La ricerca di uno standard nell'archeoacustica

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 Paolo Debertolis*, Slobodan Mizdrak**, Heikki Savolainen***

 

 *Dipartimento di Scienze Mediche - Università di Trieste

**DEMIURG, institution for energy and IT - Zagreb, Croazia

***HSS Production, Audiovisual Impressions, Helsinki, Finlandia

 

Lavoro scientifico presentato al Congresso “The 2nd Virtual International Conference on Advanced Research in Scientific Areas” (ARSA-2013), Bratislava, Repubblica Slovacca,  2 - 6 dicembre, 2013.

Pubblicazione originale sugli atti del congresso in inglese qui

 

Riassunto — La ricerca mediante l'archeoacustica e lo studio dei fenomeni fisici negli antichi siti è ancora allo stadio iniziale di sviluppo. Attualmente non c'è uno standard pratico che dica come fare uso di questa disciplina complementare all'archeologia. Però durante questi ultimi tre anni il nostro gruppo di ricerca ha praticato l'archeoacustica e lo studio dei fenomeni naturali in vari siti archeologici riuscendo a risolvere alcuni enigmi che non era possibile risolvere con altre metodiche tradizionali. Così, dopo aver acquisito questa cospicua esperienza nel periodo precedente, abbiamo anche deciso di trascorrere molto tempo nei nostri laboratori per sviluppare un protocollo di archeoacustica che possa essere applicato nell'analisi di ogni sito archeologico. Perché è davvero importante definire uno standard dell'archeoacustica a livello internazionale, così da rendere possibile anche agli altri ricercatori di confrontare i propri risultati e le proprie ricerche attraverso metodologie simili, comparabili e ripetibili secondo il metodo scientifico classico.

Parole chiave: archeoacustica, basse frequenze, infrasuoni, ultrasuoni, standard, SBRG, archeologia, SBSA

rdI.                         

1 - Introduzione

L’archeoacoustica è una nuova disciplina complementare all'archeologia che può spiegare la motivazione per la quale un particolare sito fu considerato sacro nell’antichità o il perché una struttura antica fu scavata o scolpita nella pietra. Partiamo dal concetto che i tempi antichi non trascorrevano nel silenzio o erano privi di rumori. Infatti, la musica e le vibrazioni prodotte dagli strumenti rimasero per lungo tempo la più alta espressione di cultura nella civiltà umana. Attraverso la ricerca archeoacustica è stato possibile dimostrare che nel periodo neolitico ed anche nei momenti successivi la conoscenza dei fenomeni acustici era ben nota e sapientemente utilizzata nei rituali di quel periodo [2,3,4] . Dopo una ricerca durata tre anni in questo campo il gruppo SBRG ha dimostrato che le popolazioni antiche erano in grado di influenzare le capacità percettive della mente umana utilizzando il suono per ottenere diversi stati di coscienza senza l'uso di farmaci o di altre sostanze chimiche psicotrope. Inoltre, gli antichi erano in grado di rilevare i fenomeni naturali presenti nell’ambiente in grado di creare direttamente sull’organismo umano un stato di coscienza alterata [2,3,4].
Altri ricercatori hanno trovato risultati simili ai nostri nella loro ricerca, ma senza un protocollo comune per cui non è stato possibile confrontare i diversi siti con caratteristiche sovrapponibili [5,6,7,8,9,10].
In base a questa ultima osservazione, il gruppo di ricerca SBRG ha sviluppato un nuovo standard che ora può essere applicato all'analisi di tutti gli antichi siti in Europa e nel resto del mondo. Lo abbiamo chiamato SB Research Group Standard per l’Archeoacustica, o meglio, con  l’acronimo SBSA.

 

2 - La ricerca nel campo dell'archeoacustica

Ci sono due principali campi di indagine in archeoacustica: il primo riguarda lo studio del fenomeno della risonanza o del riverbero presente in antiche strutture costruite per uno scopo particolare, ad esempio per rituali, musica o per diffondere meglio la voce. La seconda riguarda la ricerca di fenomeni naturali presenti negli antichi siti archeologici che hanno un effetto diretto sulla fisiologia del corpo umano e sul cervello in particolare.

