Cos'è un armonico?

Quando pizzichi una corda di chitarra, ci sono molti modi in cui potrebbe vibrare ¹ :

Ogni vibrazione produrrà un tono diverso, perché hanno frequenze diverse. Ad esempio, l'angolo in alto a sinistra ha la frequenza più bassa perché ha il numero più piccolo di creste / valli: le sue creste sono molto rare.

Nella maggior parte dei casi, quando suoni uno strumento, l'altezza sentire è quello con la frequenza più bassa. In altre parole, sentiamo il tono prodotto dalla vibrazione in alto a sinistra. Ma quando ascoltiamo un po 'più da vicino (come probabilmente hai fatto), possiamo sentire le altezze prodotte dalla corda allo stesso tempo. Questo perché la corda non sta solo vibrando con la frequenza più bassa. Inoltre sta vibrando simultaneamente con alcune delle frequenze più alte mostrate nell'immagine sopra. Quelle frequenze più alte sono ciò che la gente spesso chiama "armoniche".

Quindi, in sostanza, le "armoniche" sono altezze / toni più alti che si verificano quando si colpisce una corda, si soffia aria attraverso uno strumento a fiato, ecc. Sono prodotti perché le corde, l'aria, ecc. non vibrano in modi semplici e singolari. Piuttosto, vibrano con molte frequenze diverse contemporaneamente, producendo una forma di combinazione come questa ² :

Sebbene sia vero che la corda vibra con tutte queste diverse frequenze allo stesso tempo, va notato che le armoniche si presentano con intensità / intensità variabili. In molti casi solo le prime poche armoniche superiori sono udibili, e le altre semplicemente non vengono prodotte o sono troppo deboli per essere udite. Per provare questo, vai su un pianoforte acustico e premi molto delicatamente il tasto C5. Premere così delicatamente da non creare alcun suono quando il martello colpisce. Tenendo premuto il tasto C5, colpisci e rilascia rapidamente la nota C4. Quello che noterai è che la stringa C5 continua a risuonare anche dopo che la stringa C4 è stata disattivata. Il motivo per cui ciò accade è: la corda C4 vibra con la sua frequenza fondamentale, ma vibra anche con la sua 2a armonica, e la 2a armonica è C5. Quindi, quando C4 vibra, la sua seconda armonica eccita la corda C5 attraverso un fenomeno chiamato risonanza.

Le armoniche sono importanti per molte ragioni. Per citarne alcuni: creano un suono armonioso extra quando vengono suonati determinati accordi. I martelletti del pianoforte sono collocati in posizioni specifiche per evitare eccitanti armoniche dissonanti. Sono usati da alcuni ottoni per raggiungere note che non sarebbero disponibili senza armoniche.

Per chiarire la terminologia: la frequenza più bassa prodotta sulla corda / nell'aria è chiamata "prima armonica" o la "frequenza fondamentale". Questa è la frequenza che ascoltiamo prevalentemente. Le armoniche più acute (quelle sopra la prima) sono le note extra che sentiamo risuonare debolmente con toni più alti.

^1: https: //en.wikipedia.org/wiki/File:Standing_waves_on_a_string.gif ^2: http://ccnmtl.columbia.edu/projects/sonicg/terms/harmonic.html

Avvertenze

Questa descrizione presenta un modello semplificato, abbastanza accurato per la maggior parte degli strumenti. In realtà, gli armonici e gli armonici sono due cose diverse. "Overtone" ha un significato più ampio: " qualsiasi frequenza più alta sopra la fondamentale che viene prodotta simultaneamente." Per qualificarsi come frequenza armonica, c'è una condizione extra: "qualsiasi frequenza più alta al di sopra della fondamentale che è un multiplo intero della frequenza fondamentale. "

Quindi "overtone" è un termine generico, e ci sono due tipi di armonici: (1) armonici "armonici" (che sono multipli interi della frequenza fondamentale) e (2) armonici che non sono multipli interi della frequenza fondamentale (li chiamerò disarmonici sfumature). Tutto quello che ho discusso sopra ha riguardato gli armonici. Questo è un ottimo modo per rispondere alla domanda, credo, perché nel caso della maggior parte degli strumenti, gli armonici si discostano solo leggermente dalle vere frequenze armoniche. Quindi, in molti casi, gli armonici sono abbastanza vicini da essere considerati frequenze armoniche. Le frequenze armoniche più alte potrebbero non essere esattamente il doppio della frequenza fondamentale, o 3 volte la frequenza fondamentale, ma sono piuttosto vicine.

