Il suono e i limiti dell’orecchio

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Il suono e i limiti dell’orecchio

di Giuseppe Bovo

Il concetto di suono grave e suono acuto dovrebbe essere abbastanza intuitivo per tutti. I suoni
prodotti da una chitarra elettrica e da un basso elettrico, oppure da un violino e da un
contrabbasso, o da una tromba e una tuba sono chiaramente diversi per l’altezza del suono; in un
caso abbiamo dei suoni gravi (o bassi) nell’altro dei suoni acuti (o alti).

Come abbiamo visto , in un caso si tratta di vibrazioni con frequenza bassa , nell’altro con
frequenza alta. Ma che valori puo assumere la frequenza ? Sicuramente da valori molto piccoli
(prossimi allo zero) fino a valori estremamente grandi. Ma è piu interessante vedere le frequenze
che possono essere catturate dal nostro orecchio.

L’orecchio ha un padiglione esterno che convoglia le vibrazioni a un condotto uditivo che le porta
fino al timpano. Questa è una membrana che entra in vibrazione in sintonia col suono arrivato, la
trasmette ad una serie di ossicini (che hanno il compito di amplificare ma anche di smorzare la
vibrazione esterna ), e la porta ad un organo chiamato chiocciola. All’interno della chiocciola ci
sono una serie di cellule ciliate che finalmente raccolgono le vibrazioni. Le cellule sono molto
specializzate (ognuna di esse puo raccogliere solo certe frequenze); considerato un’orecchio medio,
sono in grado di riconoscere frequenze dai 20 Hz fino ai 20.000 Hz.

Questo vale per gli esseri umani; i cani possono percepire frequenze fino ai 40.000 Hz e i
pipistrelli fino ai 120.000 Hz.

I suoni sotto i 20 Hz sono per noi infrasuoni, quelli sopra i 20.000 Hz. sono ultrasuoni.

Nella musica (che naturalmente deve lavorare con suoni gradevoli e significativi), si usa
un’intervallo di frequenze piu ridotto, dai 30 Hz fino ai 4500 Hertz.

Chiudo il paragrafo con una curiosità (un po tecnica e naturalmente spiegata in modo molto
semplicistico).

Un suono in natura ha una natura analogica cioè continua (assume cioè con continuità tutti i suoi
valori); tutti i suoni in natura sono di tipo analogico.

E’ possibile prendere un suono e campionarlo, cioè catturare un campione ad intervalli prestabiliti
e memorizzarlo (ad esempio in un computer). Se io prendo un segnale che dura 10 secondi, e prendo 1
campione al secondo, alla fine avrò 10 numeri che mi rappresentano l’ampiezza che aveva il mio
segnale al tempo 0, dopo 1 secondo , dopo 2 secondi ecc.

Chiaramente il segnale campionato non ha tutta l’informazione del segnale originale (ovviamente).
Ebbene , un certo Shannon ha dimostrato (matematicamente) che se si vuole poter campionare un
segnale senza perdere di informazione (in modo cioè da poter ricostruire il segnale originale),
basta campionarlo con una frequenza maggiore del doppio della massima frequenza del segnale.

In pratica, se prendo un suono percepibile dall’orecchio umano, abbiamo visto che le frequenze
massime si aggirano sui 20.000 Hertz. Se io campiono il suono con una frequenza maggiore di 40.000
Hz (cioè se raccolgo piu di 40.000 campioni al secondo) sono in grado di poter ricostruire il
segnale originale senza che l’orecchio umano si accorga della differenza.

I Compact Disc (e adesso i DVD) hanno memorizzato al loro interno musica in formato digitale (in
pratica dentro hanno i campioni dei segnali originali). La musica originale viene campionata a
44.100 Hz (maggiore del doppio di 20.000 Hz) quindi saremo in grado dal segnale campionato di
ricostruire perfettamente il segnale originale (operazione effettuata di volta in volta dai lettori
di CD).

Quando campiono , catturo l’ampiezza che aveva il segnale in quel momento. In un CD il campione lo
memorizzo con 2 Byte (16 bit) che mi consente un’escursione di ampiezze da 0 a 65536 (questo mi
garantisce anche una buona discriminazione nel riprodurre i volumi) ; un byte è una unita di misura
che indica 8 bit. Il bit è la piu picola informazione che posso memorizzare in modo digitale (assume
solo due valori 0 e 1).

Quindi ogni campione occupa 2 byte (16 bit). Tenendo conto che il segnale è stereofonico in realtà
ho 4 byte per campione (32 bit).

Con 44.100 campioni al secondo ho 176.400 Byte al secondo (1.411.200 bit).

Tenendo conto che un CD ha una capienza di 700 Milioni di Byte risulta che su un CD posso
(teoricamente ) memorizzare 700.000.000 / 176.400 = 3968 secondi di musica (cioè circa 66 minuti).

Quindi su un CD posso memorizzare poco piu di un’ora di musica (sul CD le informazioni sono
registrate su una sola faccia).

da www.gbovo.it/v_tm_suono_2.asp

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