Nel primo campo di ricerca, è necessario analizzare all’inizio i siti utilizzando generatori elettronici di toni sonori. Dopo aver identificato la giusta frequenza, sono prese in considerazione le altre caratteristiche quali la posizione dei “nodi acustici”, ossia la posizione ottimale per ottenere il migliore effetto di risonanza o la migliore risposta sonora utilizzando uno strumento musicale o la voce. Questo non è un grande problema perché un generatore di suoni elettronici è uno strumento facile da usare in quanto vi sono molti programmi per computer che possono generare toni sonori nell'intervallo richiesto. Il metodo utilizzato dal SBRG comprende un computer portatile accoppiato a degli altoparlanti attivi, operanti a batteria o connessi alla rete elettrica, se disponibile. Il saggio per le proprietà acustiche della struttura rispetto gli strumenti musicali viene effettuata utilizzando un tamburo sciamanico (costruito con pelle di animale e non con materiale sintetico). La voce umana viene testata utilizzando il canto armonico che mantiene la stessa nota a lungo nel tempo. Il gruppo di ricerca SBRG utilizza sia cantanti maschili che femminili per questo scopo.

Nel secondo campo di ricerca in archeoacustica, l'analisi deve essere più articolata e complessa. Molti siti antichi sono stati considerati "sacri" da migliaia di anni, con tutta una serie di strutture sovrapposte e costruite nello stesso luogo nel corso della storia. Quindi l'analisi non deve essere limitata alla struttura attuale, ma anche ai suoi dintorni.

I "luoghi sacri" sono quei luoghi geografici che un particolare gruppo sociale ritiene degno di rispetto e venerazione; tipicamente luoghi di culto e/o utilizzati per scopi spirituali o religiosi. Come tali, possono anche essere profanati o contaminati, quindi possiedono in un modo o nell'altro qualche genere di protezione. Gli antichi Greci usavano il termine 'topos' per indicare le caratteristiche fisiche osservabili di un determinato posto, e la parola 'chora' per riferirsi a quelle qualità di un sito che avrebbero potuto sollecitare la spiritualità evocando una presenza mistica di qualche genere [7].

Il gruppo SBRG ha  saggiato diversi metodi di analisi per verificare i nostri risultati finali e dopo tre anni di ricerca in archeoacustica condotta nel Sud dell'Inghilterra, Italia, Bosnia-Erzegovina e Serbia, abbiamo prodotto un sofisticato e affidabile standard che può essere utilizzato da qualsiasi ricercatore in archeologia che vuole analizzare un luogo sacro da questo punto di vista.

 

 

Fig. 1  - Lo studio degli effetti di risonanza utilizzando il protocollo SBRG all'interno delle rovine della torre di sud-ovest del palazzo imperiale Felix Romuliana (III sec d.C) a Gamzigrad, Serbia

 

3 - Ultrasuoni, infrasuoni e basse frequenze udibili

 Ci sono varie ricerche scientifiche che hanno attestato l'influenza positiva o negativa sulla nostra salute, con vari esempi di fonti naturali di ultrasuoni, come anche sorgenti di frequenze sonore molto basse ed infrasuoni ritrovabili nell'ambiente [3] . A seconda dell'età e del sesso, gli esseri umani possono percepire i suoni nella gamma compresa tra 20Hz a 20.000Hz, ma in alcuni casi, frequenze poste sopra i 14-18.000Hz non sono udibili dall'orecchio umano. Riguardo il limite inferiore delle frequenze udibili, attente misurazioni hanno però dimostrato che l'udito non si ferma bruscamente a 20Hz, ma dall'orecchio possono essere percepiti anche gli infrasuoni se la pressione sonora è sufficiente. Va detto che le frequenze superiori a 20Khz sono considerate ultrasuoni, mentre le frequenze inferiori a 20Hz sono considerati infrasuoni [14] .

I suoni a bassa frequenza hanno una lunghezza d'onda relativamente ampia e tasso di assorbimento da parte dei materiali piuttosto basso, perciò hanno la capacità di viaggiare a grandi distanze . Queste proprietà consentono di ottenere un potente effetto anche su vaste aree di spazio acustico se vi è la produzione di onde sonore ad alto livello di pressione acustica. Il suono a bassa frequenza non è direzionale e la sua la propagazione, pertanto, ha l'effetto di avvolgere l'individuo senza che questi possa distinguere chiaramente una fonte localizzabile.

