficienze uditive, sarà diversa da quella di un individuo cosiddetto normale.

Ora, prima di giungere al nostro orecchio, come si propaga il suono e come sarà trasmesso per poter giungere sino all’ascoltatore?

Senza un mezzo materiale il suono non si può propagare.

Non solo: elasticità ed inerzia sono proprietà irrinunciabili per un mezzo affinché possa essere in grado di trasmettere un suono.

Se togliamo il mezzo, in questo caso l’aria, tra la fonte o sorgente e l’orecchio, il suono non sarà più percepibile. Nel vuoto, infatti, nessun suono si può propagare, proprio perché manca il mezzo: l’aria; e così pure avviene nello spazio interstellare dove il vuoto è in sostanza perfetto.

Attraverso l’aria, la perturbazione sonora si muove, ma le particelle d’aria che la trasportano non si allontanano più di tanto dal loro punto di equilibrio. In altri termini il mezzo alla fine non si sposta, ma il suono fa seguire alle particelle d’aria la sua direzione sotto forma d’onde longitudinali.

E’ in questo modo che nella perturbazione avvengono in successione le già note compressioni e rarefazioni dell’aria; in altre parole, momenti in cui la pressione dell’aria è maggiore o minore rispetto al suo stato normale di equilibrio.

Ora, come abbiamo visto, oltre che rientrare in una banda di frequenze udibili dall’uomo, il nostro suono dovrà anche avere una minima intensità per poter essere infine udito.

Infatti, visto che l’intensità del suono diminuisce all’aumentare della distanza dalla sorgente e precisamente diminuisce proporzionalmente al quadrato della distanza, ci sarà senz’altro un istante in cui non saremo più in grado di percepire quel suono.

Qual è dunque la pressione sonora minima alla quale dovremmo essere sottoposti per essere in grado di riconoscere un benché minimo evento sonoro?

La psicoacustica prende proprio in considerazione la struttura, la funzione e i meccanismi che regolano il funzionamento dell’orecchio umano per dare risposta a quesiti di questo tipo.

In una camera anecoica, completamente isolata acusticamente rispetto all’esterno, il rumore delle particelle d’aria che urtano il timpano è il livello più basso che il nostro orecchio è in grado di percepire.

E’ la nostra soglia d’udibilità, quindi, al di sotto della quale qualsiasi suono esiste soltanto come fenomeno puramente fisico, ma senza alcun riscontro per la nostra percezione.

Ciò è facilmente deducibile dal fatto che un suono, sotto tale soglia, sarebbe in ogni caso mascherato e sopraffatto da quello delle particelle d’aria e quindi non più udibile.

A questo punto, semplificando tutto il processo, l’onda sonora giunge all’orecchio come stimolo; i movimenti meccanici che si creano al suo interno generano delle scariche nervose che arrivano al cervello, provocando una sensazione.

Per meglio capire il significato di questa affermazione, converrà introdurre qualche riferimento all’anatomia e alle funzioni dell’orecchio.

Esso è fondamentalmente diviso in tre parti: orecchio esterno, orecchio medio e orecchio interno. L’orecchio esterno comprende il padiglione auricolare e il canale uditivo che termina nella membrana timpanica. Qui inizia l’orecchio medio, che comprende la membrana e la cavità timpanica; entro questa che è riempita d’aria, si trova la catena degli ossicini: il martello, l’incudine e la staffa. La cavità timpanica dell’orecchio medio è in comunicazione con la parte posteriore della cavità nasale, detta nasofaringe, per mezzo della tromba di Eustachio: la funzione di questo canale di comunicazione é poter mantenere la stessa pressione d’aria all’esterno e all’interno della membrana timpanica.

L’orecchio interno si trova entro un insieme di cavità praticate nell’osso temporale, che prende il nome di labirinto osseo, a causa dell’andamento tortuoso che queste cavità assumono. Nel labirinto osseo sono riconoscibili tre canali semicircolari, entro i quali sono posti gli organi sensibili alla forza di gravità e alle accelerazioni in genere: una camera che prende il nome di vestibolo; un’altra camera, spiraliforme, detta coclea o chiocciola, per la sua particolare conformazione, nella quale si trovano gli organi dell’udito. Dalla coclea si diparte il nervo acustico che termina nel sistema nervoso centrale.

