analisi di un segnale sonoro

Cristian Iantolo

analisi di un segnale sonoro

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Scopo dell'esperimento

Materiali e strumenti

Lo scopo di questa esperienza è quello di scoprire com’è fatta l’onda sonora, riconoscere le differenze di timbro tra i diversi suoni, imparare a fare un’analisi in frequenza di un segnale

• PC con casse acustiche e microfono
• Software Audacity e Powerpoint o
• Presentazioni Google
• Segnali sonori pre-registrati di
• differenti strumenti musicali
• Voce maschile e femminile

IL SUONO

Il suono percepito dal nostro apparato uditivo è un’onda longitudinale di pressione che si propaga in nell’aria.

Info

Un’onda sonora è pura se ha un andamento perfettamente sinusoidale ed è possibile individuare in modo univoco una frequenza ed una ampiezza. Al contrario, i suoni prodotti in natura sono quasi sempre sovrapposizioni di più onde sinusoidali aventi ampiezze e frequenze diverse. E’ proprio questo mix che genera le differenze di timbro nella voce umana e negli strumenti musicali.

Analisi di Fourier

L'analisi di Fourier è un metodo per scomporre un segnale complesso (come un suono, un'immagine o un movimento) in tante onde più semplici, come le sinusoidi. È come smontare una melodia in tutte le sue singole note.

È usata ovunque: per migliorare l'audio, comprimere immagini, analizzare onde radio, studiare i terremoti o persino leggere immagini mediche.

Queste sono le analisi delle forme d'onda di diversi strumenti musicali. Le forme d'onda rappresentano come il suono varia nel tempo, mostrando le oscillazioni della pressione dell'aria (o del segnale elettrico) associate al suono.

Spettro di frequenza diapason

Spettro di frequenza violino

Spettro di frequenza alto sax

Spettro di frequenza piano

Spettro di frequenza clarinetto

interferenza costruttiva e distruttiva

Le interferenze costruttive e distruttive si verificano quando due onde si incontrano.

• Interferenza costruttiva: le onde si sommano, creando un'onda più grande. Succede quando i picchi e le valli di entrambe le onde coincidono (sono "in fase").
• Interferenza distruttiva: le onde si annullano, creando un'onda più piccola o nulla. Accade quando i picchi di una onda corrispondono alle valli dell'altra (sono "in opposizione di fase").

Interferenza costruttiva Diapason

Interferenza distruttiva Diapason

L'uomo e la donna hanno la stessa frequenza di voce?

La voce dipende dalla frequenza delle vibrazioni delle corde vocali:

• Negli uomini, le corde vocali sono più spesse e lunghe, quindi vibrano più lentamente, producendo suoni a frequenze più basse (circa 85-180 Hz).
• Nelle donne, le corde vocali sono più sottili e corte, vibrando più velocemente e generando suoni a frequenze più alte (circa 165-255 Hz).

Voce "A" maschile neutra

Voce "A" maschile grave

Voce "A" maschile acuta

Voce "A" femminile neutra

Voce "A" femminile acuta

Voce "A" femmminile grave

Spettro di frequenza voce "A" neutra maschile

Spettro di frequenza voce "A" neutra femminile

Spettri di frequenza delle note musicali

Do

Re

Mi

Fa

Spettri di frequenza delle note musicali

Sol

La

Si

Do maggiore

(Le note non sono corrette poichè la frequenza del Do minore non è l'esatta metà del Do maggiore)

Il fischio

Il fischio è un suono acuto che si colloca tipicamente nella gamma delle alte frequenze. Può essere generato da diverse sorgenti (es. voce umana, strumenti o oggetti).

• fischi prodotti dall'uomo di solito hanno una frequenza compresa tra 2.000 Hz e 5.000 Hz (o anche più alta, fino a 10.000 Hz per alcuni fischi molto acuti)
• Il fischio genera onde sonore periodiche, di solito quasi sinusoidali, con una forma regolare che lo rende un suono "puro" rispetto ad altri suoni complessi.
• Può contenere una frequenza fondamentale e armoniche superiori, ma queste ultime tendono a essere meno presenti rispetto ad altri suoni musicali.

Fischio

Forma dell'onda (sinusoide)

Spettro di frequenza (solo un picco)

Il rumore

Un rumore ha un'onda sonora non periodica, cioè irregolare e priva di un pattern ripetitivo. Esistono vari tipi di rumori:

• Rumore bianco:Contiene tutte le frequenze udibili (20 Hz - 20.000 Hz) con uguale intensità.
• Rumore rosa:Ha più energia nelle basse frequenze rispetto a quelle alte.Esempio: il suono delle cascate o del vento.
• Rumore grigio:Frequenze bilanciate in base alla sensibilità dell'orecchio umano, quindi più naturale
• Rumori specifici:Impulsi brevi (come uno scoppio) o mescolanze caotiche (es. traffico, applausi).

Rumore di un cassetto che si chiude

Spettro di frequenza

Forma dell'onda (Irregolare)

CONCLUSIONE

Dopo una serie di esperimenti riguardanti note musicali, voci di diverso sesso e rumori casuali si può dedurre che:

• Gli uomini hanno una voce tendenzialmente più grave e quindi con una frequenza minore delle donne
• Le note si differenziano per la loro frequenza diversa e (se eseguite in modo intonato) un aumento di ottava comporta il raddoppio della frequenza
• Il fischio ha una sinusoide come forma d'onda
• all'udito umano non piacciono i rumori perchè non un'onda sonora periodica

• La forma d'onda di uno strumento musicale determina il suo timbro

sitografia

• https://it.wikipedia.org/wiki/Onda_sonora

• https://chatgpt.com/

• https://www.studenti.it/acustica-onde-sonore-in-fisica-vibrazioni-propagazione.html

• https://fisicaondemusica.unimore.it/L'onda_sonora.html

Lavoro svolto da

Cristian Iantolo, 4R

Grazie per la visione

Lavoro svolto da

Cristian Iantolo, 4R

Grazie per la visione

L’onda sonora può essere captata da un microfono, un trasduttore in grado di trasformarla in un segnale elettrico, e quindi visualizzata su uno schermo oppure riprodotta da un altoparlante, che la riconverte in un suono.