forme d’onda semplici

Ciao Benvenuto su gregorioferraris.com. In questo articolo voglio analizzare le forme d’onda semplici. Se non conosci la base dell’acustia il suono in questo articolo approfondisco il suono semplice, mentre qui ho parlato del suono complesso. Sono argomenti fondamentali per poter comprendere cosa sono le forme d’onda e quali sono le loro caratteristiche.

Queste particolari onde sonore sono di largo utilizzo in alcune ambiti professionali. La trattazione dell’articolo sarà esclusivamente in ambito sonoro anche se vengono usati in vari ambiti tecnologici. Pur essendo dei suoni complessi queste forme d’onda meritano un analisi più approfondita di quanto si potrebbe fare in un articolo generale.

Avventuriamoci quindi in questo viaggio nelle basi del suono

Le forme d’onda semplici

Iniziamo capendo cosa sono le forma d’onda: le forme d’onda semplici sono dei specifici timbri nei quali il rapporto fondamentale e armonici è standardizzato, fisso e semplice. Sono suoni che in natura non esistono e al pari della sinusoide possono essere create solo artificialmente. Esattamente come il suono sinusoidale semplice, questo tipo di onda sonora necessitano di un oscillatore analogico (o la sua controparte digitale) per essere create.

Esse prendono Il nome dall grafico che rapprensenta il loro andamento nel tempo. Se rappresentiamo un piano cartesiano con sull’asse verticale l’ampiezza del segnale e su quello orizzontale il tempo, il risultato sarà una forma che descrive l’andamento dell’ampiezza nel tempo.

Forme d'onda 
suono complesso
Forma d’onda di un suono reale

Ogni suono è caratterizzato da un andamento diverso; i suoni del mondo reale sono caratterizzatati da un andamento solitamente irregolare e complesso, che presenta poca ciclicità al suo interno. Le forme d’oda che analizziamo in questo articolo sono invece di una spiccata semplicità e una ciclicità assoluta. Le forme d’onda semplici sono speculari rispetto l’asse verticale .

Forme d'onda
Forme d’onda semplice

Fondamentale e armoniche

Nell’articolo del suono complesso ho analizzato il concetto di fondamentale, armoniche e parziali. Riprendo il concetto di fondamentale e armoniche, non approfondirò le parziali in quanto non esistono nella costruzione di questa tipologia di suoni.

Matematicamente le frequenze vengono nominate con la lettera f. La fondamentale viene solitamente chiamata f1, mentre le armoniche venngono contradistinte con il numero progressivo dell’armonico rappresentato: f2, f3, f4, f5, f6 e via discorrendo. Per calcolare il valore di un armonico basta fare la seguente formula:

Fondamentale x numero di armonico

ad esempio per calcolare il secondo armonico del la da concerto (440 Hz):

440 x 2 =880 Hz

La fondamentale è la frequenza che di informa di che tono è il suono che ascoltiamo. Mentre le armoniche sono frequenze multiple della fondamentale. Se la fondamentale è di importanza primaria anche le armoniche sono una componente di rilievo di un suono. Le armoniche arricchiscono il contenuto timbrico di un suono

fondamentale e armonici

Ti consiglio di riprendere l’articolo per approfondire il tema, che è di fondamentale importanza per chiunque abbia a che fare con la musica.

Ascolta l’effetto delle armoniche

La sinusoide (sine)

Onda sinusoidale
onda sinusoidale

Come abbiamo visto nell’articolo del suono semplice la sinusoide è il suono più elementare che esista. La sinusoide è il tono puro, quindi composto dalla sola fondamentale f1.

C’è da precisare che nessun oscillatore riesce a creare un onda sinusoidale pura. Tuttavia le armoniche che produce sono in quantità così poco rilevante da essere non rilevabili neanche con strumenti di precisione.

Essendo una sola frequenza il suono del tono puro è decisamente armonioso e stabile.

Ascolta il suono di una sinusoide 440 Hz

Onda triangolare (triangle)

forrme d'onda , L'onda triangolare
Onda triangolare

Il contenuto armonico dell‘onda triangolare è caratterizzato da una prevalenza di armonici dispari, decrescenti con un rapporto di 1/f23.

In un onda triangolare le armoniche pare (f2, f4, f6 etc)avranno un impatto praticamente irrilevante nella costruzione timbrica, mentre le armoniche dispari contribuiranno alla creazione timbrica del suono.

forme d'onda complessa

Questo suono è caratterizzato da una timbrica molto sottile, in cui la fondamentale riveste un ruolo di primo piano. Assomiglia abbastanza a un tono puro ma con una ricchezza timbrica aggiunta dagli armonici.