Tutte le cavità che costituiscono il labirinto osseo sono fra loro comunicanti e sono riempite di un liquido, detto perilinfa. Gli organi di senso, che si trovano entro il labirinto osseo, sono isolati dalla perilinfa per mezzo di un inviluppo di membrane che hanno la stessa forma del labirinto osseo. Per analogia si parla allora di labirinto membranoso: si pensi ad una camera d’aria, parzialmente gonfia, entro il copertone di un’automobile. Nel labirinto membranoso é posto un altro liquido, detto endolinfa.

Avendo descritto l’anatomia dell’orecchio, vediamo ora per sommi capi come avviene il meccanismo di audizione dei suoni: essi penetrano nel condotto uditivo e mettono in vibrazione la membrana timpanica, collegata alla catena degli ossicini. Questi sono imperniati l’uno sull’altro e trasmettono le vibrazioni alla perilinfa del vestibolo.

In tal modo, tutta la perilinfa contenuta nel labirinto osseo e, in particolare, quella contenuta nella coclea, é eccitata dalle vibrazioni acustiche trasmesse dalla staffa.

Entro la coclea corre un tubicino membranoso, detto scala media, contenente al suo interno l’endolinfa e gli organi di senso per l’udito. L’endolinfa posta nella scala media muove le cosiddette cellule cigliate, che emettono impulsi elettrici, corrispondenti ai suoni percepiti; tali impulsi sono quindi raccolti dal nervo acustico per mezzo delle terminazioni delle fibre nervose, circa tremila per ogni orecchio e trasmessi al cervello.

Finora si é descritto il meccanismo più naturale di audizione dei suoni, in pratica per via aerea: in questo modo sono uditi la maggior parte dei suoni che ci investono quotidianamente.

L’acustica, che si occupa di studiare il suono come stimolo, parte, infatti, da una concezione molto semplice, che è il suono in campo libero: vale a dire quella condizione in cui il suono non è deviato, assorbito, diffratto, rifratto, diffuso, riflesso o sottoposto a risonanze d’alcun genere.

Quando un suono lascia per così dire la sorgente che lo ha emesso, giunge al nostro orecchio; il padiglione auricolare compie la prima elaborazione identificando la direzione di provenienza del suono, grazie soprattutto alla sua particolare conformazione. La percezione della direzione sonora, infatti, è data dalla combinazione tra il suono riflesso dalle varie nervature del padiglione auricolare con quello diretto all’entrata del canale uditivo.

In questa sua funzione il padiglione auricolare rivela d’essere un meccanismo di codifica direzionale sorprendentemente preciso e complesso.

I due orecchi, poi, funzionano insieme per la localizzazione binaurale. Per quest’operazione diventano particolarmente decisive le differenze d’intensità e i tempi d’arrivo, o fasi dell’onda sonora.

Chiaramente l’orecchio più vicino riceve un’intensità maggiore dell’altro, poiché il cranio forma una zona di “ombra sonora”. L’orecchio più distante, quindi, riceve il suono con un certo ritardo rispetto all’altro.

Se il suono arriva con la stessa intensità e la stessa fase è difficile capire se questi provenga di fronte o dal retro.

Nel canale uditivo avviene in seguito un’amplificazione del suono che lo attraversa, aumentandone la sensazione a particolari frequenze intorno ai tremila Hertz ( cicli al secondo ). Ciò é dovuto principalmente alle risonanze maggiori che si creano grazie alle particolari misure del canale uditivo, il quale, accentuando dette frequenze, ne aumenta anche la pressione sonora sul timpano.

E’ curioso rilevare che questa banda di frequenze corrisponderebbe a quella utilizzata anche dalle emissioni vocali, fatto questo che giustificherebbe in parte la nostra maggior sensibilità all’ascolto del parlato.

E’ evidente che fin qui non si presentano particolari difficoltà alla cattura dei suoni da parte del nostro apparato uditivo.

Il primo vero ostacolo si presenta con l’impedimento che i suoni incontrano nell’attraversare le strutture dell’orecchio medio. Parliamo in questo caso dell’impedenza acustica dell’orecchio.

In condizioni normali l’orecchio di un dato individuo presenta una certa impedenza, tale da determinare il massimo assorbimento dei suoni, anche se una minima parte dell’energia acustica incidente, risulta in ogni caso riflessa.

