Registri, timbri, armoniche - 1° parte

L'altezza del suono emesso da una canna d'organo labiale (ovvero la sua frequenza acustica, misurata in Hz) dipende, in prima approssimazione, dalla lunghezza del suo risuonatore interno (cioè la lunghezza della colonna d'aria che parte dalla bocca e arriva fino alla sommità della canna).

Il timbro del suono emesso dipende invece dalla forma del suo risuonatore.

Ricordo che "il timbro è quella particolare qualità del suono che permette di distinguere due suoni con uguale frequenza o altezza" (cit. Wikipedia).

Quindi il timbro della canna d'organo labiale dipende da:

a) dalla forma geometrica della sua sezione trasversale

b) dall'area della sua sezione trasversale

c) dall'eventuale variazione dei due parametri precedenti lungo l'asse della canna

d) dalla forma e dalla dimensione della bocca

e) dall'eventuale presenza di una seconda bocca

f) dall'eventuale presenza di un freno armonico

g) dalla presenza di un tappo sulla sua sommità (che, inoltre, dimezza la frequenza acustica)

"Giocando" su uno (o più) dei fattori sopra esposti è possibile ottenere una notevole quantità di registri tra loro differenti, ognuno caratterizzato dal suo particolare timbro.

È importante sottolineare il fatto che ci sono altri fattori, questa volta non geometrici, che possono influire, anche pesantemente, sul timbro di un registro una volta costruito: uno su tutti è la pressione di esercizio dello strumento, generalmente misurata in millimetri in colonna d'acqua.

Se si allarga il raggio d'azione alle canne ad ancia le possibilità aumentano in modo esponenziale: in un certo senso si può dire che l'organo a canne è il primo sintetizzatore della storia della musica, sviluppato molto tempo prima dell'avvento dell'elettronica.

Il sito web "Encyclopedia of Organ Stops" offre un corposo elenco di registri d'organo corredato da note bibliografiche e traduzioni multi-lingua e, in alcuni casi, foto e campioni audio.

Molte delle raffigurazioni presenti in quel sito sono tratte dalla meravigliosa monografia Organ-Stops And Their Artistic Registration scritta dall'architetto George Ashdown Audsley nel 1921.

Nell'immagine che segue sono rappresentate le forme delle canne di alcuni registri d'organo.

I primi 14 sono registri labiali (canne ad anima):

1) Principale

2) Flauto aperto

3) Viola da gamba

4) Flauto conico (Spitzflöte)

5) Flauto a imbuto (Trichterflöte)

6) Bordone

7) Flauto tappato

8) Quintadena

9) Flauto a camino

10) Flauto conico  tappato (Spitzgedackt)

11) Principale di legno

12) Flauto di legno

13) Bordone di legno

14) Flauto tappato di legno

Gli ultimi 7 sono invece registri ad ancia, comunque dotati di risuonatore:

15) Tromba

16) Cromorno

17) Dulciana

18) Regale (con risuonatore in legno)

19) "Trombetta regale"

20) Regale a imbuto

21) Doppelkegelregal

La matematica delle note musicali

Come in tutti gli strumenti a tastiera la pressione di un tasto più a destra del precedente deve (generalmente) produrre un suono più acuto, mentre andando in direzione contraria (verso sinistra) si deve produrre un suono più grave.

L'acutezza (o la gravità) della nota musicale prodotta, cioè la sua altezza, può essere espressa in modo matematicamente preciso misurando la frequenza f dell'onda acustica che si propaga nell'aria.

La velocità del suono è sempre costante e pari a 343 m/s per tutte le onde sonore (in aria secca alla temperatura di 20 °C), ma la frequenza è funzione dell'altezza della nota musicale generata, e viceversa. L'unità di misura della frequenza è l'Hertz (Hz) cioè il numero di cicli al secondo compiuti dall'onda sonora in un determinato (qualsiasi) punto dello spazio in cui essa si stia propagando.

Volendo semplificare molto la questione e quindi posticipando ad una futura trattazione l'affascinante e inestricabile argomento dei temperamenti, è possibile determinare, per ogni nota musicale, la frequenza dell'onda sonora propagata.

La tastiera di un organo a canne, esattamente come quella di un pianoforte, può essere suddivisa in ottave e ogni ottava può essere numerata con un numero crescente da sinistra verso destra.

L'ottava contiene 7 note naturali (tasti diatonici meglio noti come tasti bianchi):

• Do
• Re
• Mi
• Fa
• Sol
• La
• Si

e 5 note alterate (tasti cromatici, meglio noti come tasti neri)

• Do# =  Re♭
• Re#  =  Mi♭
• Fa# =  Sol♭
• Sol# =  La♭
• La# =  Si♭

Ogni ottava è pertanto composta da un totale di 12 diverse note: passando alla 13° nota si salta automaticamente all'ottava successiva. Quella che segue è la sequenza delle note in un'ottava: ogni volta che si va a destra l'altezza del suono aumenta di un semitono.

Do  Do#  Re  Re#  Mi  Fa  Fa#  Sol  Sol#  La  La#  Si

Come possiamo costruire una tabella per le frequenze delle note generate dalla tastiera dell'organo? Seguendo alcune "semplici" regole matematiche:

• per prima cosa dobbiamo fissare un solido punto di riferimento, spesso noto come corista, che è la nota La3 (cioè il La della terza ottava della tastiera) a cui si associa la frequenza di esattamente 440 Hz cioè la frequenza del diapason (si, proprio quella specie di forchettone di metallo che i musicisti non usano per mangiare gli spaghetti ma per accordare gli strumenti, che gente strana 😆)

• ad ogni salto di ottava verso destra deve corrispondere un raddoppio della frequenza dell'onda sonora prodotta e ciò deve valere per qualsiasi tasto:

• ad ogni salto di semitono verso destra la frequenza deve essere incrementata moltiplicandola per la radice dodicesima di due:

L'ultima regola che ho appena descritto è in realtà in grado di "generare" anche quella precedente.

Il numero 2 corrisponde al raddoppio di frequenza che si osserva nel salto di ottava: dato che un'ottava è composta da dodici semitoni, ogni salto di singolo semitono deve contribuire per un dodicesimo rispetto a quello di ottava.

Ecco perché salta fuori la radice dodicesima di due: tale radice si può anche scrivere come due elevato alla un dodicesimo, numero che equivale a poco più di 1,059463.

valore del rapporto di frequenze del semitono equabile

Se parto da una qualsiasi nota la cui frequenza acustica sia pari ad f_n e mi sposto di 12 semitoni verso destra (cioè compio un salto di ottava), posso determinare la frequenza finale moltiplicando la frequenza iniziale per il rapporto di semitono equabile per dodici volte consecutive:

Esempio: voglio determinare la frequenza della nota Mi4 sapendo che la frequenza del corista La3 è 440 Hz.

Sulla tastiera per andare dal La3 al Mi4 devo fare 7 salti di semitono verso destra. Quindi abbiamo:

Inserendo in un programma di fogli di calcolo le formule sopra riportate si ottengono finalmente le frequenze (in Hz) dei 54 tasti. I valori sono leggibili nella terza e ultima colonna della tabella che riporto qui di seguito, mentre la prima colonna riporta il numero progressivo del tasto e la seconda colonna riporta il nome della nota.