EL5-6_2ST TIMBRO E SPETTROAutore: __________________________________________ Data: _________Classe: ____

Il simbolo della manina in colore blu indica una domanda alla quale bisogna OBBLIGATORIAMENTE rispondere scrivendo in colore blu.

Il simbolo della manina in colore blu con la scritta Cou New indica un codice che va incollato usando Courier New in colore blu.

Il simbolo della manina in nero indica una o più schermate da incollare (protette col tuo watermark, le tue iniziali di Nome e Cognome)

Il simbolo della manina con colori attenuati indica un'operazione che bisogna svolgere, senza rispondere a nessuna domanda (non vuol dire che non devi fare nulla – significa solo che non devi scrivere niente!).

Il simbolo della manina col ciak video indica un video da registrare con ScreenToGif e da salvare in formato gif nella cartella dell'esercitazione.

A) OPERAZIONI PRELIMINARI

A1) Crea una sottocartella di ES5 con nome uguale a quello di questa esercitazione (EL5-6_2ST Timbro e spettro)

A2) All'interno della sottocartella EL5-6_2ST Timbro e spettro salva questo file Word

B) SPETTRO DI UN TONO PURO

Nella lezione precedente abbiamo visto che il grafico nel tempo di un tono puro è una sinusoide.

B1) L’ampiezza della sinusoide, dal punto di vista acustico, corrisponde al LOVE UM del suono, mentre la frequenza della sinusoide corrisponde alla sua TAZZA LE

Il grafico nel tempo non è però in generale il modo migliore per studiare la frequenza di un suono. Un grafico che contiene molte più informazioni da questo punto di vista è lo spettro.

B2) Adesso analizzeremo di nuovo i file LA440, LA220 e SOL392 creati nella precedente esercitazione. Non occorre che copi questi file nella cartella di questa esercitazione. Devi solo aprirli con Audacity ed eseguire le operazioni richieste.

B3) Per vedere come funziona lo spettro di un segnale sonoro, apri in Audacity il file contenente il LA440. Scegli quindi Analizza e Mostra spettro. Incolla qui sotto il grafico ottenuto:

Se hai fatto bene il tuo lavoro, dovresti osservare che lo spettro di LA440 assomiglia a una montagna molto ripida, con un picco altissimo che si chiama riga fondamentale.

Per leggere lo spettro bisogna sapere che sull’asse delle x non c’è il tempo, come nei grafici a cui siamo abituati, ma la frequenza.

B4) Se passai col cursore del mouse sopra la riga fondamentale dello spettro in Audacity dovresti riuscire a leggere in basso il valore di frequenza corrispondente. Incolla qui una schermata in cui si veda lo spettro e la frequenza della riga fondamentale:

In modo ancora più preciso, se ti avvicini col cursore alla riga fondamentale, vedrai che viene “agganciato” il valore del picco (cioè della riga più alta):

B5) Scrivi il valore di frequenza della riga fondamentale in Hertz di LA440 come risulta da Audacity:

Dovresti trovare che la frequenza della riga fondamentale nello spettro è circa 440 Hz, cioè la frequenza della nostra nota. L’altezza della riga invece corrisponde al volume del suono (cioè all’ampiezza della sinusoide).

B6) Traccia lo spettro di LA220 e incolla qui sotto una schermata dove si veda lo spettro e la frequenza fondamentale (cioè la frequenza della riga fondamentale):

B7) Traccia lo spettro di SOL392 e incolla qui sotto una schermata dove si veda lo spettro e la frequenza fondamentale (cioè la frequenza della riga fondamentale):

Proviamo adesso a vedere cosa succede se mescoliamo insieme due note diverse.

B8) Apri con Audacity LA440. Scegli Tracce, Aggiungi Nuova, Traccia Mono. Vedrai che viene aggiunta una nuova traccia vuota sotto a quella del LA440. A questo punto, mantenendo selezionata la nuova traccia, sceglie Genera, Tono e generate un DO2093 sulla nuova traccia. Dovresti ottenere qualcosa simile alla figura qui sotto (ho zoomato un po’):

Se ascolti il suono sentirai qualcosa di realmente terribile! Poi non dire che non ti avevo avvisato…

B9) Ora selezionate entrambe le tracce (ATTENZIONE: devi scegliere Modifica, Seleziona, Tutto) e poi traccia lo spettro del nostro nuovo suono composto da due note. Incolla qui sotto lo spettro ottenuto:

B10) Commenta il nuovo spettro. Quante righe ci sono? A cosa corrisponde ciascuna riga?