Dell’energia acustica consegnata all’orecchio, una parte oltrepassa la barriera della membrana timpanica; all’impatto con questa si trasforma in energia meccanica di vibrazione e, per mezzo della catena degli ossicini, determina un analogo moto vibratorio dei liquidi cocleari.

Dentro l’orecchio interno si ha poi una seconda trasformazione dell’energia acustica, o meglio, di quella parte d’energia che é riuscita a penetrare le strutture dell’orecchio medio.

Nella coclea le sollecitazioni meccaniche dell’endolinfa sulle cellule cigliate determinano in queste la liberazione di scariche di natura elettrochimica che, raccolte dal nervo acustico, sono convogliate al sistema nervoso centrale.

Una parte dell’energia totale incidente nell’orecchio, però, viene riflessa. Questa energia riflessa è soltanto una piccola frazione dell’energia totale, proprio grazie alla presenza dell’orecchio medio, la cui funzione è quella di “trasformatore d’impedenza”, evitando così le dispersioni che si avrebbero se le vibrazioni sonore, che hanno origine nell’aria, incidessero direttamente sui liquidi cocleari. Avverrebbe in tal caso quel che succede quando noi parliamo di fronte ad uno specchio d’acqua e la voce viene riflessa, invece di attraversare gli strati d’acqua sottostanti.

Il problema è la trasmissione d’energia sonora da un mezzo rarefatto come l’aria ad un mezzo denso come il fluido contenuto nella coclea. Infatti, normalmente un suono che si origina nell’aria, sull’acqua rimbalzerebbe, come abbiamo visto. La stessa cosa che accade alla luce su una superficie riflettente.

E’ certamente un problema d’adattamento d’impedenze non trascurabile ma di una certa rilevanza, se pensiamo che questo si pone in un rapporto di circa quattromila ad uno.

Il nostro apparato uditivo in ogni modo sembra proprio studiato per superare qualsiasi ostacolo che la complessa natura dei suoni gli pone innanzi.

Infatti, l’esigenza primaria è quella di trasferire al fluido dell’orecchio la tenue energia prodotta dalla vibrazione del timpano. A questo punto, un primo risultato d’adattamento d’impedenza acustica si ottiene proprio dalle azioni di leva che si attuano tra il martello, l’incudine e la staffa, con un rapporto che può arrivare anche fino a tre ad uno.

L’altro parziale adattamento, è fornito dal rapporto di circa ventisette ad uno che viene a crearsi dalla differenza tra la superficie maggiore del timpano rispetto a quella della finestra ovale dove viene a poggiare la parte terminale della staffa.

Se poi a questi preliminari adattamenti d’impedenze aggiungiamo quella parte d’amplificazione generata dalle risonanze già viste nel canale uditivo, si è visto che il nostro ricercato apparato è già in grado di generare una sensazione, seppur quasi impercettibile, con delle vibrazioni del diaframma timpanico addirittura a livello molecolare: si ricordi il tamburellare delle particelle d’aria sul timpano in un ambiente completamente anecoico.

L’impedenza dell’orecchio di un dato individuo, non importa se sano o patologico, può variare sotto opportune condizioni. Immaginiamo di poter comprimere l’aria che si trova nel condotto uditivo esterno in modo da sospingere la membrana del timpano verso l’interno della scatola cranica: le giunzioni della catena degli ossicini sono allora impedite, provocando così un prevedibile aumento dell’impedenza. Questa è la ragione per cui, quando si è raffreddati, ci si sente, ma si è anche un po’ sordi; e volendo essere precisi, diremo che si tratta di una sordità di trasmissione. Infatti, in una patologia da raffreddamento può avvenire che la tuba di Eustachio non riesca più ad esercitare la sua funzione d’aerazione dell’orecchio medio. In tal contesto l’aria residua nella cavità timpanica viene lentamente consumata e si ha conseguentemente la ritrazione della membrana timpanica e il blocco delle articolazioni degli ossicini. Ecco che l’orecchio medio di un dato individuo può presentare un’impedenza ideale in condizioni normali, ma presentare invece un’impedenza maggiore se comprimiamo l’aria nel condotto uditivo oppure se il soggetto è raffreddato.

