Il Timbro in musica
Cos'è il Timbro di un suono.
Il timbro é il tipo di suono, il colore, la qualità. Il timbro di un oboe é diverso da quello di un violoncello; il timbro di un pianoforte di una certa marca é diverso da quello di un pianoforte di un'altra marca (anche se la differenza può sfuggire al profano). Il timbro della voce maschile é diverso da quello della voce femminile; il timbro di due persone qualsiasi é sempre diverso; se raccogliamo 100.000 individui e confrontiamo i timbri delle loro voci troveremo 100.000 timbri diversi. Il timbro della voce é perciò un po' come il nostro DNA cioè é assolutamente soggettivo.
Da cosa deriva perciò la differenza timbrica di un suono? Cercherò di rendere semplice un discorso complesso. Prendismo ad esempio un tavolo percosso con un pugno. Il suono risultante é la somma di differenti vibrazioni contemporanee: vibra il piano del tavolo, vibrano le gambe del tavolo, vibrano gli oggetti che sono posti sul tavolo stesso e, seppur in maniera minima, vibra anche il pavimento sul quale il tavolo é posto. Il suono che noi udiamo é perciò un cocktail di tutti i suoni emessi dalle differenti vibrazioni emesse contemporaneamente. Noi diciamo: questo é il suono di un pugno sul tavolo; in realtà é il suono delle diverse parti del tavolo e di ciò che sta sopra e sotto il tavolo.
Ora consideriamo una chitarra. La chitarra é uno strumento costituito da diverse parti: le corde, il manico con la tastiera, i due capotasti sui quali poggiano le corde agli estremi, la cassa armonica con un foro nel centro proprio in corrispondenza delle corde. Il primo istinto ci condurrebbe a dire che il suono é unicamente provocato dalla corda vibrante e la cassa armonica avrebbe il compito di amplificarlo. Mai più ci sogneremmo di sostenere che la cassa produca anch'essa un suono, che il manico faccia altrettanto e via dicendo. Ma se così fosse noi potremmo costruire una cassa armonica in plastica ottenendo lo stesso risultato; oppure potremmo tirare la corda di chitarra fra due punti qualsiasi nella nostra stanza ottenendo lo stesso suono della chitarra solo un po' più debole. Tutto ciò non ci permetterebbe di riprodurre il timbro specifico della chitarra.
Il motivo sta' proprio nel fatto che le varie parti legnose della chitarra vibrano anche queste perché le corde trasmettono le loro vibrazioni alle altre parti tramite i due capotasti; ognuna di queste parti emette una vibrazione che, giungendo alle nostre orecchie insieme al suono fondamentale della corda vibrante, crea il timbro particolare della chitarra. La cassa armonica ha effettivamente anche la funzione di amplificare il suono della corda ma di ciò ci occuperemo attentamente più avanti.
Fin qui la parte facile; ora viene quella un poco più complessa.
I fenomeni fino a qui descritti hanno influenza sul timbro ma non in maniera esclusiva e nemmeno preminente; ho posto prima la descrizione di questi fenomeni solo perché desideravo che si prendesse familiarità con il concetto di contemporaneità di differenti vibrazioni. La parte del leone nella definizione del timbro la fanno però altri due elementi di grande importanza: la composizione armonica di un suono e la risonanza.
La composizione armonica
Se potessimo disporre di un'enorme microscopio nel quale si potesse osservare nel dettaglio il movimento vibratorio di una corda di chitarra, si rimarrebbe sorpresi nel constatare che la corda vibra in maniera molto complessa. Non una vibrazione semplice da destra a sinistra o dall'alto verso il basso a seconda della direzione del pizzico, ma quasi un complesso di vibrazioni contemporanee, a diverse frequenze ed ampiezze, conviventi tutte istantaneamente in un'unica corda. In pratica la vibrazione principale si porta dietro una serie di altre vibrazioni di altezza (frequenze) ed intensità (ampiezze) diverse.
Si dice perciò che la vibrazione fondamentale, o suono fondamentale, porta con se una serie di vibrazioni armoniche o suoni armonici o componenti armoniche (talvolta chiamate anche "parziali"). La frequenza di questi suoni armonici é regolata da leggi matematiche precisissime ed é in preciso rapporto con la frequenza del suono fondamentale.
Se si pizzica una corda che emette un suono fondamentale di 100 Hz i primi suoni armonici emessi contemporaneamente saranno, in ordine, di 200, 300, 400, 500, 600, Hz e via di seguito. In pratica basta moltiplicare la frequenza fondamentale per 2, per 3, per 4, per 5 ecc. Ciò che invece non é regolato da alcuna legge matematica ma anzi é assolutamente dipendente solo dalla costituzione fisica dell'oggetto vibrante, é l'intensità di ogni suono armonico.
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Un suono fondamentale può avere molto forte la prima armonica, debole la seconda, forte la terza, debolissima la quarta, fortissima la quinta e via dicendo. E' un po' come la schedina dell'Enalotto dove però le ruote (le diverse frequenze) possono essere diverse decine e il numero da indovinare per ogni ruota (l'intensità) va da 0 a 200, limiti corrispondenti al livello di sensazione sonora minima e massima rilevabili dal nostro orecchio.
E' perciò evidente che la diversità timbrica é condizionata principalmente dall'intensità di ogni singola vibrazione armonica. Così corde di chitarra identiche ma di marche diverse hanno timbri differenti a causa della costituzione fisica diversa dei materiali che le compongono. L'insieme del suono fondamentale con tutte le sue diverse componenti armoniche definite sia in termini di frequenza sia di intensità si chiama "spettro armonico di un suono".
