Estensione degli strumenti musicali

Da "Fisica, onde Musica": un sito web su fisica delle onde e del suono, acustica degli strumenti musicali, scale musicali, armonia e musica.

  • La seguente tabella mostra le estensioni approssimative di alcuni moderni strumenti musicali. Ogni strumento, naturalmente, non produce un tono puro, ma un largo spettro di suoni armonici, differente per ogni nota.
  • L'estensione raffigurata nella tabella si riferisce alla fondamentale prodotta dagli strumenti, e non all'intero spettro. Infatti, se consideriamo l'intero spettro possiamo osservare che gli armonici più acuti prodotti da quasi tutti gli strumenti (voci incluse) raggiungono facilmente il limite della gamma udibile.
  • Questo spiega perché, ad esempio, ai fini della registrazione e riproduzione audio si possa ottenere un'alta fedeltà solo utilizzando una larghezza di banda appropriata (cioè fino a circa 20000 Hz), ovvero, nel caso del suono digitale, una frequenza di campionamento di almeno 40000 Hz: per il teorema del campionamento bisogna campionare il segnale ad almeno il doppio della frequenza più alta che si vuole riprodurre (i CD usano 44100 Hz).
  • Altresì si vede chiaramente che la voce umana viene distorta significativamente nella trasmissione in una linea telefonica, che ha larghezza di banda tipica di circa 3000 Hz (da 300 a 3400 Hz). Eppure al telefono riconosciamo senza difficoltà l'altezza di una voce maschile, la cui fondamentale (circa 100-150 Hz) viene tagliata: il cervello la ricostruisce dalle armoniche che passano (è l'effetto della fondamentale mancante).
TimpaniTrombaTrombaFlautoClarinettoOboeViolinoVoce umanaVoce umanaVoce umanaVoce umanaVoce umanaVoce umanaVoce umanaVoce umanaGrafico interattivo: le parti con un nome sono collegamenti ad altre pagine

Verifica la comprensione

Quale strumento della tabella ha l'estensione più ampia? Tra quali frequenze? Risposta. Il pianoforte: dal La-1 a 27,5 Hz al Do7 a circa 4186 Hz, più di sette ottave.

Le fondamentali degli strumenti non superano i 4-5 kHz. Perché allora per una registrazione ad alta fedeltà serve una banda fino a circa 20000 Hz? Risposta. Perché ogni nota contiene anche le armoniche, che arrivano fino al limite dell'udibile: tagliarle cambierebbe il timbro. Per un segnale digitale fino a 20000 Hz bisogna campionare ad almeno 40000 Hz.

Il telefono trasmette solo le frequenze tra circa 300 e 3400 Hz. Una voce maschile con la fondamentale a 120 Hz arriva con l'altezza giusta? Risposta. Sì: la fondamentale non passa, ma passano le armoniche (360, 480, 600 Hz e così via), distanti tra loro 120 Hz: il cervello ricostruisce da queste l'altezza della fondamentale mancante. Il timbro però risulta alterato.




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