L’impedenza può ancora variare se si determina una contrazione del muscolo stapedio, vale a dire del muscolo della staffa: si ha allora un impedimento del moto vibratorio della catena degli ossicini e di conseguenza un incremento dell’impedenza acustica. La contrazione del muscolo stapedio avviene quando l’orecchio è investito da un’energia sonora molto elevata, tale da sfiorare la soglia del fastidio.

In generale si può quindi sostenere che si ha una variazione dell’impedenza acustica nell’orecchio di un individuo se si realizza una delle seguenti condizioni: quando si crea uno scompenso fra pressione statica o barometrica presente nell’orecchio esterno rispetto a quella che caratterizza l’orecchio medio; in altro modo, quando si provoca la contrazione del muscolo stapedio mediante una stimolazione sonora molto forte, d’intensità prossima a quella associabile alla soglia del fastidio.

Riprendendo il percorso sonoro, all’interno della coclea, e più precisamente sulla membrana basilare, si trovano infine i terminali nervosi cigliati con alle loro estremità gli innumerevoli peli, denominati stereociglia, che sono i veri trasduttori dell’energia acustica in energia elettrica attraverso le scariche che inviano al cervello.

Infatti, il suono fa muovere il fluido della coclea e la membrana basilare e le stereociglia si piegano inviando le scariche elettriche alla corteccia uditiva.

Così come descritta quest’onda richiama senz’altro un potenziale microfonico: ci dà un’idea di com’è riprodotto l’impatto del suono sull’orecchio, mostrandoci quest’ultimo alla stregua di un microfono biologico.

E anche se non è certo che la soglia di sensibilità corrisponda necessariamente all’eccitazione di una singola fibra o ciglia, o che il massimo volume di percezione si possa avere con il coinvolgimento di tutte, non si potrà certo negare la sorprendente raffinatezza ed efficacia di questo meccanismo quasi perfetto che è l’orecchio umano.

Ciononostante, sebbene sia facile celebrare la grandezza di talune qualità, risulta più faticoso descrivere i limiti di un sistema così complesso: d’altra parte concetti come la percezione o la sensazione rientrano in un ambito strettamente soggettivo, mentre intensità e pressione sonora sono concetti prettamente fisici.

Come si è visto in precedenza, la sensazione varia notevolmente con il mutare della frequenza e della pressione sonora; infatti, a bassi livelli di pressione l’orecchio è sicuramente meno sensibile alle basse frequenze che non a note della fascia media.

Si è potuto notare che la qualità della musica riprodotta dipende molto dalla regolazione dei livelli d’ascolto: la musica di sottofondo a bassi livelli determina una diversa risposta dell’orecchio rispetto all’ascolto della stessa musica a livelli senz’altro maggiori. Diventa pertanto necessario intervenire sempre sulla risposta in frequenza dei sistemi d’amplificazione in base ai livelli d’ascolto.
E’ interessante rilevare che la curva che determina la soglia d’udibilità rivela una maggior sensibilità dell’orecchio umano alle frequenze intorno ai tremila hertz, per i motivi che abbiamo esposto sul funzionamento del canale uditivo.

Ciò significa evidentemente che alla minima pressione sonora occorrente per udire dette frequenze, quelle più basse e quelle più alte non si udiranno.

In altri termini, anche se siamo sensibili ad una discreta gamma di frequenze, sono necessari livelli di pressione minima diversi per alcune di esse.

L’area di completa udibilità si trova dunque tra la soglia minima percepibile e quella che ci provoca dolore.

Tutto quello che sta al di sopra o al di sotto di essa rientra nel campo d’udibilità di altri esseri viventi, in grado di percepire quindi suoni nell’area degli ultrasuoni, come cani o pipistrelli, oppure in quella degli infrasuoni, come le balene. Così come accade con la luce e la sensibilità dell’occhio nel campo dei raggi infrarossi e ultravioletti.

E questo vale naturalmente per quel che riguarda l’intensità che dà luogo alla sensazione sonora nell’ambito però delle sole frequenze udibili dall’uomo. Infatti, i suoni al di fuori della gamma di frequenze tra i venti e i ventimila hertz, saranno inudibili, quale che sia la pressione sonora esercitata sull’orecchio.

Ora i suoni in natura non sono costituiti da toni puri, singole onde sonore di una sola determinata frequenza, ma hanno caratteristiche certamente più complesse.

Come distinguiamo un suono dall’altro? Li riconosciamo dal timbro, o qualità tonale, peculiarità dei suoni complessi.