Secondo alcuni le vibrazioni naturali a bassa frequenza con l'assenza di alta pressione sonora possono avere un'influenza positiva sulla salute umana e alcune persone percepiscono molto bene i suoni a bassa frequenza come una sensazione imprecisa, piuttosto che come suono tangibile. Ma gli infrasuoni possono anche causare sentimenti di soggezione o di paura nell'uomo, dato che non sono coscientemente percepiti, e talora possono far sentire alle persone che li percepiscono come una sensazione di soprannaturale o di uno strano evento che sta accadendo in quel momento [15].

È pertanto possibile ipotizzare che laddove sono presenti un sacco di vibrazioni naturali a bassa frequenza le antiche popolazioni abbiano considerato questi siti come qualcosa di "sacro".

Lo stesso ragionamento può essere applicato agli ultrasuoni naturali . Il limite superiore di frequenza dell'udito nell'uomo è di circa 20.000 Hz ed è dovuto alle limitazioni dell’orecchio medio, che agisce come un filtro passa-basso. Tuttavia, se gli ultrasuoni vengono direttamente trasmessi al cranio umano bypassando l'orecchio medio per raggiungere la coclea allora è anche  possibile ascoltare queste frequenze per conduzione ossea [11]. Poiché nell'uomo il limite superiore delle frequenze udibili tende a diminuire con l'età, i bambini sono in grado di sentire alcuni suoni ad alta frequenza che gli adulti non possono percepire [16].

Gli ultrasuoni sono ben noti e utilizzati in campo medico e odontoiatrico. L'ecografia è una tecnica di imaging medico-diagnostico utilizzato per visualizzare vari organi interni con immagini tomografiche in tempo reale. Gli ultrasuoni sono anche utilizzati per la guarigione dei tessuti infiammati e per applicazioni in terapia antalgica in campo medico, mentre in odontoiatria sono utilizzati per la pulizia del tartaro dai denti.

Anche se gli effetti a lungo termine dell'esposizione a ultrasuoni a forte intensità sono ancora sconosciute, si ritiene attualmente che i benefici per i pazienti superino i rischi. Ma a differenza delle applicazioni mediche, gli ultrasuoni sono anche stati studiati come base per armi soniche letali e non letali, grazie al loro effetto diretto sull’organismo umano e del sistema nervoso in particolare. Tali applicazioni sono state sviluppate in forma non letale per il disorientamento degli attaccanti, ma anche con livelli sonori altamente letali utilizzabili come armi. Infatti le alte frequenze possono essere facilmente assorbite dal materiale attraversato e sono così altamente direzionali  da essere stati incorporati nella progettazione di armi acustiche d’alta precisione in grado di causare un ictus che apparentemente sembra naturale.

È probabile che le emissioni naturali di ultrasuoni possano essere state udite solo da persone molto giovani nelle antiche civiltà come un suono soprannaturale, ma nel resto della popolazione questi suoni possono essere stati percepiti solo come una buona o cattiva sensazione fisica presente in un particolare sito sacro, quindi qualcosa di molto diverso rispetto alle frequenze udibili.

 

4 - Materiali e metodi

Poiché i siti archeologici a volte possono essere interessati da inquinamento elettromagnetico, è importante utilizzare dispositivi sofisticati per evitare risultati falsati. Allo stesso tempo molto spesso i ricercatori soffrono di una mancanza cronica di cospicui finanziamenti per la ricerca, sicché  per loro è necessario non spendere troppo per le attrezzature necessarie.
L'attrezzatura utilizzata dal nostro gruppo rappresenta una via percorribile da questo ultimo punto di vista e consiste in registratori di fascia alta con estesa dinamica nel campo degli ultrasuoni e con una frequenza di campionamento massima di 192 kHz (Tascam DR-680) o frequenza di campionamento di 96 KHz (Tascam DR-100, Zoom H4N ). Il controllo del volume in registrazione è un fattore molto importante. In luoghi silenziosi per la registrazione viene utilizzato il massimo guadagno in entrata. In ambienti più rumorosi il guadagno è determinato con lo standard 0775 V/0dB AES/EBU .
I microfoni utilizzati in aria hanno un'ampia gamma dinamica e una risposta piatta a diverse frequenze (Sennheiser MKH 3020, risposta in frequenza piatta da 10Hz  a 50.000Hz ) con cavi schermati (Mogami Gold Edition XLR) e connettori placcati in oro.

