Il Timbro
Fino ad adesso abbiamo analizzato la frequenza e l'intensità di un' unica onda sonora, nel mondo fisico però non
percepiremo mai una singola onda ma un insieme di esse che interagiscono con l'ambiente circostante, mutando in
modo dinamico in una certo lasso di tempo la loro morfologia (inviluppo).
Nella realtà quando una singola nota viene emessa da uno strumento produciamo una specie di accordo composto dalla nota
fondamentale, che nel caso del LA sarà 440 Hz, più una serie di frequenze multiple della fondamentale che sono chiamati armonici .
Ma allora perchè chiunque, anche l'orecchio meno allenato può facilmente distinguere se ad emettere il suono sia un violino piuttosto che
un pianoforte anche se emettono la tessa nota?
Perche ogni singolo strumento in base al suo modo di emissionne sonora, (ancia, arco,martelletto,ecc) ed alla sua struttura risuonante,
produce una serie di armonici aventi differenti intensità, i quali sommandosi determinano il timbro caratteristico di un certo strumento.
Per capire meglio possiamo pensare ad una singola nota come ad un ingrediente gastronomico ed al timbro come alla pietanza finale.
In realtà, come vedremo in seguito, risulta essere tutto molto più complesso, in quanto la determinazione del timbro di uno strumento è un
processo composto da una serie di fattori diversi.
Nella figura grande in alto possiamo vedere la forma d'onda del suono prodotto da un La4 emesso da un flauto contralto. Intorno alla metà
dell'ottocento il medico e fisico tedesco Hermann von Helmholtz riuscì, a dimostrare che il timbro di un suono complesso (come quello del nostro flauto in alto)
dipende dalle sue componenti parziali, ovvero, dal suono fondamentale e dalle armoniche.
Si pensò quindi di usare uno strumento matematico molto usato in contesti ingegneristici e fisici ed in tutte le
scienze applicate in genere chiamato trasformata di Fourier la quale permette,tramite complessi e lunghi calcoli matematici, di trasformare
una generica funzione nel dominio del tempo (segnale) in un' altra avente come argomento la frequenza e viceversa.
Ritornando all'acustica possiamo quindi trasformare il nostro segnale, ovvero il suono in una serie di sinusoidi.
Avremo così come risultato uno spettro del suono originale dove saranno rappresentate tutte le armoniche a partire
dalla prima ovvero la fondamentale come nella figura accanto.
Quindi con otto suoni sovrapposti aventi le stesse frequemze ed intensità delle armoniche del grafico potremmo ricreare lo stesso identico
suono del nostro flauto iniziale?
La risposta è: quasi. Ovvero sovrapponendo tutte le armoniche derivate dalla trasformata di Fourier otterremmo un suono
che si avvicina moltissimo a quello originale,ma non perfettamente uguale. Questo avviene perchè ancora non abbiamo considerato degli altri
fattori che determinano la formazione di un determinato timbro.
Infatti nella determinazione di un timbro esistono altre componenti che non sono multipli della frequenza fondamentale, ma ne caratterizzano
la qualità timbrica essi sono dei rumori molto particolari come nel nostro caso il fiato del nostro flautista, il rumore del martelletto che
colpisce la corda nel caso di un pianoforte, oppure il rumore delle dita che pizzicano una corda di chitarra. Ma ancora non abbiamo analizzato un altro
elemento fondamentale nella creazione di un timbro ovvero le formanti.
Per capire meglio proviamo a pensare cosa accadrebbe se una corda vibrasse senza una cassa armonica,semplice produrrebbe la nota fondamentale
e le armoniche che abbiamo visto prima che si attenuerebbero in modo lineare dopo un lasso di tempo. Viceversa con la cassa di risonanza le
armoniche avranno delle intensità diverse a seconda della forma del tipo di materiale,della tecnica costruttiva e di altri fattori che un maestro liutaio
conosce benissimo. Quindi possiamo dire che le formanti sono intrinsecamente legate alla forma dello strumento e le possiamo considerare
come una sorta di equalizzatore fisico in grado di enfatizzare od attenuare determinate armoniche aumentandone la bellezza timbrica,questo
ci fa apprezzare la differenza tra uno Stradivari ed un violino cinese.
Nella sintesi sonora a modelli fisici molto di moda in questo
periodo viene applicato lo studio di un determinato materiale e le sue formanti per ricreare un suono di uno strumento acustico molto
realistico utilizzando le capacità elevate di calcolo di un moderno calcolatore.
Fino ad ora abbiamo esaminato solo un particolare tipo di suono detto periodico ed avente le armoniche costruite su multipli della nota fondamentaleò.
Possiamo definire tali suoni ad intonazione certa. Ma dobbiamo considerare che esistono altri suoni che non hanno gli
armonici relazionabili con multipli di essa, tali suoni sono detti a suono indeterminato,anche
se il confine non è sempre così netto. Un esempio di suono non periodico è il tamburo.
Avevamo accennato all'inizio di questo capitolo al concetto di inviluppo come dell'andamento del suono nel corso del tempo, vediamo nello
specifico tali caratteristiche:
Attacco (attack)
Ovvero il tempo tra la fase iniziale del suono e la sua massima intensità. Alcuni strumenti come il pianoforte hanno un tempo d'attacco breve,
negli strumenti a fiato e ad arco l'esecutore può modulare il tempo tra l'inizio del suono e la sua massima intensità.
Decadimento (decay)
Rappresenta il primo decadimento del suono dopo l'istante iniziale. Se l'esecutore vuole prolungare il suono deve fornire ulteriore
energia.
Tenuta (sustain)
Ovvero il prolungamento del suono iniziale, le percussioni hanno un sustain molto basso
Rilascio (release)
Rappresenta l'andamento del suono dopo che l'esecutore ha smesso di fornire energia. Il suono di chitarra ha un rilascio lento, mentre gli
strumenti ad arco ne hanno uno veloce.
