Coordinatore del Laboratorio Musicale: Prof: Gennaro  Vespoli (Facebook)

Quanto si è esposto nel cap.6 era tutto quanto si conosceva sul timbro fine a poche diecine di anni fa. La teoria armonica del timbro, esposta dal fisico tedesco Heinrich Helmholtz verso la metà dell'Ottocento, non aveva subito variazioni di rilievo per quasi un secolo.

Con l'avvento di mezzi di indagine più sofisticati (principalmente i computer), però, i fenomeni riguardanti il timbro si sono rivelati molto più complessi di quanto esposto da Helmholtz.

Fondamentalmente tutte le nuove scoperte sono in relazione con la dinamicità del suono. Il suono non è un fenomeno statico, ma estremamente dinamico, variabile nel tempo. Tutti e tre i parametri fondamentali variano nel tempo, nel corso, per esempio, dell'evoluzione di ciascuna nota musicale.

Non soltanto l'ampiezza e la frequenza (come si è detto nel cap. 8) hanno andamenti caratteristici nel tempo, ma anche l'ampiezza e addirittura la frequenza di ciascuna componente non rimane affatto costante.

Quanto si è detto nel cap. 6 a proposito degli spettri vale quindi soltanto per il cosiddetto periodo di regime o di costanza, nel quale si può supporre, in prima approssimazione, che lo spettro rimanga costante.

Ma nel corso dei transitori di attacco e di estinzione lo spettro subisce mutamenti anche molto grandi. Se eccitiamo una corda, essa potrà assumere diversi modi di vibrazione, illustrati in figura: 

il modo n.1 è quello che corrisponde all'emissione della fondamentale; il modo n.2 corrisponde all'emissione della II armonica, etc.

Tutti questi modi di vibrazione possono essere presenti contemporaneamente, ma quelli di ordine più basso offrono una maggiore inerzia al moto, e sono perciò caratterizzati da transitori di attacco e di estinzione di durata maggiore. Nella figura seguente sono mostrati gli inviluppi delle prime quattro armoniche di un suono, e in basso gli spettri corrispondenti agli istanti segnati sui quattro inviluppi:

Si può notare come in fase di attacco vi sia una prevalenza relativa delle armoniche di ordine superiore, in quanto il loro transitorio di attacco è più breve di quelle di ordine inferiore (primo spettro a sinistra).

Il secondo e il terzo spettro sono uguali, in quanto appartengono entrambi alla fase di costanza, o di regime.

Il quarto spettro invece mostra la caratteristica della fase di estinzione: la durata del transitorio di estinzione delle armoniche inferiori è più lento, e quindi vi è una prevalenza di queste, tanto che nel quinto spettro addirittura non è più presente la quarta armonica, mentre la terza ha un valore minimo.

Nella realtà, poi, a complicare le cose, nemmeno le frequenze delle singole armoniche sono stabili, ma presentano delle lievi oscillazioni, non avvertibili in sé dall'orecchio, ma perfettamente percettibili per quanto riguarda il loro contributo alla percezione complessiva.

Inoltre le armoniche non sono perfettamente intonate, ma tendono a essere sempre più calanti all'aumentare dell'ordine dell'armonica stessa; per esempio, la frequenza della XVI armonica del pianoforte non è di 16 volte la frequenza della fondamentale, ma di circa 15.

Nella fase iniziale del transitorio di attacco di suoni strumentali, poi, sono spesso presenti componenti non armoniche, di rumore, dovute a cause meccaniche (il soffio e il colpo di lingua negli strumenti a fiato, il rumore di percussione del martelletto sulla corda nel pianoforte, quello del saltarello nel clavicembalo, etc.).

Una trattazione anche sintetica del fenomeno timbrico non può però prescindere dal come il suono viene percepito dall'orecchio umano.

Per la definizione spettrale di un suono, non è necessario che la fondamentale sia presente, e in determinati casi possono anche mancare un certo numero di armoniche inferiori, poiché l'orecchio (e il cervello) operano una "ricostruzione" della fondamentale mancante. Se si ode un suono formato da componenti di frequenza 2f, 3f, 4f etc., la sensazione è quella di udire un suono di frequenza fondamentale f, appunto la frequenza della fondamentale mancante.

Per convincersene è sufficiente ascoltare un brano per pianoforte su un apparecchio di riproduzione scadente (una radio portatile, per esempio), il cui altoparlante non è certamente in grado di emettere frequenze inferiori ai 100 Hz. All'ascolto è sempre perfettamente definita la frequenza delle note più gravi (che nel pianoforte scendono fino a 27.5 Hz), le cui fondamentali non sono affatto presenti nel suono riprodotto. La ricostruzione della fondamentale avviene anche in assenza non solo della fondamentale, ma anche di alcune armoniche inferiori. Indicativamente, la fondamentale mancante può essere ricostruita anche in presenza soltanto di armoniche dalla quarta-quinta in su.

Un diverso genere di percezione spettrale è stato definito in corrispondenza degli studi effettuati per la sintesi elettronica della voce parlata. Si è verificato che per la definizione dello spettro e del timbro è possibile fare riferimento non tanto alle singole armoniche e alle loro ampiezze, quanto alla frequenza, all'ampiezza e alla larghezza di banda di alcuni formanti, o zone di massima energia sonora, come in figura:

Sono presenti quattro formanti (numerati da 1 a 4), ciascuno dei quali è caratterizzato da una frequenza centrale (f1, f2, f3, f4), da una ampiezza massima (A1, A2, A3, A4) e da una larghezza di banda (l.b.1, l.b.2, l.b.3, l.b.4). Per quanto riguarda la voce parlata (e in qualche misura anche quella cantata) è sufficiente, per la comprensibilità del linguaggio, definire le caratteristiche di questi quattro formanti, oltre che delle caratteristiche di eccitazione (segnale periodico o non periodico per differenziare fra suoni vocalici o consonantici).

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