C) NOTE VERE PRODOTTE DA STRUMENTI MUSICALI

Nella sottocartella Strumenti contenuta nella cartella Suoni che abbiamo scaricato nell’esercitazione EL5-4_2ST Audacity (http://www.classiperlo.altervista.org/File%20comuni/suoni.zip) troverai la stessa nota LA440 suonata da strumenti diversi. Apri i file come spiegato qui sotto. Non copiare i file nella cartella di questa esercitazione.

C1) Apri il file clarinetto.mp3 con Audacity e per prima cosa amplifica il suono. Zooma sul grafico e incolla qui sotto una schermata dove si veda il suono amplificato:

C2) Fai lo spettro del segnale precedente e incolla qui una schermata in cui veda lo spettro e la frequenza della riga fondamentale (la prima riga dello spettro alle basse frequenze – escludere eventuali righe a frequenza zero):

C3) Apri il file flauto.mp3 con Audacity e per prima cosa amplifica il suono. Zooma sul grafico e incolla qui sotto una schermata dove si veda il suono amplificato:

C4) Fai lo spettro del segnale precedente e incolla qui una schermata in cui veda lo spettro e la frequenza della riga fondamentale (la prima riga dello spettro alle basse frequenze – escludere eventuali righe a frequenza zero):

C5) Apri il file piano.mp3 con Audacity e per prima cosa amplifica il suono. Zooma sul grafico e incolla qui sotto una schermata dove si veda il suono amplificato:

C6) Fai lo spettro del segnale precedente e incolla qui una schermata in cui veda lo spettro e la frequenza della riga fondamentale (la prima riga dello spettro alle basse frequenze – escludere eventuali righe a frequenza zero):

C7) Apri il file tromba.mp3 con Audacity e per prima cosa amplifica il suono. Zooma sul grafico e incolla qui sotto una schermata dove si veda il suono amplificato:

C8) Fai lo spettro del segnale precedente e incolla qui una schermata in cui veda lo spettro e la frequenza della riga fondamentale (la prima riga dello spettro alle basse frequenze – escludere eventuali righe a frequenza zero):

C9) Apri il file violino.mp3 con Audacity e per prima cosa amplifica il suono. Zooma sul grafico e incolla qui sotto una schermata dove si veda il suono amplificato:

C10) Fai lo spettro del segnale precedente e incolla qui una schermata in cui veda lo spettro e la frequenza della riga fondamentale (la prima riga dello spettro alle basse frequenze – escludere eventuali righe a frequenza zero):

Dovresti osservare che le frequenze fondamentali dovrebbero essere quasi le stesse per tutti gli spettri e aggirarsi intorno ai 440 Hz. Se il risultato non è quello atteso oppure non hai capito, domanda all’insegnante.

C11) Bene adesso prenditi il tempo di ascoltare ognuno dei suoni precedenti (clarinetto, flauto, piano, violino, tromba).

C12) Ora dimmi… secondo te si tratta di toni puri? No, vero? Da cosa ti accorgi ascoltandoli che non sono toni puri? Prova a spiegare come “suona” un tono puro e invece come “suona” una nota vera prodotta da un vero strumento….

C13) Dal punto di vista del grafico nel tempo, da cosa è possibile accorgersi che non si tratta di toni puri? Che forma ha il grafico nel tempo di un tono puro? E qual è invece la forma di una nota vera?

C14) E dal punto di vista dello spettro? Che differenza c’è fra lo spettro di una nota vera e quello di un tono puro?

C15) Le note contenute in Strumenti hanno la stessa altezza (nel senso musicale del termine – sono tutte note con la stessa sigla)? Si tratta della stessa nota identica? Spiega:

D) TIMBRO DI UNA NOTA

Il timbro è quella particolare qualità del suono che permette di distinguere due suoni con uguale altezza (cioè due note che hanno la stessa posizione sul pentagramma).

Si può dire, con linguaggio non tecnico, che il timbro è il particolare carattere distintivo di un suono emesso da una voce o strumento musicale: una chitarra elettrica rock e un oboe emettono la medesima nota (stessa altezza ovvero stessa frequenza) ma con timbri inconfondibilmente diversi e peculiari. Così per le voci umane o i versi animali.

