Tipi di rumore

La parola "rumore" nel linguaggio quotidiano indica qualcosa di indistinto e caotico. Tuttavia in ambito scientifico diversi tipi di rumore possono essere quantitativamente caratterizzati studiandone il contenuto spettrale. La classificazione del rumore è di fondamentale importanza nello studio di tutti quei segnali che contengono delle componenti casuali, e trova massiccio impiego nella tecnologia del suono, come è illustrato nel paragrafo che segue.

Per una discussione sulle differenze tra suono e rumore vedi anche la pagina suono o rumore?

Rumore bianco

In analogia alla luce bianca che è formata dalla sovrapposizione di onde elettromagnetiche di tutte le frequenze visibili, se un rumore ha uno spettro sostanzialmente "piatto", con onde di tutte le frequenze e di intensità simile ad ogni frequenza, esso si dice rumore bianco. Il rumore bianco, ricco di alte frequenze suona "stridulo", ha un eccesso di brillantezza che ci infastidisce. Il motivo è che ogni ottava contiene il doppio delle frequenze di quella precedente: con la stessa intensità per ogni hertz, l'ottava più acuta dell'udibile (da 10 000 a 20 000 Hz) contiene da sola metà dell'energia di tutto il rumore. Se vuoi ascoltarne un esempio clicca il file audio qui sotto.

rumore_bianco.wav Rumore bianco

In alternativa puoi sentire un esempio collegandoti al nostro laboratorio virtuale e selezionando Forme d'onda: Rumore. Osserva l'estensione dello spettro su tutte le frequenze con ampiezza (ricorda che l'intensità è proporzionale al quadrato dell'ampiezza) variabile ma, in media, costante sulle varie regioni dello spettro. Una precisazione: l'app è programmata solo per generare suoni aventi frequenza multipli della fondamentale; quello che ascolti non è quindi un vero rumore bianco che dovrebbe contenere l'intera gamma di frequenze. Come spiegato nella pagina relativa, un'onda ottenuta sovrapponendo armoniche di una stessa fondamentale si ripete con il periodo della fondamentale (il minimo comune multiplo dei periodi delle armoniche è proprio il periodo della fondamentale). Quello che si ottiene è quindi un "rumore periodico": un'onda molto irregolare all'interno di ciascun periodo, ma che si ripete identica ad ogni periodo. Per questo, come spiegato anche nelle domande frequenti dell'app, invece di un fruscio si sente una nota di altezza definita.

Rumori colorati

Esistono vari tipi di rumore detti colorati caratterizzati dal fatto di avere alcune componenti dello spettro prevalenti sulle altre. Ad esempio ricordiamo:

• rumore rosa che ha una prevalenza dell'ampiezza (e quindi dell'intensità) delle componenti a bassa frequenza. Esso può essere ottenuto dal rumore bianco con un'apposita azione di filtro delle alte frequenze. Il rumore rosa spesso viene costruito assegnando le seguenti regole (è un po' un ossimoro assegnare regole per costruire un evento casuale come il rumore):
  • l'intensità per ogni hertz di banda (la densità spettrale) decresce come l'inverso della frequenza. Ciò significa che essa dimezza nel passaggio da un'ottava all'altra (in scala logaritmica ciò equivale ad una attenuazione di 3 dB). Poiché ogni ottava è larga il doppio della precedente, l'energia contenuta in ciascuna ottava resta la stessa.
  • l'andamento in intensità all'interno di un'ottava è riprodotto per ogni ottava.

Sembra che il rumore così costruito abbia proprietà rilassanti assomigliando a molti rumori naturali (la pioggia, le cascate d'acqua, ecc...): addirittura esistono CD di rumore rosa!!

Puoi provare a costruire con l'app Fourier il rumore rosa riducendo le ampiezze di un fattore ${\displaystyle \sqrt{2}\approx 1.41}$ da un'ottava alla successiva, di modo che l'intensità, proporzionale al quadrato dell'ampiezza, diminuisca di 3 dB per ottava. La prima ottava è rappresentata solo da un'armonica, la seconda da due, la terza da quattro, la quarta da otto, ecc. Riscontrerai che il risultato è molto deludente: l'ulteriore regolarizzazione introdotta (oltre a quella del software stesso) non ci permette di avvicinarci alla "casualità" che un rumore, seppur rosa, deve avere.

Il rumore rosa trova comunque applicazione negli studi di registrazione e in acustica per tarare impianti e ambienti, perché contiene la stessa energia in ogni ottava e la sua distribuzione spettrale è più vicina a quella dei suoni reali (e alla sensibilità del nostro orecchio, si veda la pagina relativa alle curve isofoniche) di quella del rumore bianco.

rumore_rosa.wav Rumore rosa

• rumore marrone

In questo genere di rumore vi è un'accentuazione ancora maggiore, rispetto al rumore rosa, della presenza di basse frequenze. L'intensità per ogni hertz di banda decresce come l'inverso del quadrato della frequenza (cioè con un'attenuazione, in scala logaritmica, di 6 dB da un'ottava all'altra). Il rumore marrone assomiglia ad un rombo di tuono.

rumore_marrone.wav Rumore marrone

• rumore rosso

Il nome "rumore rosso" è spesso usato come sinonimo di rumore marrone; talvolta indica invece un'ulteriore accentuazione (senza regole matematiche precise come per il rumore rosa e marrone) della presenza di basse frequenze. Esso suona come un rimbombo molto basso (un treno che passa nel metrò, il rumore di un motore che fa vibrare, per risonanza, le pareti di una stanza) e si colloca alla soglia inferiore delle frequenze udibili. È molto utilizzato nella musica elettronica e nella musica da "film".

• rumore blu

Questo rumore è praticamente il complementare del rumore rosa. Esso mostra una prevalenza delle alte frequenze con un incremento dell'intensità di 3 dB per ottava. Ovviamente esso viene ottenuto con un'azione di filtro delle basse frequenze. Suona come una sorta di sibilo, stridulo e artificiale.

• rumore violetto

È il complementare del rumore marrone con una forte prevalenza dell'intensità delle alte frequenze. L'intensità cresce di 6 dB per ottava. L'effetto sibilante è ancora più fastidioso che nel rumore blu.

Verifica la comprensione

Approfondimenti e collegamenti

• La terminologia relativa al rumore ha origine dallo spettro delle onde elettromagnetiche. Ti invitiamo a visitare la pagina relativa per apprezzare appieno l'analogia con tali onde.

• Molti fenomeni sonori che classifichiamo come rumore sono dovuti più a "confusione" percettiva del nostro apparato uditivo che alla composizione spettrale del fenomeno sonoro stesso. Visita la pagina relativa alle bande critiche e ai battimenti se vuoi sentirne alcuni esempi.