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Definizione di timbro

Fondamenti di acustica: il timbro (I)
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L’obiettivo di questo articolo è aiutare a sviluppare una conoscenza dei fondamentali principi acustici. Questo, a sua volta, ti aiuterà a comprendere e eventualmente padroneggiare, le tecniche base del suono di ingegneria e di registrazione. Ogni sezione ha un tema che viene definito prima in termini tecnici e quindi commentato in termini pratici relativamente alle apparecchiature audio.


Il timbro è un’identità sonora. Questa identità dipende dalle caratteristiche fisiche del medium sonoro (la materia o la sostanza che supporta il suono). Prendiamo un LA a 440 Hertz  prodotto in decibel: 60 diciamo, possiamo immediatamente scapire se il suono è stata emesso da un violino, da un sassofono o da un pianoforte. Eppure, anche se lo strumento è diverso, è la stessa nota con la stessa ampiezza. La differenza consiste nella produzione del suono: corda, colonna di aria, ecc… Inoltre, il suono non viene generato dalle stesso”strumento”: un archetto per le corde del violino, un ’ancia e una colonna di aria per i sax e martelletti coperti da feltri che colpiscono delle corde per il pianoforte. Sopno le caratteristiche fisiche diverse del medium sonoro e dello « strumento » che determinano le caratteristiche dell’onda sonora. Più avanti vedremo anche come una cassa acustica possa aggiungere un’altra dimensione a questa definizione.

L’onda sonora

Onde sinusoïdale

Le più elementare onda sonora è un’onda sine (sinusoidale) (fig. 1) Si potrebbe considerare l’atomo del suono. Eppure i suoni sinusoidali sono rarissimi (diapason, calici sfregati), ai quali un tempo venivano attribuiti poteri strani. La maggior parte dei suoni che ci circondano sono di natura più complessa.

Questo significa che all’interno di un suono, che noi percepiamo come unico, esiste una sovrapposizione di moltissime onde sinusoidali che si sono, in un certo senso, fuse insieme per diventare un unico suono. E’ la natura di questa sovrapposizione che determina l’onda sonora risultante  (fig. 2) e che è responsabile del suo timbro. Questa sovrapposizione viene chiamata ”spettro”.

Signal carré

Fig. 2. onda quadra

Signal en dent de scie

Figura 3 onda dente di sega (o saw wave)

Signal périodique complexe

 

Rappresentazione spettrale

Esistono molti modi di rappresentare graficamente il suono. Per scopi didattici abbiamo scelto di utilizzare un spettrogramma, per la sua chiarezza e semplicità.

Orizzontale: tempo in secondi, verticale: frequenza in hertz. Un’ondata di sine (sinusoidale) a 100 Hertz è rappresentata da una linea orizzontale ad un’altezza corrispondente a 100. Un suono armonico a  100 Hertz  è rappresentato da lilnee sovrapposte corrispondenti onde sine di 100, 200, 300: n x 100 Hertz. La lunghezza delle righe naturalmente rappresenta la lunghezza del suono.


 

 

image_52Noise

Immaginiamo un caso in cui tutte le onde sine delle frequenze che sono percepibili all’orecchio umano (da 20 Hertz a 20 kHertz) con la stessa ampiezza, siano “mixate” in un segnale sonoro. Otterremo quello che viene chiamato “white noise”, rumore bianco, o in altre parole, “hiss”. Se il rumore bianco è molto corto possiamo ottenere una psecia di suono percussivo. Le consonanti appartengono a questa categoria, nella stessa maniera, un medium sonoro riceve l’attacco dello strumento che lo mette in vibrazione, e produce quel rumore . Questo rumore corrisponde al tempo che lci mette l’onda sonora per stabilizzarsi a prendere la sua forma finale. Lo sfregamenteo dell’archetto su una corda e simile a un rumore bianco (‘hissing sound’), mentre un martelletto che colpisce una corda di piano è più simile a unosuono percussivo. Queste nozioni verranno affrontate con maggiore profondità quando arriveremo alle ‘envelope’ e ai ‘transient’. Nel caso che una serie di frequenze rumorose siano contnute entro certi limiti, ci riferiremo ad esse come ‘noise bands’.

Se una particolare zone di energia è particolarmente ampia, potremo parlare di rumore colorato intorno a quella zona.  Il ‘Pink noise’ è rumore bianco con un particolare densità che decresce di 3 dB per ottava.

différents bruits

 

Dopo aver già sottolineato l’aspetto della sovrapposizione, o complessità del suono, ora passeremo a concentrarci su una categoria specifica di frequenze in uno spettro audio: gli armonici. Un suono armonico è un suono che contiene onde sinusoidali che obbediscono alla legge matematica nota come “serie di Fourier”. Questa legge enuncia quanto segue: un segnale periodico complesso è costituito da un certo numero di frequenze componenti che sono prodotti interi della frequenza fondamentale.

