Come è fatto il suono: toni puri vs. suoni musicali

Autori: G. Ghelfi, L. Rizzi
Per tono puro intendiamo un suono nel quale tutta l’energia sonora è concentrata in una sola frequenza. Un’onda sinusoidale oscillante sempre alla stessa frequenza è un esempio di tono puro. In natura non esistono molti esempi di toni puri: il diapason usato per accordare gli strumenti musicali, quando viene percosso produce un suono che, con buona approssimazione, si avvicina ad un tono puro.

Spettro tono puro

I suoni musicali che sentiamo quotidianamente non sono mai puri, ma sono costituiti da un amalgama di frequenze in cui al suono fondamentale (o frequenza fondamentale) se ne aggiungono altri più acuti e meno intensi: queste sono le armoniche, che hanno una importanza decisiva nella determinazione del timbro di un suono.
Le armoniche sono i multipli interi della frequenza fondamentale: se la prima armonica (la quale caratterizza il suono che effettivamente percepiamo) ha, ad esempio, frequenza pari a 220Hz, la seconda armonica avrà una frequenza doppia rispetto alla fondamentale, pari a 440Hz, la terza avrà frequenza pari a 880 Hz e così via, con ampiezza decrescente al crescere della frequenza. Un raddoppio di frequenza corrisponde ad un ottava musicale.
Tono puro + due armoniche

Se tutti i suoni che percepiamo in natura fossero composti soltanto da una fondamentale e da armoniche superiori aventi frequenze pari a multipli interi della fondamentale stessa, il paesaggio sonoro da noi percepito risulterebbe impoverito di molti aspetti interessanti. Quando una frequenza superiore alla fondamentale non è un multiplo intero, viene detta inarmonica. Le componenti inarmoniche sono elementi fondamentali nella precezione del timbro di strumenti quali il pianoforte o le percussioni. Un esempio comune di suono caratterizzato da una forte inamronicità, è quello delle campane.
L’insieme di tutte le frequenze che compongono un suono (siano esse componenti armoniche o inarmoniche) viene definito spettro. Le differenze nello spetto di un suono sono quelle che ci consentono di distinguere suoni con la stessa frequenza fondamentale: una stessa nota eseguita da un pianoforte o da una tromba risulta profondamente diversa grazie all’insieme delle sue componenti spettrali (timbro).

Spettro nota pianoforte

In figura 3 vediamo lo spettro di un suono musicale, una nota di pianoforte, dove sono riconoscibile le componenti armoniche (i picchi della figura). Appare però subito eviednte come ci siano anche molte componenti inarmoniche distribuite lungo tutto lo spettro che vanno a comporre il timbro del suono.
Ciò che invece percepiamo comunemente come rumore, non presenta questo legame fra le sue frequenze componenti, ma il suo contenuto energetico è distribuito in modo uniforme su tutto lo spettro. Il rumore bianco ad esempio, presenta lo stesso contenuto energetico su tutte le frequenze dello spettro.
SPettro rumore bianco

Negli esempi audio che si trovano compressi in allegato possono essere ascoltati: un tono puro generato sinteticamente a 440Hz singolo e combinato con le sue due armoniche superiori (a 880Hz e a 1760Hz); una nota di un pianoforte (un La a 440Hz, dove risulterà evidente la differenza fra toni puri e suoni normali); un rumore bianco.

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