Questa caratteristica ci permette di capire per esempio che un leone che ruggisce non è come un gatto che miagola e un pianoforte non suona come un violino.

Se dovessimo analizzare questi suoni scopriremmo che le loro forme d’onda sono complesse e diverse tra loro, perché

formate da svariate sinusoidi d’ampiezza e frequenza diverse di cui la fondamentale è l’onda sinusoidale di frequenza più bassa. Queste, combinate secondo rapporti ben definiti e interagendo tra loro, danno origine ai suoni così come noi li conosciamo. Una combinazione casuale di tutte queste onde darebbe luogo ai cosiddetti rumori.

Il timbro, che è un concetto abbastanza soggettivo, è percepito e interpretato diversamente anche secondo le posizioni d’ascolto e d’ambiente in cui ci si trova.

Fin qui abbiamo preso in considerazione suoni e rumori di varia frequenza e intensità, ma costanti nel tempo.

Ma come risponde l’orecchio ai suoni transienti o transitori variabili ma di brevissima durata?

La comprensione di questo problema acquista una rilevanza eccezionale per l’intelligibilità del parlato.

Purtroppo per noi la durata del suono in questo caso influisce parecchio sulla sensazione che produce. Un suono breve non suona forte allo stesso modo di uno di durata maggiore. E questo è vero per un intervallo di tempo di circa cento millisecondi. Infatti, è solo nel caso in cui un suono sia più breve di questo valore che il livello di pressione sonora deve essere aumentato per produrre la stessa sensazione d’impulsi più lunghi.

Questo intervallo minimo sembra essere il tempo d’integrazione dell’orecchio umano; in altre parole la sua costante di tempo.

Si comprende quindi che il nostro udito reagisce in modo piuttosto scarso di fronte ai brevissimi transienti.

Ora è vero che le consonanti iniziali o finali delle parole talvolta da sole bastano a discriminarle tra altre.

Ma è pur vero che essendo necessariamente transienti e quindi più brevi all’interno delle parole stesse vengono senz’altro percepite ad un volume più basso.

Da qui deriva l’importanza delle condizioni d’ascolto ottimali per la completa intelligibilità delle parole.

Troppo rumore di fondo o un’eccessiva riverberazione dell’ambiente possono quasi sicuramente mascherare e rendere incomprensibile anche il più fluente dei discorsi.

In termini intuitivi, la riverberazione è il protrarsi del suono anche dopo il silenziamento della sorgente e ciò va ad incidere sulle qualità d’ascolto della musica, della voce e di tanti altri eventi sonori. Ecco perché sono importanti le qualità acustiche degli ambienti per avere una riverberazione ottimale nelle varie situazioni richieste. Chiaramente tempi di riverberazione alti denoteranno un basso assorbimento ed un’alta riflessione dell’ambiente; per contro, tempi contenuti di riverberazione ambientale saranno favoriti da un alto assorbimento con conseguente scarsa riflessione del suono.

Per gli ambienti piccoli, invece, che hanno dimensioni paragonabili alla lunghezza d’onda del suono in questione, assumono rilevanza quelle risonanze fastidiose dovute alle onde stazionarie.

Inoltre le prime riflessioni aumentano la sensazione del suono originario, piuttosto che quello riverberato in particolari condizioni d’ascolto: nell’effetto precedenza enunciato da Haas, infatti, l’energia sonora, riflessa in una stanza, che giunga all’orecchio entro trentacinque millisecondi è integrata con il suono diretto stesso, ignorando l’effetto riverberante.

In più la discriminazione delle differenze d’intensità dipende dalla frequenza e dal livello sonoro. La percezione di un cambiamento di livello non è uguale per tutte le frequenze; man mano che si procede salendo dalle basse, medie e alte frequenze, i cambiamenti di livello riconoscibili dal nostro udito si fanno progressivamente più piccoli. A bassa frequenza riusciamo a percepire un cambiamento di livello minimo di nove decibel; a mille hertz di circa tre decibel; ad alta frequenza anche meno di un decibel.

Per un utilizzo medio dell’orecchio, quindi, a livelli d’uso comune, possiamo determinare una media di discernimento di livelli intorno a due o tre decibel.

Variazioni o regolazioni al di sotto di tale margine sono pressoché irrilevanti, oltreché inutili.