Un esempio di un suono armonico: un suono a 100 Hertz in cui le onde componente sono 100, 200 300; 400; 500; 600 Hertz. Il tono percepito è la frequenza più bassa: 100 Hertz. Le onde componenti sono le seguenti (2 x 100, 3 x 100, 4 x 100, ecc.), sono calcolate su interi e vengono chiamate armoniche. La frequenza più bassa, su cui si basano, viene chiamata “fondamentale”. Il numero o “classificazione”, di un’armonica è l’intero per il quale viene moltiplicata la fondamentale. Per esempio la terza armonica della fondamentale a 100 Hz, sarebbe quella di 300 Hz. fig.5

 

 

représentation spectrale d'un signal harmonique la combinaison des La combinaison des quatre sinusoïdesson harmonique de 100Hz avec un formant à 300Hz

L’altezza di un armonico è facilmente percepibile all’orecchio, e questi suoni sono particolarmente intonati . Ecco perché molti strumenti melodici  musicali sono progettati con l’obiettivo di produrre spettri armonici.

Rumori, come quelle di cui abbiamo parlato  poc’anzi, sono segnali aperiodici. Sono caratteristici di strumenti a percussione per esempio.

Regioni relativamente di relativamente grande intensità in uno spettro audio vengono chiamati formants. Nel caso di una banda di frequenze consecutive viene rilevata una zona formant tra x e y Hertz. Questa distribuzione dell’energia svolge un ruolo importante nella percezione del timbro, come il numero di componenti nello spettro, la loro distribuzione e la loro regolarità o non-regolarità.

La distribuzione dell’energia nello spettro

Qualche esempio rappresentato graficamente

a- violino: un rumore ‘hiss’ sull’attacco, spettro armonico

b- flauto: spettro armonico.

c- pianoforte: rumore del martello in attacco, suono percussive e spettro

non abbastanza regolare nelle sua armoniche.

d- suono caldo:  pochi armonici ma regolare distribuzione di energia

dal basso all’alto.

e- suono petrante: suono armonico con molta intensità negli alti

f-  suono cavernoso: pochi armonici nei medi.

g- suono nasale: bassi deboli, medd intensi, alti deboli

h- suono non armonico: come una campèana stonata

i- segnale quadrato, armoniche disordinate: come un suono di clarinetto

 

Equalizzazione di una console

La sezione di equalizzazione di una console che ci consentirà di modificare o correggere timbro. In base al modello, la sezione EQ è più o meno sofisticata e offre diverse possibilità di regolazione. Non trattiamo con semplici rotelle  alti/bassi, opzioni che potete trovare su amplificatori, hi-fi o mixer economici, opzioni che mirano solo a adattare un suono a un’area specifica di ascolto. Piuttosto stiamo parlandoEQ che si trovano su piccoli modelli digitali moderne o parte della maggior parte dei grandi registrazione software. Dobbiamo tenere a mente che EQ viene utilizzato principalmente per uno dei motivi… corretto e non in speranza di migliorare il segnale registrato: è mai possibile attivare un mediocri suoni registrati (a causa di cattiva posizionamento del microfono o anche alla qualità del microfono stesso) in un grande suono utilizzando solo equalizzatori EQ. Dividere l’intervallo di frequenza udible (20 Hertz a 20 kHertz…) in molti sub-range. In questo senso si può parlare di alti, medio-alti, medio-bassi e bassi. La prima cosa da fare, quindi, prima di aggiustare qualsiasi manopola, è di determinare in quale intervallo di frequenza risiede il problem , quindi dopo che si può determinare la natura del problema. Problemi di registrazione dovuti alla saturazione del suono, rumori estranei ambientali o un effetto mascherato dovuta alla presenza di altri strumenti…

Che aspetto ha?

Gli equalizzatori… sono filtri armonici e parziali. La loro specificità risiede nel fatto che grazie ad essi non solo possiamo sbarazzarci di alcune componenti delle frequenze, ma che possono anche amplificare zone di frequenza scelte. Naturalmente, se non esiste nessun segnale in quell’intervallo, verrà aggiunto solo ‘hiss’! Buone sezioni di equalizzazione hanno generalmente 4 bande. Ognuno offre  almeno 2 controlli: regolazione della  frequenza e gain. Questi modelli di equalizzatori sono chiamati semi-parametrici. Non c’è spesso una terza impostazione chiamata larghezza di banda o “Q” che ha lo scopo di ampliare o inasprire la gamma di frequenze (larghezza di banda) del filtro. Quando questo terzo controllo è presente, l’equalizzatore viene chiamato equalizzatore parametrico. L’adeguamento di frequenza sarà regolabile tra il limite superiore e inferiore del sub-range del filtro (con i software questi limiti non esistono più!)

