Il musicista elettronico

Fare musica con il computer

L’obiettivo di questo fascicolo è insegnare a fare suoni e musica utilizzando il computer. Utilizzando il computer, saremo in grado di operare sul suono ed ottenere esiti sorprendenti: ad esempio, potremo creare suoni “inauditi”, impossibili da produrre con gli strumenti tradizionali, oppure potremo inventare brani musicali aggregando materiali sonori non convenzionali come, ad esempio i suoni ambientali, oppure ancora potremo ricostruire le partiture dei maestri del passato per poi trasformarle completamente.

Per cogliere al meglio tali opportunità, dobbiamo fare un passo indietro e chiederci qual è la differenza tra fare musica con gli strumenti tradizionali e fare musica con il computer.

Per comprendere questa differenza, facciamo un esempio.

Il 1º luglio 2017 la famosa rock star italiana Vasco Rossi si esibisce nel “Modena Park 2017”, un evento musicale senza precedenti, che batte il primato mondiale del concerto con il più alto numero di spettatori paganti. Il numero di partecipanti, infatti, è altissimo: 220 mila, tanti quanto gli abitanti della città di Padova, distribuiti su una superficie di 400 mila metri quadri, pari a circa 40 campi da calcio. L’evento viene seguito a distanza via radio, televisione e internet da 5 milioni e mezzo di fan. Il consumo di energia elettrica per 4 ore di concerto è pari a 1 Megawatt. Ancora oggi possiamo reperire il documento audiovisivo della serata, guardarlo e vivere di nuovo quella serata memorabile.

Ma cosa sarebbe accaduto se, per un imprevisto, fosse venuta meno l’energia elettrica? Probabilmente Vasco Rossi e la sua band si sarebbero esibiti comunque, utilizzando voci, chitarre acustiche, trombe e batteria, ma rinunciando a tutti quegli strumenti che producono suono soltanto se alimentati da energia elettrica, quali, ad esempio, le chitarre elettriche, il basso elettrico, le tastiere elettroniche. Il concerto si sarebbe comunque tenuto ma sarebbe stato seguito solamente dal piccolo gruppo di persone vicine al palco e nessuno dei partecipanti distanti lo avrebbe ascoltato, né il pubblico pagante posto sulle file più lontane, né i fan rimasti a casa davanti alla televisione. Infine, nessuno di noi avrebbe oggi la possibilità di vivere di nuovo quell’esperienza, poiché non ci sarebbe alcuna documentazione audiovisiva. Privata della connessione all’energia elettrica, la performance di Vasco Rossi sarebbe stata di tipo acustico: in altre parole, suoni, voci e musica prodotti dai musicisti avrebbero raggiunto direttamente le orecchie dell’ascoltatore attraverso l’aria, senza passare attraverso un sistema di circuiti elettrici.

Dunque, il grande evento che ha polverizzato ogni record europeo è stato possibile grazie ad una risorsa, l’energia elettrica, e grazie ad un’operazione sul suono: l’elettrificazione, vale a dire il passaggio dalla dimensione acustica a quella elettronica.

Cercheremo ora di comprendere con maggiore precisione in che cosa consiste l’elettrificazione del suono, vale a dire il suo passaggio dalla dimensione acustica a quella elettronica, poiché è in quest’ultima che il computer, detto anche “calcolatore elettronico”, offre straordinarie possibilità.

1.1 ACUSTICO

1.1.1 Il suono è vibrazione

Come si produce un suono, il fruscio del vento o lo sfrecciare di un treno? Come arriva alle nostre orecchie, a partire dalla sua sorgente sonora? Ce lo dimostra un semplice esperimento.

Prendiamo un elastico e tendiamolo sopra una scatola: se la pizzichiamo, comincia a vibrare e ad emettere un suono che svanisce appena l’elastico cessa di vibrare e torna alla posizione iniziale. (Fig. 1)

Ripetiamo l’esperimento con un’asta metallica non rigida, per esempio un righello, tenuta ferma a un’estremità: il suono svanisce quando blocchi l’asta. (Fig. 2)

Un suono dipende dunque dalle vibrazioni di un corpo, la sorgente sonora. La proprietà di produrre vibrazioni è una caratteristica dei corpi elastici, cioè dei corpi che possono subire una deformazione e ritornare poi alla loro condizione iniziale.

Negli strumenti musicali il suono può essere generato dalle vibrazioni di corde (pianoforte, violino, chitarra ecc.), di colonne d’aria (clarinetto, tromba ecc.), di membrane (tamburo), di legni o metalli percossi (triangolo, sonagli).

Come si trasmettono le vibrazioni

Per essere percepite come suono, le vibrazioni delle sorgenti sonore devono arrivare sino al nostro orecchio, perciò è necessario un mezzo che le trasporti: nella maggioranza dei casi tale mezzo è l’aria, ma può anche essere l’acqua o un corpo solido, come il legno o il ferro.

