Numerosi sono gli strumenti che l’uomo, nel corso del tempo, ha usato per “fare musica”: dai reperti d’osso scoperti in caverne abitate nella preistoria sino alle apparecchiature tecnologicamente sofisticate di oggi, tutto ci dimostra che ogni civiltà, sia del passato sia del presente, come si è “costruita” il suo alfabeto, il suo linguaggio, le sue usanze, così si è costruita anche i suoi strumenti musicali.
La scienza che studia gli strumenti musicali, e tutto ciò che è inerente ad essi, si chiama Organologia (dal greco antico Organon: “strumento”, “arnese”): in base ad essa gli strumenti vengono suddivisi a seconda del mezzo con cui producono il suono. Possiamo così individuare quattro famiglie (o categorie) principali:
CORDOFONI: Strumenti che producono il suono tramite corde tese.
AEROFONI: Strumenti che producono il suono per mezzo dell’aria (quindi anche del nostro fiato).
PERCUSSIONI: Strumenti che producono il suono tramite la percussione di vari materiali (pelle, plastica, legno, metallo).
ELETTROFONI: Strumenti che producono il suono per via elettrica.
All’interno di queste famiglie occorre distinguere ulteriormente gli strumenti in base alla loro particolarità:
Al modo in cui producono i loro suoni.
Basta pensare a tre cordofoni molto conosciuti come il violino, la chitarra e il pianoforte per comprendere come, pur facendo parte della stessa famiglia, le loro corde vengano sollecitate in modo diverso: sfregandole (il violino), pizzicandole (la chitarra), percuotendole (il pianoforte).
E così i fiati si differenziano a seconda del tipo d’imboccatura attraverso la quale passa l’aria: al materiale di cui sono fatti. I fiati ad esempio possono essere di vari tipi di legno o di metallo; alla natura dell’effetto acustico che producono, cioè a seconda che questo sia un vero e proprio suono oppure un semplice rumore.
In genere i cordofoni e gli aerofoni possono produrre solo suoni, le percussioni e gli elettrofoni invece sia suoni che rumori.
Abbiamo allora la necessità di distinguere, all’interno delle suddette quattro categorie, varie sottocategorie:
CORDOFONI: a corde strofinate, a corde pizzicate, a corde percosse.
AEROFONI: legni, ottoni, a serbatoio d’aria.
PERCUSSIONI: a suono determinato, a suono indeterminato.
ELETTROFONI: elettrici, elettronici
Teniamo infine presente che tutti gli strumenti in grado di produrre suono possono venire distinti in due gruppi:
Polifonici, quando sono in grado di produrre contemporaneamente più suoni: è il caso dei cordofoni, degli aerofoni a serbatoio d’aria, della percussioni a suono determinato e degli elettrofoni.
Monofònici, quando producono un solo suono alla volta: è il caso dei legni e degli ottoni.
Tutti noi ci preoccupiamo allorquando l’aria che respiriamo e l’acqua che beviamo non sono siano pure; i gas di scarico, le scorie industriali, i liquami delle fognature, tutto ciò costituisce un serio problema per la nostra salute e per la nostra vita.
Ma c’è un altro tipo di inquinamento, forse meno avvertito ma ugualmente grave e pericoloso: l’inquinamento acustico.
La nostra vita, specialmente la vita nelle nostre affollate e caotiche città, è sempre totalmente immersa in un gran numero di suoni e di rumori; e sovente noi non ce ne accorgiamo, perché ormai ci siamo abituati, ma ciò non toglie che tali suoni e tali rumori rimangano pur sempre dannosi.
Anche nell’aria inquinata purtroppo ci abituiamo, eppure i nostri polmoni vengono ugualmente danneggiati: basta che si faccia una passeggiata in campagna, una gita sugli sci in montagna o una bella remata in barca, perché subito si noti come l’aria di quei luoghi sia più salutare: subito insomma avvertiamo la differenza.
E lo stesso avviene con i suoni e con i rumori: chi è abituato a vivere in piccoli centri di montagna, in villaggi di pescatori, fa certamente fatica ad abituarsi al frastuono delle grandi metropoli. Il maggiore responsabile dell’inquinamento acustico è certamente il traffico urbano: l’Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico (OCSE) ha stabilito che il libello medio ritenuto accettabile di giorno è di 65 dB; ma a Roma già di notte il livello medio del rumore raggiunge i 67 dB!
Alcune norme della Comunità Economica Europea prevedono l’abbassamento delle rumorosità dei motori dei veicoli: ma purtroppo siamo ancora distanti, specialmente qui in in Italia, dal poterle vedere applicate e rispettate.
