Universita' degli Studi di Pisa
Facolta' di Scienze M.F.N.
Corso di laurea specialistica in Fisica Applicata

Corso di

FISICA
MUSICALE

Docente: Prof. M. Sozzi
Secondo semestre
3 crediti formativi

Questo corso, di nuova attivazione, e' rivolto sia a studenti del corso di laurea magistrale che a quelli del corso di laurea triennale, e si propone di fornire un'introduzione a vari argomenti di fisica legati alla produzione e alla fruizione della musica, fornendo al tempo stesso un approfondimento di vari aspetti della fisica classica attraverso le innumerevoli applicazioni musicali.

La musica rappresenta da sempre il punto di contatto emblematico tra arte e scienza, matematica, fisica e fisiologia, e in epoca recente ha assunto un'importanza fondamentale il suo contatto con la tecnologia, informatica ed elettronica in particolare.
Il corso tocca molti argomenti eterogenei, connessi alla meccanica, all'elettronica analogica e digitale, e all'informatica, fornendo le nozioni fondamentali ed indicando i possibili approfondimenti. Si tratta spesso di argomenti che non trovano spazio nei corsi fondamentali, i quali vengono studiati nell'ottica di un'applicazione pratica.
Infine, ma non da ultimo, il corso si propone di fornire allo studente una formazione di base dal punto di vista fisico per l'inserimento in ambienti lavorativi legati alle problematiche musicali.

Il programma e' molto ampio, pertanto non tutti gli argomenti elencati potranno essere trattati in modo altrettanto approfondito, e in alcuni casi ci si limitera' a fornire alcuni cenni; inoltre gli argomenti gia' trattati nei corsi di fisica di base verranno soltanto richiamati brevemente.
Il livello del corso sara' comunque adattato al livello di preparazione degli studenti, a seconda del loro curriculum di studi.
L'esame sara' sotto forma di un colloquio sugli argomenti discussi a lezione.
Data l'eterogeneita' degli argomenti trattati nel corso, verranno di volta in volta consigliati testi o articoli di riferimento.

Parte 1: Fenomeni ondulatori e musica

Vibrazioni: il suono, moto armonico, oscillazioni forzate, transienti, battimenti, modi normali nel caso generale.

Equazioni d'onda: onde longitudinali e trasversali, riflessioni, onde stazionarie, impedenza, smorzamento. Corde e barre vibranti.
Superfici vibranti, membrane e piastre, condizioni al contorno, figure di Chladni.
Canne vibranti, risuonatore di Helmholtz.
Accoppiamento, cenni ai sistemi non lineari.

Caratteristiche degli strumenti musicali: strumenti a corda, a fiato, a percussione.
Onde sonore: onde piane e sferiche, velocita' del suono, riflessione, diffrazione ed assorbimento. Misure di intensita' sonora:  Bel, dBm, dBSPL.

Cenni di fisiologia e psicoacustica, diagrammi di Fletcher-Munson, soglie differenziali di altezza, mascheramento.

Teorema di Fourier, armoniche, larghezza di banda, il fenomeno di Gibbs.
Consonanza, toni di Tartini, suoni inarmonici.

Temperamento: scala pitagorica e temperamento equabile, cent e comma sintonico, cenni ad altre scale.

Parte 2: sintesi musicale

Complessita' timbrica, sintesi additiva.

Filtri: richiami di teoria dei circuiti in AC, funzione di trasferimento, poli, filtri risonanti, modulazione dei filtri.

Sintesi sottrattiva: oscillatori controllati in frequenza, generatori di inviluppo ed  oscillatori di bassa frequenza. Algoritmi per la generazione di segnale.

Cenni alla fisica del Theremin: oscillatori di battimento, accoppiamento capacitivo e lock-in.

Sintesi in modulazione di frequenza: principi, indice di modulazione, funzioni di Bessel, modulazione in cascata, feedback, waveshaping.
Sintesi vocale con formanti.

Cenni ad altre tecniche: modulazione ad anello, codifica lineare predittiva, modellazione analogica.

Parte 3: Trattamento del segnale

Conversione analogico-digitale, il campionamento, il teorema di Nyquist e
l'aliasing. Pulse-code modulation.

La trasformata di Fourier discreta e la FFT.
Rumore bianco e rosa.

Processamento del segnale: modulazione in ampiezza, frequenza e fase.

Flanging, chorusing, phasing, eco e riverbero, riflessioni primarie,
variazione della risposta spettrale.

Equalizzazione grafica e parametrica.

Compressione ed espansione dinamica lineare e logaritmica.
Pitch shifting, distorsione.

Filtri digitali: funzione di trasferimento, filtri a risposta finita ed
infinita, filtro ottimale, filtri adattivi.

Parte 4: Registrazione e diffusione musicale

Trasduttori, registrazione magnetica ed ottica; formati per la
registrazione dei dati, il CD audio.
Trasmissione dei segnali su cavo. Crossover.

Trasmissione digitale di dati musicali e sincronizzazione: il MIDI, il
codice SMPTE (cenni).

Processamento multi-rate, oversampling, sample stretching.
Compressione dei dati: il formato MP3.

Per ulteriori informazioni inviare un e-mail a: marco.sozzi (chiocciola) df.unipi.it

http://www.df.unipi.it/~sozzi/FisicaMusicale.html