Mentre il volume di una nota si misura facilmente con l’ampiezza del segnale e l’altezza corrisponde immediatamente alla frequenza, il timbro è un concetto più complesso, che non si può misurare con un singolo valore.

TIMBRO E SPETTRO DEL SUONO

Il timbro dipende dalla composizione dello spettro del suono. In pratica quando suoniamo una nota noi produciamo in realtà molte note: la nota fondamentale (la prima riga, quella che il nostro orecchio identifica come altezza) più una serie di altre note collegate che si chiamano suoni armonici (le righe secondarie nello spettro).

D1) In questo video https://www.youtube.com/watch?v=VRAXK4QKJ1Q puoi vedere lo spettro (in realtà si chiama spettrogramma, ma per adesso non ti preoccupare della differenza) della stessa nota emessa da strumenti diversi.

Come puoi notare, la prima riga (fondamentale) a 128 Hz circa è presente in tutti gli spettri. Le altre righe (suoni armonici) sono quelle che producono il timbro della nota.

D2) Nella cartella Suoni trovi una sottocartella Chitarra. I file 1st, 2nd, 3rd_String eccetera corrispondono al suono a vuoto delle diverse corde di una chitarra.

La figura seguente mostra la numerazione delle corde della chitarra:

La corda numero 1 (1st_String_E_64kb) corrisponde al suono più acuto, mentre la corda numero 6 (6st_String_E_64kb) corrisponde al suono più basso.

D3) Elabora per prima cosa il file sonoro di ciascuna corda eliminando i silenzi e amplificandolo. Non occorre che copi i file nella cartella dell’esercitazione.

D4) Dopo averli elaborati, per ciascuno dei file precedenti traccia uno spettro. Incolla qui sotto tutti gli spettri, mettendo in evidenza la frequenza fondamentale di ciascuno, prendendo anche nota del suo valore, che ti servirà sopo (più schermate – leggi prima il box qui sotto):

TROVARE LA RIGA FONDAMENTALE

Quando si analizzano spettri complessi, come quelli prodotti da uno strumento musicale, non è sempre semplice individuare la riga fondamentale. Come regola teorica la fondamentale dovrebbe essere la prima riga partendo dalle basse frequenze.

Tuttavia negli spettri reali sono spesso presenti righe a bassa frequenza dovute al rumore o ad altre interferenze. Per individuare la riga fondamentale bisogna in tale caso cercare la prima riga più alta partendo dalle basse frequenze. La figura qui sotto dovrebbe chiarire:

Puoi anche provare a cambiare la Funzione usata per generare lo spettro, per vedere se ottieni grafici con la riga fondamentale più in evidenza (fai qualche esperimento con funzioni diverse – vedrai che il grafico dello spettro varia leggermente da una funzione all'altra):

D5) Collegati con questa pagina https://en.wikipedia.org/wiki/Guitar_tunings e cerca la frequenza corrispondente a ogni corda della chitarra nell'accordatura standard (Standard Pitch), compilando la seguente tabella (la prima riga l'ho già compilata io per aiutarti):

Corda Nota Frequenza (Hz)

1 Mi 329,63

2

3

4

5

6

D6) In base agli spettri generati prima, compila la seguente tabella e scrivendo nella colonna Frequenza la frequenza della riga fondamentale:

Corda Nota Frequenza (Hz)

1

2

3

4

5

6

Se hai fatto bene il vostro lavoro, i valori di frequenza ricavati dovrebbero corrispondere approssimativamente a quelli dell'accordatura standard della chitarra.

D7) C'è qualche valore nella tua tabella che non corrisponde a quello dell'accordatura standard? Quale?

Finora abbiamo considerato suoni estremamente semplici, costituiti da una singola nota. Ora vediamo cosa succede quando si eseguono più note contemporaneamente.

D8) Apri il file E_64kb.mp3 che rappresenta un accordo (più note insieme) eseguito sulla chitarra. Amplificalo ed elimina il silenzio iniziale. Non occorre che salvi il file.

D9) Fai una schermata che mostri l’inizio il primo decimo di secondo del segnale sonoro (simile alla mia qui sotto, da sostituire con la tua):

D10) Traccia lo spettro del segnale e incollalo qui sotto:

D11) Quanto vale la frequenza fondamentale nello spettro precedente? Potete anche usare la Scala Logaritmica per vedere meglio la posizione della fondamentale.