Anche perché sovente si aggiunge a questo problema la maleducazione di tante persone che non si preoccupano di recare disturbo agli altri: tenere il televisore ad alto volume, “truccare” il proprio motorino, continuare ad usare una marmitta difettosa o truccata etc.: ecco alcuni esempi di scarso senso civico che, oltre a disturbare chi ci sta vicino, possono danneggiare noi e gli altri.
I danni provocati dai forti rumori e dai suoni troppo elevati, sono particolarmente nocivi al delicato organo di Corti, ove molte cellule sensitive vengono letteralmente distrutte, facendo così diminuire la quantità di sangue che affluisce ai tessuti dell’orecchio interno; tali tessuti vengono così ancor più danneggiati.
Grande è il pericolo che può provenire al nostro udito dall’ascolto di musica al massimo del volume. Vari studi hanno dimostrato che molti neonati, trovatisi a vivere in ambienti particolarmente rumorosi (anche in casa con televisore funzionante ad alto volume, elettrodomestici, grida dei fratellini), hanno rivelato uno sviluppo più lento e sopratutto una minore capacità di apprendere è ricordare.
Lo stesso si è notato in alcune scuole collocate in rioni molto rumorosi: gli studenti apprendono di meno non solo perché sentono di meno, ma anche perché diminuiscono le loro capacità di concentrazione.
Teniamo dunque presenti questi fenomeni e cerchiamo di non affaticare inutilmente il nostro udito ascoltando musica ad alto volume: non dimentichiamo che per gustare bene la musica, non è affatto necessario far tremare i vetri e le pareti della nostra casa; e se ci sembra necessario alzare di molto il volume, perché altrimenti l’ascolto di quel brano non ci soddisfa e non ci piace, domandiamoci: “non saremo già diventati un po’ sordi?”.
La nostra civiltà musicale si basa prevalentemente su una scala detta temperata, nella quale le frequenze dei vari suoni, cioè gli Hz, sono stabilite in base ad un preciso valore matematico ottenuto seguendo un complesso calcolo: tale valore è la “costante” 1,0595. Moltiplicando una data frequenza per questo valore si ottiene direttamente il suono più acuto di un semitono: se ad esempio scegliamo il La di 440 Hz, moltiplicando 440 per 1,0595 si ottiene la frequenza del suono che noi chiamiamo La # o Si b.
Proseguendo, cioè moltiplicando questo valore di nuovo per 1,0595, otteniamo la frequenza del Si naturale, e così via.
Ecco pertanto, a titolo di esempio, le frequenze dei 12 suoni diversi calcolati all’interno dell’ottava compresa fra il La di 440 Hz e quello immediatamente più acuto (di 880 Hz), cioè con le vibrazioni raddoppiate.
Perché sentiamo un forte boato quando un aereo a reazione supera una data velocità?
Noi sappiamo che le onde sonore si muovono nell’aria alla velocità di 340 metri al secondo, cioè di 1224 km all’ora, (infatti 340 x 60 secondi = 20.400 metri al minuto x 60 minuti = 1224 km all’ora).
Quando un aereo raggiunge i 1224 km all’ora si sposta alla medesima velocità delle onde sonore da lui stesso prodotte: in altre parole le onde sonore non si distanziano dal velivolo, ma gli si “ammucchiano” intorno e giungono così a formare il cosiddetto “muro del suono”.
Ora, se l’aereo aumenta ancora la sua velocità, se cioè supera i 1224 km all’ora, “sfonda” per così dire, questo muro e produce il boato di cui si parlava: un boato così forte che, se è prodotto a bassa quota vicino a centri abitati, può facilmente mandare in frantumi i vetri delle abitazioni.
Avrete sicuramente notato che durante un temporale prima vediamo il fulmine, poi udiamo il tuono; questo deriva dal fatto che la luce viaggi assai più velocemente del suono toccando i 300.000 km al secondo contro la velocità del suono che viaggia ad “appena” 340 metri.
Conoscendo questi dati, è possibile stabilire, durante un temporale, a quale distanza approssimativa si è formato un fulmine: se fra il momento in cui si vede il fulmine e si ode il suono sono passati ad esempio, cinque secondi, è sufficiente moltiplicare:
340 x 5 = 1700
per stabilire quindi la distanza dal punto in cui si vede il fulmine allo stesso in 1700 m.
Tutti voi certo avrete già sentito parlare o avrete direttamente sperimentato l’effetto dell’eco: tale fenomeno si produce quando le onde acustiche vanno a colpire una superficie in grado di farlo rimbalzare e ritornare indietro; ecco perché dopo un certo tempo è possibile riudire, totalmente o parzialmente, un suono od un rumore.