La manopola del gain definisce, in dB, quanta il filtro effetterà la frequenza scelta. Come possiamo vedere qui in fig. 8, presa in prestito da cubase, il gain può essere positivo o negativo. Possiamo anche vedere che la curva della larghezza di banda può essere più ampia (a forma di  gobba) o più ristretta (a forma di picco). Questa forma, corrisponde alla larghezza di banda e viene regolata dall’impostazione “Q”.

 

Correcteur de Cubase

 

Come modificare il timbro

Devi sempre tenere presente che tutte le equalizzazioni su uno strumento saranno distruttive rispetto al suono registrato, di quest’ultimo, l’equalizzazione in molti casi, è una copia imperfetta. Bisogna stare attenti! Prima di toccare qualcosa, bisogna pensare a ciò che si desidera ottenere con l’equalizzazione: se si vuole un suono “caldo”, se si desidera tagliare il basso, se voglio che il mio strumento spicchi nel mix, se voglio liberarmi da una risonanza fastidiosa proveniente dallo studio di registrazione… La seguente tabella è una sorta “Guida rapida” grafica. Funzionerà come lista di controllo e master del vostro timbro equalizzato.

Tuttavia, non dimenticare di “ascoltare”: tue orecchie sono il giudice finale.

Tipo di equalizzazione Il tuo obiettivo Azione Osservazioni utili
Regolazione del timbro di uno strumento registrato da un microfono. modificare il timbro  a uno strumento che ha, troppi o non abbastanza, alti o bassi. Determinare quali banda di frequenza deve essere modificata:

1) Metti il guadagno  a +12 db e poi giri la manopola finché non si sente la zona dove il segnale aumenta maggiormente. Avete trovato la frequenza di tagliare!

2) Abbassa il guadagno  a 0 dB, quindi abbassa ulteriormente il guadagno, gradualmente, fino a ottenere ciò che vuoi.

3) Confrontare, bypassando, il segnale originale con quello nuovo.

Apporta le modifiche mentre lo strumento scelto è in modalità solista. Quindi, togli il mute agli altri strumenti per valutare il nuovo suono nel mix. Mantieni una banda larga (forma a gobba) e riduci poi, se necessario.
Far risaltare uno strumento o amalgamarlo nel mix.
1) Come sopra, determinare quale banda di frequenza deve essere cambiata. Forse saranno necessario due filtri, se lo strumento ha una vasta gamma sonora.2) Stringere il Q quanto più possibile ai limiti dello strumento.

3) Sollevare leggermente  il gain (non più di 3-5 dB!) del filtro.

Questo processo non sempre può funzionare perché altri strumenti potrebbero essere presenti nella stessa gamma di frequenze. Così accrescere le frequenza del singolo strumento incrementerebbe troppo anche le altre. In questo caso dobbiamo ripiegare su un compressore multi-band.
Cattiva qualità di una voce registrata da un microfono. Correggere “problemi su alcune consonanti.
Saranno probabilmente le  “pa”, le “da” e altri tipi  simili di sillabe a causare problemi: la soluzione è alla fine nella parte inferiore dello spettro di frequenze e più specificamente nel rumore dell’attacco. Alcuei console hanno una funzionalità con filtro high-pass il cui scopo è proprio quello di cercare di limitare questo problema. Scegliere un’EQ “bassa” e ridurre il guadagno di 2-3 dB. Utilizza la funzione “shelving” se non è già il tipo di filtro predefinito. Se non c’è shelving, provare a ampliare la larghezza di banda (Q) quanto più possibile. Ancora una volta, non è sempre così facile. Un po’ più facile su una voce parlata che su una voce che cantata. Se, nonostante i tuoi sforzi, il problema persiste, sarà necessario utilizzare un compressore.
Eliminare un rumore parassita o un rumore in background collegato al luogo in cui si è registrato. Trovare la frequenza del parassita, come si è fatto sopra, se è un problema di cavo o elettricità, sarà circa a circa a 50 Hz o in una delle sue frequenze armoniche. Non appena è stata trovata la frequenza, restringere la Q, per quanto possibile e abbattere il guadagno… quanto serve perchè non dia più fastidio.
Tutto ciò che possiamo fare ora è... “fare il meglio che possiamo”! L’equalizzazione applicata sarà più efficace se la frequenza è accuratamente mirata. Ma… comunque  tutto ciò che suona nello stesso intervallo scomparirà con il parassita!

 

 


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