Fissiamo una lamina metallica al bordo di un tavolo e facciamola vibrare. Quando la lamina si solleva, le molecole d’aria con cui è a contatto sono spinte verso l’alto e si avvicinano; quando la lamina si abbassa le molecole si allontanano; questi movimenti delle molecole si trasmettono nell’aria fino ad arrivare al timpano del nostro orecchio, e vengono percepiti come suoni. (Fig. 3)

La vibrazione genera una successione di compressioni e di espansioni delle molecole che circondano la sorgente. Questo fenomeno è detto onda sonora . Per meglio comprenderlo, pensa a che cosa succede quando lanciamo un sassolino sulla superficie piatta di uno stagno: sull’acqua si forma un’increspatura, un’onda, che si allarga progressivamente sino a giungere ai bordi dello stagno. L’onda sonora è qualcosa di simile: la perturbazione prodotta dal sasso che cade nell’acqua si trasmette nell’aria fino a raggiungere l’orecchio.

Nel vuoto le vibrazioni della sorgente sonora non possono propagarsi e quindi il suono non si trasmette. Lo si verifica nel laboratorio di fisica: se si mette una suoneria sotto una campana di vetro e si crea il vuoto al suo interno, il suono non si sente più.

La forma di un’onda

Per rappresentare graficamente un’onda si usa una particolare curva, in cui le parti più alte sono dette creste e le parti più basse ventri. L’oscillazione completa di un corpo che vibra è il movimento completo, da cresta a cresta, o da ventre a ventre. La distanza si chiama lunghezza d’onda , mentre la metà della distanza verticale tra due creste o due ventri è detta ampiezza dell’onda. (Fig. 4)

Il numero di oscillazioni compiute in un secondo è detto frequenza , e si misura in hertz (Hz) dal nome del fisico tedesco dell’Ottocento Heinrich Hertz. Una frequenza di 1 Hz corrisponde a un’oscillazione completa in un secondo. (Fig. 5)

1.1.2 I caratteri distintivi del suono

I suoni si distinguono uno dall’altro in base a tre criteri. Ognuno corrisponde a particolari proprietà delle onde sonore.

L’altezza

L’altezza è il carattere del suono che distingue i suoni gravi (o bassi) da quelli acuti (o alti). Acuto possiamo considerare per esempio il fischio di un merlo; grave il muggito di un bue. Un bicchiere vuoto percosso con un oggetto metallico emette un suono più acuto di un bicchiere pieno.

L’altezza dipende dalla frequenza delle oscillazioni. Più alto è il numero di oscillazioni, più acuto è il suono.

L’orecchio umano percepisce suoni con frequenze comprese tra 16 e 20000 Hz. Le frequenze percepite meglio sono quelle corrispondenti alla voce umana, comprese tra 2000 e 5000 Hz. (Fig. 6)

1.2 ELETTRONICO

1.2.1 Nel dominio acustico

La figura 11 riassume in sintesi quanto esposto nel precedente paragrafo, ovverosia le fasi in cui si articola il fenomeno sonoro nella sua dimensione acustica, in assenza di energia elettrica: la produzione sonora (p), la trasmissione del segnale acustico (s.a.) e la sua ricezione (r).

In questo modo si propaga il suono della voce di un cantante quando si esibisce unplugged, cioè “scollegato”, vale a dire senza alcuna connessione con i dispositivi elettrici per l’amplificazione del suono. Come fare per avvalersi delle possibilità offerte dall’energia elettrica, che Vasco Rossi ha saputo sfruttare abilmente nel corso del suo concerto a Modena?

1.2.2 La catena elettroacustica

Proviamo ad osservare insieme quali sono passi da compiere per portare il suono dalla dimensione acustica alla dimensione elettronica, o, in altre parole, per trasformare il segnale acustico in segnale elettrico, e quali sono i dispositivi che consentono di farlo. Con l’aiuto della figura 12, esploriamo dunque quella che i tecnici chiamano “la catena elettroacustica”.

Per aiutarci nella comprensione, immaginiamo di trovarci in un mondo fantastico, nel quale una cittadella fortificata, difesa da mura possenti, è il dominio elettronico, mentre il territorio circostante rappresenta il dominio acustico. Il visitatore proveniente dalla campagna (l’elemento sonoro) potrà accedere alla cittadella fortificata, e godere dei vantaggi che essa offre, soltanto passando attraverso la porta di città: il varco è sorvegliato giorno e notte da una guardia (il microfono), impegnata a “vestire adeguatamente” il visitatore, per renderlo idoneo alle regole della città. Dalla parte opposta del recinto murario, a presidio della porta di uscita, una seconda guardia (cassa acustica) accoglierà il visitatore che avrà terminato l’esperienza in città, gli restituirà i suoi panni e gli consentirà di riprendere il cammino verso al campagna.

funzionare un motore; ad esempio, sono elettrici tutti gli elettrodomestici quali il frigorifero, l’aspirapolvere, il frullatore. Il dispositivo è elettronico se è dotato di un circuito sul quale viaggia l’energia elettrica a basso voltaggio (toccando il quale non si prenderebbe la scossa) allo scopo di veicolare informazioni.