La superficie colpita dalle onde sonore funziona in modo simili a uno specchio: come questo è in grado di riflettere i raggi di luce, così una data superficie in una data posizione è in grado di rimandare sino a noi le onde sonore: con la differenza che, mentre i raggi di luce sono velocissimi, le onde sonore sono più lente e quindi impiegano più tempo per ritornare sino a noi, da qui l’effetto di ripetizione.
Questo principio viene sfruttato in particolare da speciali apparecchiature marine come lo:
Scandaglio Sonoro
Ecogoniometro
Ecòmetro
Poste in genere sotto la chiglia di una nave esse emettono, a distanze regolari di tempo, onde acustiche che si propagano nell’acqua, vanno a colpire il fondale e ritornano alla nave.
Misurando il tempo impiegato dall’onda sonora a propagarsi ed a ritornare indietro si può conoscere la profondità di quel dato specchio d’acqua: è infatti sufficiente dividere tale valore per due, ottenendo così il tempo impiegato dall’onda sonora per andare a urtare il fondale, e quindi moltiplicare il risultato per la velocità dell’onda sonora nell’acqua marina (che è di 1545 metri al secondo) si otterrà la profondità richiesta.
Ad esempio se il tempo impiegato dall’onda per andare e ritornare è di 10 secondi, si divide tale durata per due e si moltiplica per 1545, cioè: (10:2) x 1545 = 7725, rileveremo che in quel punto la profondità dell’acqua è di 7725 metri.
Queste apparecchiature possono essere utilizzate anche per rilevare sott’acqua la presenza di eventuali ostacoli (Bachi di pesci, relitti, etc.).
Tipico a questo proposito fu l’uso nella Seconda Guerra Mondiale del cosiddetto “SONAR” (Sound Navigation And Ranging) con il quale era possibile localizzare la presenza di sommergibili o mine: quando l’onda sonora incontrava un ostacolo e rimbalzava prima del dovuto, cioè prima di giungere al fondale, segnalava la presenza di un corpo “estraneo”.
Suoni e rumori presentano tre principali particolarità: Altezza, Intensità, Timbro.
Altezza
L’Altezza di un suono è il suo essere più acuto, più grave oppure uguale rispetto ad un altro suono.
Questa prima componente dell’acustica, in base alla quale ciò che noi udiamo ci risulta più o meno grave e profondo, oppure più o meno acuto e stridulo, dipende dal numero di oscillazioni compiute dalla sorgente acustica in una data porzione di tempo (in genere si assume, come unità di tempo, il minuto secondo): quanto più numerose, e quindi più fitte, sono queste oscillazioni, tanto più alto, cioè tanto più acuto e stridulo, ci risulta l’effetto acustico.
Ora, mentre il rumore, a causa dell’irregolarità delle sue onde ha un’altezza difficilmente misurabile con precisione, il suono, grazie all’uniformità delle sue vibrazioni, può essere distinto in varie frequenze. In altre parole, il suono ha un moto oscillatorio periodico, cioè dotato dello stesso numero di vibrazioni nella medesima unità di tempo.
Questo numero costante di vibrazioni si chiama periodo o anche Hertz (abbreviato Hz), dal nome del fisico tedesco Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) che studiò questo fenomeno. Ecco pertanto,come si possono graficamente rappresentare due suoni diversi in base alla loro altezza. Il suono superiore il numero delle vibrazioni comprese in un secondo è maggiore che nel suono inferiore, il suono superiore è pertanto più acuto di quello inferiore.
Nei confronti dell’altezza il nostro orecchio possiede limiti abbastanza precisi: in particolare per essere da noi avvertito un effetto acustico deve possedere almeno 16 frequenze al minuto secondo, ossia vibrare 16 volte in un secondo, infatti un numero inferiore di 16 vibrazioni non è udibile da orecchio umano e si entra nel campo degli infrasuoni. D’altra parte un effetto acustico non deve neanche superare le 20.000 vibrazioni al minuto secondo, perché sarebbe inudibile per il nostro orecchio, il suono infatti apparterrà al campo degli ultrasuoni.
Questi limiti valgono solo per l’uomo: molti animali infatti hanno possibilità ben più ampie, soprattutto per quanto riguarda il campo delle alte frequenze;
Intensità
L’Intensità del suono è la forza con cui si sente un suono, che può essere perciò: forte, fortissimo, piano, pianissimo, pur restando immutata la sua altezza.
Questa seconda componente acustica, in base alla quale ciò che noi udiamo ci risulta più o meno forte o più o meno debole, dipende dall’ampiezza delle vibrazioni, cioè dal maggiore o minore spostamento compiuto dalle oscillazioni della sorgente acustica.