L’utilizzo dei decibel ha una sua logica ben definita:

I rapporti tra gli stimoli, più che le differenze fra essi, sembrano meglio adattarsi a descrivere le percezioni umane in genere. E ciò ben si presta all’utilizzo dei decibel.

Vediamo perché: i rapporti, normalmente conosciuti in natura, di potenza, pressione sonora, tensione, corrente non hanno dimensioni; sono numeri puri, adimensionali e pertanto utilmente espressi attraverso l’uso dei logaritmi.

I logaritmi, infatti, si possono usare soltanto nei casi di rapporti privi di dimensione.

Da ciò deriva che ogni livello corrisponde al logaritmo di un rapporto e un livello espresso in decibel è dieci volte il logaritmo in base dieci di un rapporto fra due grandezze. E siccome la potenza acustica è proporzionale al quadrato della pressione sonora, ne deriva che il livello di potenza in funzione della pressione sarà invece venti volte il logaritmo dei due rapporti. Dato infine che la pressione sonora, come la tensione elettrica, è più semplice da misurare rispetto alla potenza, l’espressione “venti volte il logaritmo” sarà senz’altro l’espressione più utilizzata.

La peculiarità dei decibel è semplice ma molto efficace:

misurare una pressione sonora in “Pascal” implicherebbe l’utilizzo di una vastissima gamma di valori; ma come abbiamo visto, i rapporti anziché le differenze meglio descrivono il modo di percepire dei nostri sensi.

Utilizziamo i decibel perché comprimono i valori molto grandi e dilatano per contro quelli piccoli, fornendo una maggior chiarezza alla lettura dei risultati.

Ecco che invece di parlare di pressione sonora, utilizzeremo il livello della pressione sonora.

Un livello dunque corrisponde al logaritmo del rapporto fra due grandezze analoghe alla potenza.

Nella fisica acustica ci si propone di individuare un’unità di misura della pressione sonora che ben si adatti all’estrema sensibilità dell’orecchio umano.

E’ curioso rilevare che la più grande pressione sonora da noi sopportabile, oltre la quale si manifesterebbe una sensazione di dolore, corrisponde alla pressione che si esercita sull’orecchio di un nuotatore immerso a mezzo centimetro soltanto sotto il pelo dell’acqua.

Ma allora com’è possibile che nuotando a questa, comunque esigua, profondità non si avverta una benché minima sensazione dolorosa?

E’ presto detto: la pressione sonora è per definizione ormai nota una variazione di pressione intorno al valore medio della pressione ambientale. Ma la pressione che si esercita sull’orecchio del nuotatore non è una pressione sonora, come si può bene dedurre, bensì una pressione statica. Ne consegue che, se ipoteticamente si fosse in grado di immergere la testa mille volte in un secondo nell’acqua, si avvertirebbe senza alcun dubbio una sensazione dolorosa corrispondente a quella associata ad un tono di mille hertz all’intensità massima tollerabile dall’orecchio umano.

Difficile dare uniformità e convergenza ai giudizi soggettivi sulle qualità del suono, all’acustica di un ambiente e alle misurazioni oggettive.

Come si possono misurare oggettivamente con strumenti o modelli adeguati il calore, la chiarezza, la brillantezza, la definizione, la risonanza, la riverberazione, la sonorità, la pienezza di tono di un evento sonoro?

E’ un problema fondamentale dell’acustica e della psicoacustica.

Tutto si riduce ad un’osservazione minuziosa dei fenomeni da parte dell’uomo, poi sottoposta ad indagini ed analisi statistiche. E’ in questo modo, d’altronde, che si è potuto appurare che non vi sono rapporti di linearità tra livello sonoro e sensazione, tra altezza e frequenza, fra timbro e spettro sonoro.

Non ci si può certo meravigliare se poi i risultati non sono sempre accettati universalmente. D’altra parte siamo ancora in un campo dove la conoscenza dei meccanismi di funzionamento del cervello nell’interpretazione delle sensazioni assume un’importanza primaria.

La psicologia sperimentale ha precisato le funzioni e i limiti dell’orecchio umano, che non sa misurare le tre dimensioni di un oggetto sonoro, ma sa valutare con precisione i loro rapporti.