Per descrivere le attività sul suono nella dimensione elettronica utilizzeremo entrambi gli aggettivi: infatti, i dispositivi che abitano questa dimensione sono dotati sia di circuiti elettrici, sui quali viaggia la corrente elettrica a voltaggio di 220V, necessaria ad alimentarli e a consentirne il funzionamento, sia di circuiti elettronici, sui cui viaggia il segnale elettrico a basso voltaggio, portatore di informazioni di natura sonora.

1.3 DIGITALE

1.3.1

Strumenti analogici e strumenti

digitali

I termini “digitale” e “analogico” sono posti in opposizione l’uno all’altro: qual è il loro significato? Analogico significa “fondato sul principio dell’analogia”, dunque “simile”; digitale è il termine italiano derivato dall’inglese “digit”, cifra, e significa “numerico”.

Nella vita quotidiana utilizziamo comunemente sia strumenti analogici sia strumenti digitali.

Sono analogici gli strumenti che, basandosi sul principio della somiglianza, descrivono una grandezza fisica utilizzando una grandezza analoga, simile. Il termometro a mercurio, ad esempio, descrive il valore della temperatura corporea con la lunghezza del segmento di mercurio contenuto nel tubo di vetro. L’orologio a lancette descrive lo scorrere del tempo con l’angolo della lancetta rispetto alla linea verticale. Anche il tachimetro a lancette sul quadrante dell’autovettura è uno strumento analogico: come nell’orologio a lancette, il valore della velocità istantanea è rappresentato dal valore dell’angolo della lancetta.

In tutti questi strumenti, all’aumentare della grandezza fisica osservata (temperatura, tempo, velocità) aumenta anche il valore della grandezza “altra” (lunghezza, angolo), con continuità e proporzionalità: l’andamento della prima si riflette nell’andamento della seconda.

Sono digitali gli strumenti che descrivono una grandezza fisica convertendone l’informazione un serie di numeri. Qui non si lavora per analogia: l’andamento continuo della grandezza fisica da rappresentare viene non “imitato” bensì fotografato, ad intervalli regolari di tempo, annotandone il valore numerico ogni volta. Si ottiene così una lista di numeri che, posti in sequenza, restituiscono, per approssimazione, l’andamento della grandezza.

Mentre la rappresentazione analogica è di tipo continuo, quella digitale è di tipo discreto. Ad esempio, è digitale l’orologio da polso che, sul display, visualizza lo scorrere del tempo attraverso una rappresentazione numerica, i cui valori sono aggiornati di tanto in tanto (tipicamente, ogni secondo).

L’evidente limite della rappresentazione digitale sta nella perdita di informazioni: procedendo per prelievi di valori ad intervalli temporali costanti, inevitabilmente trascureremo tutti i valori intermedi, compresi tra un prelievo e l’altro. D’altra parte, trasformare l’informazione in stringhe di numeri ci consente di affidarne l’elaborazione (la gestione, la trasformazione, la fissazione e la trasmissione) al calcolatore elettronico, con gli evidenti vantaggi noti a tutti.

1.3.2 Suono e numero

Anche il segnale acustico può essere rappresentato con modalità analogiche oppure digitali.

Nella catena elettroacustica, abbiamo studiato il microfono, il dispositivo responsabile della trasduzione del suono, cioè del passaggio da segnale acustico a segnale elettrico. Esso porta a termine il proprio compito grazie ad una membrana molto sottile, che sa cogliere le variazioni di pressione dell’aria (segnale acustico) e inviarle ad un circuito elettrico, in grado di generare corrente elettrica, proporzionale all’entità delle variazioni di pressione (segnale elettrico). Al variare dei valori di pressione corrisponde, con continuità e proporzionalità, il variare dei valori del voltaggio; dunque, il segnale elettrico è una rappresentazione analogica del segnale acustico ed i dispositivi che lo gestiscono sono perciò chiamati strumenti analogici.

In conclusione, elettrificare il suono ha permesso di ottenere una rappresentazione analogica. Ma come fare per passare da una rappresentazione analogica ad una rappresentazione numerica, la sola comprensibile dal calcolatore elettronico? In altre parole, come fare per digitalizzare il suono?

Ritorniamo per un attimo nel mondo fantastico che abbiamo lasciato qualche paragrafo fa, abitato da visitatori curiosi di entrare nella cittadella fortificata, come rappresentato in figura 18 Al centro della cittadella stessa vi è un’area recintata con una cinta muraria interna, una sorta di città nella città, nella quale vivono le regole del dominio digitale.

1.3.3 Da analogico a digitale

Come nel dominio elettronico, anche nel dominio digitale vi sono due varchi, uno per entrare e uno per uscire, presidiati da due guardie, impegnate ad assicurarsi che i visitatori vestano i panni idonei per potersi muovere adeguatamente nella cittadella del digitale. All’ingresso vi è il dispositivo chiamato “ADC” (acronimo di “Analog to Digital Converter ”), preposto alla conversione (c) da segnale analogico a segnale digitale. Per svolgere l’operazione, il dispositivo “guarda in faccia” il segnale elettrico