 

Fig. 2 - La risposta estremamente piatta del microfono Sennheiser MKH 3020, un microfono di estrema sensibilità sia nel campo delle basse frequenze e degli infrasuoni che nel campo degli ultrasuoni (fonte Sennheiser)

 

 

Vengono invece utilizzati dei microfoni ultrasensibili omnidirezionali (Aquarian H2a - XLR Hydrophone, risposta in frequenza da 10Hz a 100.000 Hz ) per ottenere con precisione ogni possibile risposta di risonanza nell'acqua presente sul fondo delle camere di un ipogeo. Questo tipo di microfono ha un’ampia larghezza di banda ed sono utilizzati dai biologi marini per ascoltare il canto delle balene a diversi chilometri di distanza . Il suono viene trasmesso molto più rapidamente nell’acqua che nell’aria, e la massa d’acqua agisce come un riflettore in grado di catturare le vibrazioni sonore [2,3] .
Per gli ultrasuoni usiamo un rilevatore di ultrasuoni Pettersson D1000x con una gamma di registrazione audio compresa tra i 500Hz e i 305kHz . Questo è un dispositivo leggero e facile da utilizzare, ma è anche l’elemento più costoso delle nostre attrezzature.

Come software di analisi sonora per le varie registrazioni effettuate utilizziamo i programmi Pro Tools versione 9.06 per Mac, il programma Praat versione 4.2.1 (elaborato presso l'Università di Toronto) e il programma open -source Audacity versione 2.0.2, questi ultimi due entrambi nella versione Windows per PC.
Prima di iniziare a registrare utilizziamo un analizzatore di spettro (Spectran NF - 3010 prodotto dalla fabbrica tedesca Aaronia AG) per verificare eventuali fenomeni elettromagnetici che potrebbero essere presenti nell'ambiente circostante che potrebbero avere un eventuale influenza negativa sui risultati finali.

Dopo tre anni di esperienza nel campo dell’archeoacustica, nel settembre del 2013 i membri del team di ricerca SBRG si sono riuniti a Zagabria (Croazia) presso i laboratori DOO Demiurg per sviluppare un protocollo d’archeoacoustica in grado di elaborare una norma standard applicabile a qualsiasi sito archeologico. Ciò perché è importante definire una tale norma a livello internazionale, in modo che altri ricercatori possano applicare la stessa metodologia per rendere ripetibile ogni rilevamento precedente. La maggior parte delle critiche costruttive ricevuto nel corso dell'ultimo anno alle nostre ricerche di archeoacustica pubblicate, riguardava la possibilità che le onde radio potessero aver contaminato i nostri risultati introducendosi nei microfoni ultrasensibili utilizzati . Questa è una possibilità da tenere in debita considerazione perché i microfoni a condensatore sono sensibili alle onde radio, ma solo se queste onde radio sono molto potenti e la loro fonte è molto vicina [2,3,4]. Oltre ai telefoni cellulari (che sono sempre rigorosamente spenti e con la batteria rimossa, perché, anche quando sono spenti i telefoni cellulari danno regolarmente la posizione dell'utente tramite impulsi occasionali) la preoccupazione principale era la presenza di onde radio provenienti da campi elettromagnetici terrestri insoliti per anomala diffusione del campo magnetico o da movimenti tettonici della crosta terrestre. Al fine di escludere ogni possibilità di quanto sopra, uno dei fisici del nostro gruppo di ricerca, S. Mizdrak, ha progettato e realizzato dei semplici sensori elettromagnetici a bobina in grado di essere utilizzati nello stesso tempo anche come microfoni in tal modo da poter essere collegati al registratore digitale normalmente utilizzato per l’analisi archeoacustica di un sito (che ha da sei a otto canali per tre o quattro tracce stereo).

