Perché un flauto e un violino possono suonare la stessa nota ma hanno un suono diverso?
Il timbro: la “firma sonora” degli strumenti
Se chiudessimo gli occhi e ascoltassimo prima un flauto e poi un violino suonare la stessa nota, probabilmente sapremmo riconoscerli immediatamente.
Eppure la nota è la stessa.
Com’è possibile?
La risposta sta in una delle caratteristiche più affascinanti del suono musicale: il timbro.
La domanda
Quando diciamo che due strumenti suonano la stessa nota, stiamo dicendo che producono la stessa altezza, cioè ciò che percepiamo come quel preciso LA, DO, SOL e così via.
In condizioni normali, l’altezza di una nota è strettamente legata alla sua frequenza fondamentale. Per esempio, se flauto e violino suonano un LA accordato a 440 Hz, entrambi condividono quella frequenza fondamentale. OpenStax
Ma un suono musicale non è quasi mai formato da una sola frequenza.
Ed è qui che le cose diventano interessanti.
Una nota contiene molte frequenze
Quando uno strumento produce una nota, insieme alla frequenza fondamentale compaiono generalmente altre componenti più acute: gli armonici.
Se la fondamentale ha frequenza f, gli armonici si trovano approssimativamente a:
f – 2f – 3f – 4f – 5f…
Queste frequenze non vengono necessariamente percepite come tante note separate. Il nostro sistema uditivo le integra e noi sentiamo un unico suono con una determinata altezza e un particolare colore sonoro. UNSW Sites
La cosa fondamentale è questa:
strumenti diversi possono produrre la stessa fondamentale, ma armonici con intensità molto diverse.
Ed è uno dei principali motivi per cui li riconosciamo. OpenStax
Il timbro: la firma sonora di uno strumento
Chiamiamo timbro quella qualità che ci permette di distinguere, per esempio, un violino da un flauto anche quando suonano la stessa nota alla stessa intensità.
Gli armonici sono fondamentali, ma il timbro non dipende soltanto da loro.
Conta anche:
- quanto sono forti le diverse componenti dello spettro;
- come il suono inizia;
- come cambia mentre viene mantenuto;
- come termina;
- la presenza di rumore, vibrazioni e piccole variazioni prodotte dall’esecutore.
Per questo due suoni possono avere la stessa altezza e la stessa intensità e risultare comunque completamente diversi. OpenStax
Che cosa succede nel flauto?
Nel flauto il musicista dirige un getto d’aria contro il bordo dell’imboccatura.
Questa interazione mette in oscillazione l’aria contenuta nello strumento e il tubo del flauto seleziona determinate risonanze.
Il risultato non è affatto una semplice “onda pura”: anche il flauto produce armonici e il loro equilibrio cambia a seconda della nota, del registro, della diteggiatura e del modo in cui il musicista soffia. Anche il rumore prodotto dal getto d’aria contribuisce al suo caratteristico colore sonoro. UNSW Sites
È proprio la particolare combinazione di queste componenti a farci dire immediatamente:
“Questo è un flauto.”
E nel violino?
Nel violino il processo è completamente diverso.
L’archetto mette in vibrazione la corda. La vibrazione passa attraverso il ponticello e arriva alla cassa dello strumento.
Ma la cassa del violino non amplifica tutte le frequenze nello stesso modo: possiede numerose risonanze e alcune componenti del suono vengono irradiate molto più efficacemente di altre.
Il risultato è uno spettro ricco di armonici modellato dalle corde, dall’arco, dal ponte e soprattutto dalle caratteristiche acustiche del corpo dello strumento. UNSW Sites
Anche la tecnica dell’esecutore conta: pressione e velocità dell’archetto, punto di contatto con la corda e vibrato possono modificare sensibilmente il timbro.
Quindi: stessa nota, suono diverso
Possiamo semplificare così:
La frequenza fondamentale ci aiuta a riconoscere quale nota stiamo ascoltando.
Il timbro ci aiuta a riconoscere chi la sta suonando.
Un flauto e un violino possono quindi condividere la stessa altezza musicale, ma produrre spettri e andamenti temporali differenti.
Ed è proprio questa differenza a rendere possibile qualcosa di straordinario: un’orchestra può avere decine di musicisti che eseguono contemporaneamente la stessa nota senza produrre un suono indistinguibile e uniforme.
Ogni famiglia strumentale conserva il proprio colore.
Prova ad ascoltare 🎧
Puoi fare un esperimento molto semplice.
Fai suonare la stessa nota prima a un flauto e poi a un violino.
Chiudi gli occhi.
Riesci a capire quale strumento stai ascoltando?
Quasi certamente sì.
Poi prova a chiederti:
che cosa sto davvero riconoscendo, se la nota è la stessa?
La risposta è proprio il timbro.
Lo sapevi che…?
Il nostro cervello può percepire l’altezza di una nota persino quando nello spettro sonoro manca fisicamente la frequenza fondamentale.
È il cosiddetto fenomeno della fondamentale mancante: il sistema uditivo può ricostruire la periodicità del suono a partire dagli armonici presenti. OpenStax
Un motivo in più per ricordarci che ascoltare non significa semplicemente “ricevere frequenze”: il nostro cervello le organizza e le interpreta.
Perché ci interessa in GOSP
In orchestra non lavoriamo soltanto con le note.
Lavoriamo continuamente anche con i colori.
Lo stesso passaggio affidato ai flauti, ai violini, ai clarinetti o agli ottoni può assumere un carattere completamente diverso.
Quando un compositore sceglie quali strumenti far suonare insieme, sta quindi scegliendo anche una particolare combinazione di timbri.
In un certo senso, orchestrare significa anche dipingere con i suoni.
Fonti e riferimenti
OpenStax – Physics. Sezioni dedicate a frequenza, armonici e timbro. Il testo utilizza proprio l’esempio di strumenti diversi che eseguono la stessa nota per spiegare come le differenti combinazioni di frequenze e intensità producano timbri diversi. OpenStax
OpenStax – Introduction to Behavioral Neuroscience. Sezione sulla percezione uditiva, fondamentale, armonici, timbro e fenomeno della fondamentale mancante. OpenStax
University of New South Wales – Music Acoustics. What is a Sound Spectrum? Introduzione visuale e acustica a spettro, fondamentale e armonici nei suoni musicali. UNSW Sites
University of New South Wales – Flute Acoustics. Materiali di Joe Wolfe e collaboratori sul funzionamento acustico del flauto, sulle risonanze della colonna d’aria e sulla struttura armonica del suono. UNSW Sites
University of New South Wales – Violin Acoustics. Introduzione al funzionamento del violino e al ruolo delle risonanze della cassa nella trasmissione e nel modellamento degli armonici. UNSW Sites
Per approfondire
Neville H. Fletcher, Thomas D. Rossing, The Physics of Musical Instruments, 2ª ed., Springer, 1998. Uno dei testi di riferimento sulla fisica degli strumenti musicali, con capitoli specifici dedicati agli strumenti ad arco e agli strumenti a fiato. Springer Nature Link
Perry R. Cook (a cura di), Music, Cognition, and Computerized Sound. An Introduction to Psychoacoustics, MIT Press. Un’introduzione alla psicoacustica che collega fisica del suono, percezione e musica. MIT Press
Per un approfondimento online particolarmente accessibile, il sito di Music Acoustics della University of New South Wales permette anche di confrontare spettri e registrazioni reali degli strumenti.