Contenuto armonico di un suono - Analisi armonica del suono

Finora ci si è riferiti alla sinusoide come tassello fondamentale per mezzo del quale costruire il resto della realtà sonora. Dunque, i suoni complessi sono composti da più sinusoidi (a cui ci si riferisce per semplicità come frequenze). A volte, le varie frequenze che compongono un suono hanno un preciso rapporto matematico tra loro, come nel caso delle frequenze armoniche . Per introdurre questo concetto conviene riferirsi ad un caso pratico. Consideriamo allora cosa succede quando la quinta corda (la seconda partendo dall'alto) di una chitarra viene pizzicata da un chitarrista. Diremo tutti che il chitarrista sta eseguendo un La ma fisicamente, cosa succede? La corda si è messa ad oscillare ad una frequenza di 110Hz (due ottave sotto il canonico 440Hz). Ma allora com'è che non suona come una semplice sinusoide di frequenza pari a 110Hz ma suona con il suono di una chitarra? La risposta comprende una serie di ragioni che si chiariranno via via. Sicuramente il contenuto armonico (contenuto di frequenze) del suono prodotto dalla chitarra non è uguale a quello di una semplice sinusoide: il suono della chitarra dovrà necessariamente contenere altre frequenze oltre alla singola sinusoide di frequenza 110Hz. Per motivi che si chiariranno a breve [Vedi: Fisica delle armoniche], quando una nota viene suonata su uno strumento musicale (per esempio uno strumento a corda), viene generata la frequenza corrispondente alla nota suonata che viene chiamata armonica fondamentale ma insieme a questa vengono generate anche le frequenze armoniche cioè frequenze che sono multiple intere della fondamentale e che hanno ampiezza via via decrescente al crescere dell'ordine dell'armonica. Nel caso del La vengono generate le seguenti sinusoidi (armoniche):

La vibrazione della corda alle diverse frequenze è descritta dalla figura seguente ed è da immaginarsi come la sovrapposizione di tutte le vibrazioni contemporaneamente sulla stessa corda:

Vibrazione di una corda pizzicata

La prima armonica (la fondamentale) caratterizza la nota che effettivamente percepiamo, notiamo che è quella che ha ampiezza maggiore. La seconda armonica è ad una frequenza doppia rispetto alla fondamentale, ciò significa che la corda sta vibrando a frequenza doppia come in figura sovrapponendo questa vibrazione a quella fondamentale. Dunque, la seconda armonica è la stessa nota della fondamentale (un'ottava più alta) e aggiunge calore al suono. La terza armonica non è più un La e dunque contribuisce ad arricchire il suono^[4]. L'ampiezza delle armoniche diminuisce all'aumentare della frequenza dell'armonica stessa. In altre parole, se una corda di chitarra viene pizzicata, le armoniche che contribuiscono al suono in modo rilevante sono una decina. Le ampiezze delle armoniche successive rispetto all'ampiezza della fondamentale diventano trascurabili. Al centro della corda si avrà una prevalenza di basse frequenze mentre ai lati prevalgono le alte (questo è molto importante per esempio nel piazzamento dei microfoni: se dal rullante di una batteria volessimo un suono composto da alte frequenze, punteremo il microfono verso il bordo mentre se volessimo un suono in cui prevalgano le basse, punteremo il microfono verso il centro).