La musica e l’elettronica

28 08 2007


– Un Fa da 350 Hz riprodotto da un corno, da un trombone e da un clarinetto –

Già moltissime centinaia di anni fa gli studiosi erano consci che i suoni fossero in stretto contatto con la matematica: proprio in questo senso, già al tempo di Pitagora erano state fatte delle analisi sulle corde vibranti ed era stato scoperto che le oscillazioni che nascevano erano in rapporto con la lunghezza delle corde stesse. L’esperienza, ed un orecchio ben allenato, portò alla luce un fondamentale concetto: se una corda vibra ad una certa frequenza, dimezzandone la lunghezza la frequenza raddoppia, riducendola ad 1/4 la frequenza quadruplica, e via dicendo. Ma vediamo in particolare i caratteri fondamentali del suono, così da capirne a fondo la natura e la metodologia di riproduzione.

Altezza dei suoni

L’altezza è quella sensazione che ci consente di dire se un suono è grave o acuto. E’ possibile così dedicare ad ogni singolo suono la corretta porzione di spettro. Purtroppo è anche il primo dei parametri così detti “soggettivi”, poichè in stretto contatto con la frequenza (che ognuno di noi rileva in maniera differente) riprodotta, da qui si può capire come una scala di altezze possa essere definita solamente come il risultato di una media dei giudizi espressi da un grande numero di ascoltatori. Oltre alla frequenza l’altezza risulta più o meno “sensibile” anche alla forma d’onda del suono ed alla sua intensità: in certe condizioni (suoni di livello elevato) le variazioni di intensità possono provocare una variazione dell’altezza percepita che può essere quasi pari ad un tono musicale intero. La stessa nota può essere percepita come un’altra nota semplicemente variandone il livello.
Per arrivare a definire una sensazione di altezza è necessario che il fenomeno sonoro sia di medio-lunga durata. I suoni estremamente secchi e rapidi, la cui durata si aggira intorno a qualche millisecondo, sembrano essere privi di un’altezza definita. Oltre a circa 13 ms, invece, il fenomeno assume il vero e proprio carattere del suono, ed è possibile così analizzarlo a pieno.

Intensità soggettiva
La questione dell’intensità (la sensazione di “volume” in rapporto con l’altezza di un suono, detto terra terra) è anche questa puramente soggettiva: l’età, l’esperienza musicale ecc.ecc. modificano profondamente i range di “udibilità” di ognuno di noi, rendendo determinate sensazioni quando l’orecchio viene stimolato da determinati suoni. Se poi da una “fondamentale” prendiamo in analisi un suono completo di tutte le sue armoniche, il discorso si fa ancor più impegnativo. La legge secondo cui il nostro sistema di ricezione ricostruisce ed implementa l’intensità acustica dei suoni complessi è ancora oggetto di studio poichè non completamente nota. Quello che la scienza ha finora spiegato è stato sfruttato per costruire l’algoritmo in grado di comprimere i file musicali: durante l’encoding viene eliminato tutto il contenuto musicale considerato non udibile o scarsamente udibile.

Timbro
Riferendoci all’immagine nell’intestazione di questo articolo, scopriamo immediatamente cosa possa essere e come venga graficamente rappresentato il timbro. La sensazione, nell’ascoltare due stesse note riprodotte da due strumenti differenti, è in grado di dirci che in effetti esiste questo particolare aspetto ad esempio nelle composizioni musicali. il timbro è ovviamente in relazione con la struttura del suono riprodotto, alla quantità delle armoniche e a come la potenza acustica complessiva si distribuisce tra di esse. Le armoniche, ricordiamo, sono le frequenze multiple di quella detta fondamentale, che definisce la nota emessa dallo strumento.