Anche la forma dell'oggetto vibrante determina fortemente lo spettro armonico del suono. Se ipoteticamente si praticassero delle incisioni lungo la corda, questa avrebbe un timbro diverso a causa del mutarsi della composizione armonica del suono. Un caso particolare ma di una certa importanza per lo studio della produzione della voce é quello dei cosiddetti "tubi sonori". Fino ad ora abbiamo parlato di oggetti vibranti. Ma se noi circoscriviamo una porzione d'aria e la mettiamo in vibrazione questa si comporta come oggetto vibrante a sé stante il quale trasmetterà le proprie vibrazioni attraverso altra aria circostante.
Prendiamo ad esempio un normalissimo flauto dolce. Il flauto é un tubo più o meno lungo con, ad una estremità, un dispositivo che agisce sull'aria che noi insuffliamo dal bocchino: questo dispositivo mette in vibrazione la colonna d'aria circoscritta nella parte restante del flauto. Questa colonna d'aria vibrando produce un suono fondamentale e una serie di suoni armonici che contraddistingueranno in maniera inequivocabile il timbro del flauto dolce.
Un'altro esempio interessante é quello del clarinetto. Se si confronta il clarinetto con un sassofono soprano si scopre che il meccanismo di messa in vibrazione della colonna d'aria é pressoché identico: tutti e due utilizzano un'ancia semplice battente. Le dimensioni esterne sembrano simili e la differenza sostanziale più evidente sta nel materiale di costruzione: il clarinetto é di legno e il sassofono di metallo. Eppure il suono é molto differente e la tecnica di esecuzione assai diversa.
La differenza più importante e determinante é infatti all'interno dei due strumenti cioè nella colonna d'aria che nel caso del clarinetto é cilindrica mentre nel sassofono é conica.
Nel clarinetto sono molto più evidenti, cioè più forti, le armoniche dispari (la prima, la terza, la quinta ecc.) mentre nel sassofono le pari.
Il tubo sonoro più sorprendente e complesso non sta però negli strumenti musicali bensì dentro di noi ed é quello che determina il timbro della nostra voce. Le nostre corde vocali, messe in vibrazione dall'aria spinta con pressione dai polmoni, mettono a loro volta in vibrazione la colonna d'aria che parte dalle corde vocali, si estende nella gola, nelle cavità nasali, palatali, nella bocca e fuoriesce dall'estremità della bocca e dal naso. Immaginate quante differenti forme può assumere la colonna d'aria vocale e quante diverse sfumature timbriche si possono così ottenere.
Manca però ancora la descrizione dell'ultimo elemento in grado di influire sul timbro di un suono: la risonanza.
La risonanza
La risonanza é uno dei fenomeni più interessanti, importanti ed affascinanti di tutta la scienza acustica fisica. A qualunque strumentista che studi in casa é capitato talvolta di udire dei suoni particolari in corrispondenza di determinati suoni emessi dal proprio strumento, provenienti da qualche oggetto presente nella stanza anche a diversi metri di distanza. Può essere un piatto, una posata, un vaso, un quadro, un vetro ecc. Sembra che questo oggetto sia talmente sensibile ad una determinata frequenza da mettersi a vibrare anch'esso alla stessa frequenza.
Ed é proprio questo che accade dando vita al fenomeno della risonanza. Ricordate l'esempio precedente nel quale si descrivevano le diverse parti della chitarra e si diceva che la cassa armonica aveva la funzione di amplificare il suono delle corde? Ebbene, il procedimento di amplificazione sfrutta proprio il meccanismo della risonanza anche se in maniera tutt'altro che semplice.
La cassa é infatti costituita da diversi elementi: il coperchio, il fondo, le fasce laterali ed all'interno sono presenti molte listelle di legno leggero disposte a formare particolari disegni. Tutto ciò ha lo scopo di favorire la risonanza della cassa a diverse frequenze; se la cassa comincia anch'essa a vibrare, grazie alla risonanza, é come se si moltiplicassero le fonti di vibrazione e il suono arriva al nostro orecchio maggiorato.
All'inizio di questa lunga dissertazione sul timbro abbiamo descritto come le diverse parti della chitarra vibrassero insieme producendo un gruppo di suoni contemporanei: la trasmissione delle vibrazioni alle diverse parti, in quel caso, era però di tipo fisico a causa del contatto fra i diversi materiali; ricordate il tavolo, le gambe, gli oggetti sopra il tavolo ecc.
Nella risonanza non c'é invece un contatto fisico fra gli oggetti ma solo un contatto acustico, una specie di contagio: un oggetto particolarmente sensibile ad una frequenza se sollecitato da quella stessa frequenza giungente dall'esterno si mette a vibrare "per simpatia" come si dice. Ma attenzione! Non solo il suono fondamentale può indurre risonanze ma anche, se non sopratutto, i suoni armonici.
Questi infatti, essendo normalmente a frequenze più alte, incontrano molti più aree sensibili alle alte frequenze facendo si che le loro vibrazioni armoniche amplificate definiscano in maniera ancora più netta il timbro di un suono. Come si può osservare il discorso é assi complesso tanto che per la definizione dello spettro timbrico di un suono si deve far ricorso ad apparecchiature molto sofisticate oltre che a modelli matematici assai complessi.
Un'ultima cosa rimane da dire sul timbro e riguarda direttamente la produzione della voce. La risonanza é fondamentale anche nella voce: le diverse cavità presenti nella testa in congiunzione alle ossa entrano in risonanza molto facilmente nella produzione della voce, amplificandola fortemente e, modulando con i movimenti ossei e muscolari l'ampiezza di tali cavità, variandone il timbro costantemente.
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