 

Fig. 3 - L'interfaccia digitale a otto tracce (MOTU 896mk3 fw 800 digital interface) che è stato utilizzato per collegare i vari microfoni e i sensori al computer. L’Ipad è utilizzato per la rilevazione rapida della chiave musicale o di frequenza

 

Il test eseguito ha utilizzato dei microfoni per la diffusione nell'aria del suono (Sennheiser), dei microfoni subacquei (idrofoni) ed un rilevatore di ultrasuoni (Pettersson D 1000X che trasforma direttamente ultrasuoni in suoni udibili) e infine due sensori elettromagnetici con uscita audio (Demiurg) con diversa sensibilità alle onde elettromagnetiche. Questi ultimi possono rilevare se ci sono dei campi magnetici nelle vicinanze e sono registrati simultaneamente alle vibrazioni sonore, dando così dei risultati molto più affidabili. L’immagine sottostante indica l’applicazione pratica di questa metodica e mostra sul computer le diverse onde registrate da ogni fonte.

 

Fig. 4 – Questa immagine mostra le sei tracce (tre tracce stereo) ottenute dal registratore digitale. I due tracciati posti in mezzo sono stati ottenuti da sensori elettromagnetici con diversa sensibilità. Questi ultimi evidenziano alcuni dei rumori di origine elettromagnetica raccolti da uno dei sensori, mentre le altre tracce mostrano i suoni registrati dai microfoni (queste operazioni di controllo sono state effettuate nel laboratorio Demiurg a Zagabria)

 

Con questo sistema se un ricercatore addestrato percepisce distintamente con l’orecchio una vibrazione anomala quando le cuffie stereofoniche sono collegate alle apparecchiature, il grafico può confermare l' anomalia sonora in pochi minuti.
Al fine di ricavare delle linee guida di base per archeoacustica, il sistema è stato testato nell’area di Piljenice, Sisačko-Moslavačka (Croazia), luogo situato a circa 100 chilometri da Zagabria. Questa zona è completamente circondata dalla pianura croata ed è totalmente esente da fenomeni elettromagnetici anomali, pertanto è stata utilizzata per creare un riferimento di base per il nostro standard grazie all'assenza di anomalie acustiche o elettromagnetiche .
Una volta determinata la linea base in archeoacustica è possibile valutare se un determinato sito archeologico possiede qualche fenomeno acustico o elettromagnetico, sia indotto che naturale, che possono influenzare la psiche di una persona. Altresì è ora possibile identificare immediatamente un fenomeno spurio derivante da qualsiasi attività umana nella zona che possa influenzare le registrazioni effettuate in un determinato sito archeologico. A tale scopo e per poter fare un confronto, si sono effettuate delle registrazioni anche in un ambiente industriale di Zagabria dove sono presenti alti livelli di inquinamento elettromagnetico.
Una delle peculiarità più importanti in archeoacustica è pertanto quella di evitare qualsiasi interferenza elettromagnetica con le apparecchiature. Il metodo appena illustrato ha risolto questo problema.

 

Fig. 5 – Un piccolo lago nella zona Pilijenice è stato utilizzato per il calcolo delle linee di base per gli idrofoni Aquarian che sono stati posti in acqua

 

 Fig. 6 – Il registratore digitale di fascia alta Tascam DR-680

 

 Fig. 7 – Ecco uno dei nuovi sensori a diverse sensibilità (300Ω), costruiti nel laboratori della Demiurg (Zagabria), che trasformano gli impulsi elettromagnetici dell'ambiente in impulsi elettrici utilizzabili dal registratore digitale

 L'apparecchiatura

Tab. 2 – Combinazione delle entrate per la registrazione simultanea su 6 tracce audio 192kHz di campionamento

 

I sensori elettromagnetici Demiurg sono molto facili da costruire per chiunque abbia conoscenze pratiche di assemblaggio di dispositivi elettronici. Senza entrare in una descrizione troppo tecnica, sono costituiti da due piccoli condensatori e una bobina di rame. Il diverso diametro della bobina modifica la sensibilità del dispositivo. La risposta in frequenza è lineare da 5Hz a 99.5KHz al fine di coprire qualsiasi frequenza (onde radio VLF , Very Low Frequencies e LF , Low Frequencies) che potrebbe entrare nei microfoni . Con questa apparecchiatura è anche possibile discriminare le radiazioni elettromagnetiche presenti in un determinato sito archeologico.