Ascolta il suono dell’onda triangolare 440Hz

Onda quadra (square)

Forme d'onda semplici, l'onda quadra

L’onda quadra è un segnale composto dalla fondamentale e sole armoniche dispari con ampiezza decrescente.

Se per data una fondamentale f1 nel’onda quadra saranno presenti le armoniche f1, f3, f5, f7 e f9 e via discorrendo. Saranno invece di entità irrilevanti le armoniche f2, f4, f6 e f8 tanto da non contribuire alla costruzione timbrica in modo rilevante.

Le armoniche decrescono con un andamento direttamente proporzionale al loro numero (1/f). Questo vuol dire che la 3° armonica sarà di ampiezza equivalente a 1/3 della fondamentale, la quinta equivarrà a 1/5 di f1 etc etc.

forma d??onda

Per la sua conformazione caratterizzata da armoniche dispari in maniera rilevante il suono dell’onda quadra è molto caratteristico. L’onda quadra a un suono “ricco” ma molto dissonante.

Ascolta il suono di un onda quadra di 500 Hz

Onda impulsi

Possiamo definire le onde Quadre come una sotto categoria delle onde d’impulsi. Le onde ad impulsi sono determinate dalla lunghezza del ciclo di lavoro dell’oscillatore. Il risultato è una asimmetria sul piano verticale tra il ciclo positivo e i valori negativi dell’onda. Lo spettro armonico è sempre basato sulle armoniche dispari; la quantità di armoniche varia in maniera direttamente proporzionale al ciclo di lavoro. Il contenuto armonico dovuto a cicli più brevi sarà minore, al contrario saranno più ricche le onde con un ciclo più lungo. Le onde quadre sono delle Pulse con ciclo di lavoro al 50%.

lunghezza cicli di lavoro.

Onda a dente di sega (sawtooth)

onda dente di sega ramp-up

L’onda a dente di sega esiste sia in versione ramp-up che ramp-down, timbricamente sono identiche quello che cambia è il grafico che ne consegue.

Questa forma d’onda è caratterizzata da tutti gli armonici con un andamento decrescente pari a 1/f. quindi f2 sarà pari a 1/2 di f, f3 a 1/3 e continueranno a scendere progressivamente con la medesima proporzione.

Il Suono di un onda a dente di sega è molto ricco e abbastanza chiaro. E’ un suono duro, che non si discosta molto dall’onda quadra, ma visto il contributo rilevante delle armoniche pari risulta leggermente più gradevole.

Ascolta il suono di un’onda Saw 440 Hz

Utilizzo delle forme d’onda semplici

Il campo più diffuso di utilizzo delle forme d’onda semplici è sicuramente la sintesi sonora. Specialmente in ambito di sintesi sottrattiva viene fatto un largo uso di tutte le forme d’onda semplici, vengono sommate diverse forme d’onda per poi essere filtrate secondo necessità. Nei processi di sintesi sottrattiva vengono usati anche in maniera importante i noiose.

Tuttavia il loro ambito è molto diffuso, vista la loro ciclicità, prevedibilità e semplicità sono spesso usati anche come segnali di controllo, o di test, dei sistemi elettronici. Le varie onde hanno svariati applicazioni, Gli amplificatori di classe D, per esempio, riescono a raggiungere la loro efficienza e la loro linearità grazie all’utilizzo di una tecnica di pulse width modulation. Anche in ambito digitale i bit sono una onda quadra, potendo comunicare solo 2 valori in tensione elettrica. Le onde a dente di sega ad’esempio sono usati per controllo di segnali all’intero dei vecchi televisori a tubo catodico, mentre le onde sinusoidali sono alla base di tutte le tecnologie di comunicazione.

Conclusioni

Così concludo questo nostro viaggio nel mondo affascinante mondo delle forme d’onda semplici. Queste frequenze spesso sono usate dai producer senza conoscerne la vera composizione timbrica. Tuttavia penso che conoscendo la la teoria che risiede dietro questo tipo di onde sia possibile sfruttarle in maniera più consapevole, andando a selezionare l’onda che più si abbina al risultato finale.

Le forme d’onda semplici sono un esempio di come lo studio della teoria che si nasconde dietro il lavoro del fonico sia importante. Infatti lo studio delle tematiche legate al suono ci aiuta sia a interpretare il mondo sia a capire il funzionamento di altri settori molto distanti. I pcohi esempi da me riportati sono solo alcuni dei molteplici utilizzi delle forme d’onda che si possono fare in campo extra-musicale.

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Il suono le fonti.

Imparare la tecnica del suono – M. Sacco

Manuale della registrazione sonora – D. Huber, R. E. Runstein

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