D12) Confrontando la frequenza trovata con quelle dell’accordatura standard della chitarra, sai dirmi di quale corda probabilmente si tratta?

E) SPETTRO DEL RUMORE

Voglio adesso farti vedere un altro uso dello spettro per analizzare un suono. In particolare vogliamo analizzare un rumore di fondo e capirne l’origine.

E1) Apri il file noise contenuto nella cartella Chitarra. Elimina dal suono tutto tranne il rumore iniziale. Amplifica quello che rimane e dovreste trovarvi di fronte a qualcosa del genere (sostituisci la tua schermata al posto della mia):

E2) Traccia adesso lo spettro del rumore scegliendo i parametri come in figura. Incolla poi lo spettro qui sotto:

E3) C’è una riga molto più alta delle altre. Qual è la sua frequenza? Arrotonda il valore che leggi alla decina più vicina:

E4) Adesso trasformati in detective del suono. Cerca su Google quel particolare valore di frequenza (arrotondato come detto), scrivendo prima la parola rumore oppure noise (per esempio, se hai scoperto che la frequenza del rumore è 200Hz, cerca con Google rumore 200Hz oppure noise 200Hz). Scrivimi qui sotto cosa hai scoperto a proposito della probabile causa del rumore che abbiamo analizzato:

F) GIOCHIAMO CON I TIMBRI

F1) Collegati col sito http://meettechniek.info/additional/additive-synthesis.html

COME FUNZIONA

Si tratta di uno strumento per generare suoni complessi sommando gli armonici che li compongono. Guarda la figura qui sotto e le spiegazioni che seguono:

1) Questa è la forma d’onda del segnale prodotto. In pratica rappresenta il grafico nel tempo (tempo sull’asse x).2) Qui ci sono alcuni strumenti predefiniti. Sine è il tono puro (sinusoide), Violin è una specie di violino.3) Usando i tasti + e – si può cambiare l’altezza della nota, cioè la sua frequenza fondamentale.4) Qui potete regolare il Volume del suono prodotto. Se il Volume è a zero non si sente nulla.5) Tutte gli slider (barre a scorrimento) verticali che trovate qui sono rappresentano i diversi suoni armonici, cioè le diverse frequenze che sommate fra loro producono il timbro del suono-6) Con questo slider si regola l’ampiezza dell’onda (ha effetto solo sul grafico, ma non sul volume)7) Questo slider regola l’ampiezza del tono fondamentale (il primo).

F2) Come primo esperimento prova a produrre la nota la a 440 Hz di un violino. Incolla qui sotto la schermata del sintetizzatore con la nota prodotta:

F3) Ascolta il suono prodotto. Ti sembra un violino? Se rispondi di sì probabilmente non hai mai sentito un violino vero. Questo è un sintetizzatore molto primitivo!!!

F4) Adesso prova ad azzerare tutti gli armonici della nota tranne il primo (armonica fondamentale). Il grafico del segnale si trasforma in… che cosa? E il suono del violino si trasforma in…?

Con molta fantasia teoricamente sarebbe possibile con questo strumento riprodurre il suono di qualsiasi strumento.

F5) Spiega cosa bisogna fare per modificare il timbro del suono prodotto col nostro sintetizzatore e cambiare di conseguenza lo strumento:

G) OPERAZIONI FINALI

G1) Controlla di aver risposto a tutte le domande contenute in questa esercitazione. Se hai tralasciato alcune domande perché non sai rispondere, elencale qui (es. B2):

G2) Comprimi le immagini contenute in questo file Word (seleziona un'immagine, scheda Formato e poi Comprimi immagini e infine Applica a tutte le immagini del documento) in modo da ridurne le dimensioni.

G3) Svuota la tua cartella Download (prima salva gli eventuali file che ti servono!) e poi incolla qui sotto una schermata in cui si veda la cartella Download vuota insieme con l'orologio e la data del PC (in fondo allo schermo).

G4) Controlla che la cartella di questa esercitazione contenga i seguenti file con i nomi qui indicati:Nome del file Tipo del file DescrizioneEL5-6_2ST Timbro e spettro Word Il file di questa esercitazione

G5) Chiudi tutti i file, zippa la cartella di questa esercitazione e inviala all'insegnante su Classiperlo.