In questa immagine notiamo i 4 oscillogrammi relativi alla fondamentale di una nota ed alle sue prime 3 armoniche: la forma d’onda risultante è evidenziata a destra in alto. In basso invece la forma d’onda di un clarinetto: la forma d’onda reale e quella costruita elettronicamente mostrano molte analogie
Estremizzando il ragionamento scopriamo quindi che esisteranno dei suoni composti da una fondamentale e niente più, e suoni (rumori) a spettro continuo. Nel primo caso tutta la potenza acustica è concentrata in una singola frequenza (suono puro), mentre nell’altro essa è distribuita statisticamente fra tutte le frequenze udibili, con la conseguente impossibilità di assegnare loro un’altezza definita (rumore rosa, rumore bianco). In sintesi, riassumendo un discorso che abbiamo notato essere molto molto complesso, possiamo dire che il timbro venga caratterizzato da 5 parametri: il numero delle armoniche; la loro distribuzione in frequenza; le loro intensità relative; la presenza di componenti non armonici e rumori diversi (lo sfregamento delle corde di un violino); l’intensità totale del fenomeno. Il sistema orecchio-cervello percepisce tutti questi aspetti, li integra e capisce che si tratta della stessa nota suonata da due strumenti diversi o due note diverse suonate dallo stesso strumento. Ognuno di noi ha, in pratica, un DSP (digital signal processor) che elabora in tempo reale una grande quantità di informazioni e sbroglia la “matassa” delle vibrazioni dell’aria per restituirci suoni e musica, così come l’occhio e il cervello decodificano le onde elettromagnetiche per consentirci di vedere.

Durata
Questo parametro è essenziale nei suoni musicali, sia per il suono che si sta considerando che per le pause che ne separano più di uno. La percezione dello stesso suono varia se, tenendo invariate tutte le sue caratteristiche, variamo la lunghezza. Avremo così una semibreve, una minima, una semiminima, una croma, inserite in un contesto più ampio di composizione da eseguire lenta, andante, con brio, presto ecc.ecc.

Attacco e sospensione
Con questi due termini si indicano i transiente di oscillazione iniziale e finale di una nota. Sono rispettivamente i corrispondenti meccanici del PMI e del PMS (punto morto inferiore e punto morto superiore), nei quali il suono arriva alla sua massima intensità e cala verso la minima gradualmente. Ecco l’andamento temporale di suoni emessi da strumenti diversi e dalla voce umana, mentre nella seconda immagine notiamo l’inviluppo delle frequenze di un trombone.

Le differenze sono evidenti e salta subito all’occhio la rapidità degli attacchi degli strumenti meccanici (pianoforte e chitarra) rispetto a quelli che instaurano vibrazioni in un volume d’aria (organo e voce umana). Anche l’estinzione è molto diversa e contribuisce a caratterizzare insieme al timbro e all’altezza, la sensazione sonora prodotta dai diversi strumenti. Nella seconda immagine, in particolare, vediamo quanto la nostra nota da 350 Hz del trombone venga tenuta per un certo tempo per estinguersi subito dopo. L’oscillogramma relativo riconosce le varie armoniche che ne caratterizzano il suono (le aree più chiare più dense) e la fondamentale (la zona più grande e meno intensa)

Vibrato
I suoni musicali non sono quasi mai costanti o privi di modulazione (lo notiamo in alcuni registri dell’organo) e si può anzi dire che la presenza di una leggera modulazione è una delle grandi caratteristiche di un’esecuzione artistica dello stesso brano musicale. Questa modulazione, che è una deviazione dai rigorosi schemi matematici, viene detta vibrato, il quale è primariamente una modulazione di frequenza accompagnata da una modulazione di ampiezza e da un periodico mutamento del timbro con lo stesso ritmo generato dalla frequenza della modulazione (5 – 7 Hz). Un caso eclatante è il tremolo, che è una pura modulazione d’ampiezza (nel caso dell’organo può essere ottenuto modulando il flusso d’aria che attraversa le canne).

alcuni contenuti sono stati tratti dalla rivista “ACS

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One response

4 03 2011
lorenzo

grazie

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