 

5 - Discussione e risultati

Come detto sopra, questo standard per l’archeoacustica si basa sull'utilizzo della stessa timeline di registrazione contemporaneamente per le frequenze audio ed le onde elettromagnetiche. Ciò rende possibile analizzare simultaneamente ogni preciso momento di ogni traccia . Una volta che lo standard archeoacustico di base è stato determinato sulla propria attrezzatura è possibile controllare se un determinato sito archeologico possiede qualche fenomeno acustico o elettromagnetico, sia indotto che naturale, che possa essere colto dalle nostre attrezzature. È inoltre possibile nello stesso modo identificare immediatamente un fenomeno spurio risultante dell'attività umana presente in quell’area che potrebbe influenzare le registrazioni effettuate in un determinato sito archeologico.
Lo Standard SB Research Group per l’Archeoacoustica (SBSA) è stato poi testato in vari siti archeologici in Europa dal nostro gruppo di ricerca.

 

 Fig. 8 – Misure di archeoacustica  nel palazzo imperiale romano Felix Romuliana

 

Ad esempio i sensori elettromagnetici (Demiurg)sono stati utilizzati presso il palazzo imperiale Felix Romuliana (Gamzingrad, Serbia) nel mese di novembre 2013. Qui è stato possibile identificare una fonte spuria di impulsi elettromagnetici da una base militare nelle vicinanze che è apparsa inizialmente come un'anomalia nelle nostre misurazioni iniziali di archeoacustica. Questa fonte spuria si presentò nell’analisi grafica come un'onda anomala elettromagnetica oscillante tra i 50KHz e i 60KHz. Di seguito siamo stati in grado di escludere qualsiasi interferenza umana in loco, ma effettuando una ricerca nelle vicinanze, abbiamo ritrovato la vera fonte di questa anomalia, un radiofaro militare (vedi figura 9) per la guida aerea di obsoleta tecnologia sovietica.

 

Fig.  9 – Il radiofaro militare in una base alcuni chilometri dal palazzo imperiale romano Felix Romuliana

 

Per evitare l’interferenza di qualsiasi inquinamento elettromagnetico che potrebbe invalidare i risultati, va effettuata sempre una rapida analisi al computer (che possa fornire informazioni sulla fonte).
Questo metodo è stato utilizzato dal gruppo di ricerca SBRG in tutti i siti archeologici dove è stato possibile individuare eventuali interferenze. Tuttavia, con questo metodo non è possibile eliminare la causa del disturbo direttamente durante le registrazioni e il processo di pulizia del file audio deve essere fatto in studio tenendo conto di questo fattore.

 

 

Fig. 10 – Lo spettrogramma del sensore elettromagnetico. Sopra: aspetto in una situazione naturale di silenzio. Sotto: l’aspetto delle interferenze elettromagnetiche

 

6 - Conclusioni

I microfoni sono state oggetto di numerosi test nel laboratorio di Zagabria per analizzare la loro sensibilità ai fenomeni elettromagnetici mediante un generatore di onde radio che ha fornito un'ulteriore prova della bassissima sensibilità alle onde radio dei cavi schermati e di tutte le apparecchiature utilizzate per le nostre ricerche fino ad oggi. Questa valutazione mette finalmente la parola "fine" ad ogni critica sollevata qualche tempo circa l'inesattezza del metodo . In effetti i risultati confermano con forza tutti i dati precedentemente pubblicati dal gruppo di ricerca [2,3,4]. La procedura appena messa a punto (protocollo SBSA ) sarà sempre utilizzato per il futuro per tutti gli studi di archeoacustica effettuati dal SBRG e costituisce uno standard ripetibile di riferimento per chiunque intenda fare ricerca nel campo archeoacustica. Si tratta di un metodo semplice, facile da utilizzare e non troppo costoso per ogni ricercatore che voglia valutare le caratteristiche di archeoacoustica di un antico sito. L’archeoacustica è una metodica interessante e di semplice uso per raccogliere un sacco di informazioni da un sito archeologico, che non è possibile cogliere in qualsiasi altro modo tradizionale.

 

Ringraziamenti

Il gruppo di ricerca SBRG è grato al Dipartimento di Scienze Mediche dell'Università degli Studi di Trieste ed in particolare al suo direttore, il prof. Roberto Di Lenarda per sostenere questo campo di ricerca .
I nostri sinceri ringraziamenti anche alla Pettersson Elektronik di Uppsala, Svezia.
Un sincero ringraziamento alla nostra assistente scientifica,  Nina Earl, per il suo supporto nella stesura di questo articolo.

 

Bibliografia

 

 

 

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