Ecco come si rappresenta lo stesso suono (cioè un suono sempre con la stessa altezza) ora debole, ora forte: Nel secondo caso le creste e gli avvallamenti dell’onda sono più accentuati, cioè più ampi rispetto al primo.
Due sono in particolare le misure con cui viene calcolata l’intensità: una si chiama watt, dal nome dell’inventore scozzese James Watt (1736-1819), indica la vera a propria energia posseduta dalle oscillazioni della sorgente acustica; l’altra invece,
detta decibel (abbreviato dB), dal nome del fisiologo scozzese Alexander Graham Bell (1847-1922) calcola l’intensità i base alla sensazione che l’intensità provoca in noi. Il massimo livello d’intensità che il nostro orecchio può percepire, prima di provare dolore e subire danni irreparabili, è di 120 dB, un livello che indica un’intensità un milione di milioni di volte più forte del minimo percepibile.
Il Timbro
Per Timbro del suono intendiamo quella qualità che ci permette di distinguere quale sia la fonte sonora del suono prodotto; in altre parole noi siamo in grado di riconoscere i vari strumenti, per esempio il suono del violino o del pianoforte, proprio grazie ai loro diversi timbri.
Questa terza componente di ogni effetto acustico, in base alla quale ciò che noi udiamo ci risulta dotato di un particolare “colore”, dipende dalla forma dell’onda generata dalla sorgente sonora. Poiché è facile immaginare che le forme di un’onda possano essere numerosissime, altrettanto numerosi possono essere i timbri.
La forma che determina il timbro del suono è data dalla presenza di altre onde, cioè di altri particolari suoni che si generano spontaneamente assieme al suono principale. Questi suoni sono chiamati armonici: ogni sorgente acustica che produce suono genera immancabilmente un dato numero ed un dato tipo di armonici conferendo così a quel suono un particolare timbro. Il maggiore o minore intervento di questo o di quegli armonici produce perciò un certo timbro, così come la maggiore o minore quantità di questa o quella vernice mescolata con altre di colore diverso, produce una certa sfumatura di colore.
In natura quindi non esistono suoni puri (cioè suoni privi di armonici): solo con particolari apparecchiature di laboratorio è possibile “costruire” suoni puri.
I suoni armonici hanno due caratteristiche:
Sono sempre puri
Sono sempre più acuti del suono fondamentale al quale conferiscono il timbro.
Per rendersi conto di come i suoni armonici, unendosi al suono fondamentale, diano origine a particolari forme d’onda, bisogna osservare gli schemi a fianco: Se al suono fondamentale uniamo il 2° ed il 3° armonico, otterremmo questa particolare forma d’onda, cioè questo timbro:
Riassumendo:
L’Acustica è la scienza che studia tutti gli effetti sonori.
La sorgente acustica è un qualsiasi corpo che, percorso, vibra producendo un effetto sonoro.
Il mezzo propagante trasmette le vibrazioni dalla sorgente acustica al ricevente.
Il ricevente (cioè l’orecchio) trasforma le onde sonore in stimoli che vanno a sollecitare il nostro cervello.
Timpano, martello, incudine, staffa e nervo acustico sono le parti dell’orecchio che elaborano e trasmettono le onde acustiche al cervello.
Il suono è un effetto acustico determinato da onde perfettamente costanti e regolari.
Il rumore è un effetto acustico determinato da onde acustiche disuguali e irregolari.
L’Altezza è la caratteristica del suono che dipende dal numero di vibrazioni (Hz). Quanto maggiore è il numero delle vibrazioni, tanto più acuto risulta il suono.
Gli infrasuoni sono quegli effetti acustici che hanno un numero inferiori a 16.
Gli ultrasuoni sono quegli effetti sonori con un numero di Hz che supera i 20.0000.
L’Intensità è la caratteristica del suono che varia secondo l’ampiezza delle vibrazioni. Quanto maggiore è l’ampiezza delle vibrazioni, tanto più forte risulta il suono.
I watt indicano la potenza fisica dell’intensità sonora.
I decibel indicano la potenza dell’intensità in base alla sensazione suscitata nell’ascoltare.
L’Inquinamento acustico deriva da un eccessivo uso e abuso di decibel.
Il Timbro è la caratteristica del suono che dipende dalla forma delle vibrazioni.
I suoni armonici sono quei suoni che concorrono, assieme al principale, alla formazione dell’onda sonora.
Due sono le principali categorie in cui gli effetti acustici possono venire distinti in base al tipo di onde che posseggono: se queste onde sono uguali fra di loro e costanti si ha il suono; se invece non sono uguali fra di loro né costanti si ha il rumore.