Il nostro apparato uditivo, infatti, non è in grado di fornire misure assolute concernenti l’intensità, la frequenza, la durata di un messaggio sonoro ed è ugualmente incapace di analizzare spettralmente un suono complesso.

Il giudizio sulla sensazione d’intensità assoluta di un tono é essenzialmente soggettivo e dipende da molte condizioni, tanto che anche un orecchio molto esercitato non é in grado di fornire misure esatte.

Circa l’analisi frequenziale, é noto il fenomeno dell’orecchio assoluto, che consiste nell’abilità posseduta da alcuni musicisti di riconoscere la nota “La” della terza ottava e di riprodurla vocalmente. Facendo riferimento a questa nota fissata mentalmente, questi soggetti sono in grado di riconoscere l’altezza di altri suoni emessi da strumenti musicali. Per i soggetti che non possiedono questa destrezza, perché manca loro il termine di paragone mentale, si parla di orecchio relativo ossia di un orecchio che per valutare l’altezza di un suono ha la necessità di confrontarlo con un altro. Il giudizio valutativo dunque dipende da un’analisi comparativa tra due suoni che vengono inviati in stretta sequenza temporale.

Per quanto concerne la durata di un messaggio tonale, si può dire che neppure l’orecchio più sperimentato é in grado di valutarne esattamente il tempo in secondi o millisecondi.

Appaiono, quindi, evidenti le carenze dell’orecchio umano nel fornire misure assolute, mentre molto valide sono le sue prestazioni nella stima concernente i vari rapporti che legano i messaggi uditivi.

Conclusioni

Questo studio é stato volutamente sviluppato senza l’ausilio e il supporto di grafici, tabelle e formule specifiche. Questo allo scopo di renderne la lettura più agevole e intuitiva, nonché fruibile ad un pubblico il più vasto possibile.

Pertanto l’approccio ad essa non richiede necessariamente una conoscenza particolare o pregressa degli argomenti presi in considerazione, per comprenderne i contenuti. D’altro canto, si spera sarà apprezzata anche da coloro i quali, forti della loro preparazione consolidata, non vorranno sottovalutarla a priori.

Particolari ringraziamenti vanno a:

Monica Zagheni, Project manager e programmatrice della Divisione Ricerca e sviluppo Amplifon, nonché mia paziente compagna, per la preziosa collaborazione;

Guido Grassi, Direttore Ricerca e Sviluppo Amplifon, per la consulenza e il materiale fornitomi;

Franco Bergomi, Responsabile tecnico Rai;

Gennaro Carone, Consulente Tecnico Polygram e Phonocomp;

la Dott.ssa Cristiana Bernasconi, Architetto specialista in acustica ambientale;

l’Ing. Carlo Perretta, Direttore delle trasmissioni via satellite Mediaset e Presidente di A.E.S. Italia;

l’Ing. Vincenzo Landi, esperto di progettazione diffusori acustica

l’Ing. Gennaro Granito, specialista di acustica ambientale e analisi di grossi sistemi di diffusione acustica;

Danilo Cavalli, Sound Engineer in Studi di registrazione discografica;

il M°. Attilio Zanchi, Docente di musica al Conservatorio di Milano e noto musicista jazz;

Nicola Calgari e Maurizio Giannotti, Produttori discografici e Tecnici del Suono dello Studio Bips di Milano;

le carissime Anna e Chiara del CPM per la loro costante assistenza e collaborazione.

Un ultimo ringraziamento, infine, spero possa andare simbolicamente al sottoscritto per la costanza, l’impegno e il sacrificio devoluti nella realizzazione di questo lavoro.

Bibliografia:

F. Alton Everest - Manuale di acustica - Hoepli

Del bo, Giaccai, Grisanti - Manuale di audiologia - Masson

CRS Centro ricerche e studi Amplifon - Audiometria pratica.

CRS Centro ricerche e studi Amplifon - Impedenzometria

Moncada, Lo giudice, Santoboni - Acustica - Masson

Cocchi - Inquinamento da rumore - Maggioli

CRS Centro ricerche e studi Amplifon - L’uomo, l’ambiente, il rumore - atti del Convegno del Policlinico di Padova.

Department of speech Communication and Music Acoustics - Speech Transmission Laboratory - Quarterly progress and status report.

Barducci - Acustica applicata – Masson

W. Piston – Armonia – EdT

S. Adler - Lo studio dell'orchestrazione - EdT