Se rappresentiamo le onde acustiche con una linea curva (sinusoide) potremo descrivere graficamente i due effetti come nelle figure sotto.
In musica si fa prevalentemente uso di suoni, cioè di vibrazioni acustiche regolari; ma non per questo i rumori sono del tutto esclusi, anzi! Come con la Musica concreta non mancano strumenti che producono rumori e composizioni che addirittura fanno essenzialmente uso di rumori e non di suoni.
L’acustica è la scienza che tratta tutti gli effetti sonori che incontriamo nella nostra vita: studia cioè come questi effetti si producono, come si propagano e come giungono al nostro orecchio. Per rendersi conto di tutto ciò, occorre studiare il fenomeno degli effetti sonori in quattro fasi:
Fase 1
La sorgente acustica
Ogni effetto acustico è causato dalle vibrazioni di un corpo elastico che, sottoposto ad una deformazione, tende a riprendere la sua forma primitiva: tenete presente che tutti i corpi solidi sono elastici, anche il marmo e l’acciaio, ed anche tutti i fluidi come l’acqua e l’aria. In altre parole quando noi percuotiamo un oggetto qualunque, causiamo in esso una deformazione, magari impercettibile, ma pur sempre presente. L’oggetto percosso si mette così a vibrare per un certo periodo di tempo e trasmette queste vibrazioni all’aria circostante.
Fase 2 – Il mezzo propagante
Per giungere sino a noi ogni effetto acustico ha bisogno di un mezzo propagante che trasmetta le vibrazioni della sorgente sonora: il principale mezzo propagante è l’aria.
Nel vuoto infatti, come nello spazio interstellare o sulla Luna, non si può avere alcun effetto sonoro, perché non vi sono elementi come l’aria che possano venire sollecitati. Il primo che studiò questo fenomeno fu Robert Boyle (1627-1691), un nobiluomo inglese appassionato di scienze che, con i suoi esperimenti, riuscì a dimostrare come in assenza d’aria qualunque effetto acustico non può avere luogo. Egli progettò e costruì una pompa per l’aspirazione dell’aria e la collegò ad una campana di vetro a chiusura ermetica, nella quale aveva posto un orologio dal robusto ticchettio: poté così notare che, dopo aver estratto l’aria, e creato il vuoto nella campana il ticchettio non era più percettibile.
L’aria che circonda la sorgente acustica viene dunque smossa dalle vibrazioni di questa: si produce così una serie di onde, che si diffondono intorno alla sorgente acustica allargandosi in cerchi concentrici e creando zone alterne di compressione e di rarefazione. La velocità con cui si spostano queste onde dipende dalla natura del mezzo propagante che utilizziamo, cioè dalla sua densità molecolare; quanto più è denso il mezzo propagante, tanto più veloce sarà lo spostamento di queste onde.
Fase 3 – Il ricevente (l’Orecchio)
Grazie dunque al mezzo propagante l’effetto acustico può giungere al nostro orecchio e può quindi essere effettivamente percepito. Il nostro orecchio infatti è un prodigioso e complicato meccanismo che ha il compito di trasformare le onde del mezzo propagante in stimoli che vanno a sollecitare il nostro cervello. Innanzitutto le onde mettono in vibrazione la sottile membrana del timpano; ma le sue vibrazioni sono molto piccole e per essere percepite devono essere amplificate, cioè ingrandite. A ciò provvedono tre ossicini, martello, incudine e staffa, che triplicano l’energia delle onde emesse dal timpano e che trasmettono le vibrazioni all’ organo di Corti (dal nome di colui che per primo lo studiò), un complicatissimo e stupefacente meccanismo composto da 7500 elementi racchiusi nello spazio di circa 2 centimetri quadrati. Tale organo ha il compito di trasformare le onde acustiche in impulsi elettrici che, attraverso il nervo acustico, raggiungono finalmente il cervello.
Fase 4 – Il cervello
Il cervello, che per tanti versi può essere paragonato ad un prodigioso e ancora in gran parte misterioso computer, traduce gli stimoli acustici in vere e proprie sensazioni sonore. Questo processo, assai complicato, viene studiato dalla psico-acustica, una particolare scienza in base alla quale sappiamo che i vari effetti acustici non vengono percepiti da ciascuno di noi allo stesso modo: in altre parole ogni essere umano ha una sua sensibilità acustica, così come ha una sua sensibilità visiva; quando una persona dice che un dato oggetto è di colore “verde chiaro”, non può essere completamente sicura che un’altra persona “veda” quell’oggetto dello stesso colore; e questo vale per gli effetti acustici.