Per alcuni altri strumenti, tuttavia, le frequenze armoniche differiranno in modo più drammatico dalle vere armoniche. Ad esempio, sui timpani, il primo armonico è 1,6 volte la frequenza fondamentale. Questa dissonanza è solitamente piccola, tuttavia, e molti strumenti sono progettati per minimizzarla.

Gli overton sono armoniche o parziali superiori; note extra che suonano quando viene suonata una nota fondamentale. Le parole sono quasi sinonimi, ma non esattamente.

Quando si suona una corda o si suona una nota, il suono più forte che di solito sentiamo è quello fondamentale, quello che cantiamo o usiamo per identificare cosa la nota è. Presenta, in misura maggiore o minore, altre note che possono anche essere percepite. La prima è un'ottava sopra la fondamentale, la successiva una quinta perfetta sopra e la successiva è due ottave sopra l'originale. Da quel momento in poi, le armoniche si susseguono a intervalli sempre più piccoli, di solito più silenziosi man mano che procedono.

Ogni strumento ha un diverso mix di queste parziali superiori, che effettivamente gli conferisce il suo timbro unico. I violini ne sono ricchi.

Un modo semplice per trovarli è usare una chitarra. Toccando la corda mentre la pizzichi, è possibile suonare le armoniche. Toccare esattamente a metà della corda per ottenere la prima (ottava). 1/3 della lunghezza dà un'ottava e una quinta, 1/4 dà l'ottava successiva. Elaborare attentamente il punto esatto lungo la corda darà 1/5, 1/6, ecc.

Le trombe usano le armoniche per produrre tutte le loro note, come quando l'imboccatura è serrata, le note più alte dell'armonico vengono realizzati.

Qualsiasi suono o altra vibrazione prodotta da un processo che si ripete perfettamente a una certa frequenza f viene scomposto matematicamente in una combinazione di onde sinusoidali a frequenze che sono multipli interi di f. I suoni prodotti da processi che non si ripetono perfettamente possono essere scomposti in onde sinusoidali, ma non saranno tutti multipli di una frequenza comune. In pratica, molti strumenti producono vibrazioni che non si ripetono perfettamente, ma sono abbastanza vicine da poter essere scomposte in onde che sono per lo più multipli di una frequenza comune o molto vicine ad essa.

Alcuni processi naturali che producono suono hanno meccanismi evidenti che produrranno frequenze multiple. Una corda pizzicata, ad esempio, avrà molti modi risonanti come discusso in un'altra risposta, ma altri strumenti potrebbero non avere alcun mezzo ovvio per generare armonici. Un kazoo, ad esempio, produrrà molti armonici anche se non ha risonanza naturale a nessuna delle frequenze coinvolte. In molti casi, l'effetto può essere modellato da una semplice distorsione armonica [un tale modello potrebbe essere usato con un kazoo].

Se un dispositivo che produce una semplice distorsione armonica viene alimentato un suono costituito da una o più frequenze , ogni frequenza che produce sarà la somma di multipli interi delle frequenze di ingresso. Ad esempio, se un amplificatore distorcente fosse alimentato da una combinazione di segnali 200Hz e 250Hz, ciascuna frequenza nella sua uscita, in Hz, sarebbe un multiplo di 200 più un multiplo di 250. Tutte queste frequenze sarebbero multipli di 50, quindi sarebbe una combinazione di multipli di 50Hz. Se qualcosa come un kazoo viene alimentato con una combinazione di frequenze che sono tutti multipli di 440Hz, l'output sarà ugualmente costituito da tali frequenze.

La maggior parte degli strumenti musicali contiene alcuni componenti risonanti che producono armoniche naturali nel modo sopra menzionato (come una corda che vibra) ma contengono anche altri componenti che introducono distorsione. Ad esempio, la parte superiore di un violino cambia forma in qualche modo mentre vibra, e questo introdurrà una distorsione armonica che aggiunge componenti di frequenza oltre a quelle generate dalla corda stessa. Per gli strumenti che vengono utilizzati solo per suonare una singola nota alla volta, tali componenti di frequenza saranno multipli dell'altezza fondamentale della nota, quindi tale distorsione sarà spesso piacevole. Tuttavia, la distorsione armonica spesso costituisce una parte fondamentale di ciò che fa suonare i vari strumenti come loro.

Le risposte esistenti sono ottime per le spiegazioni tecniche ma potrebbero mancare qualcosa dal punto di vista della composizione (orchestrazione). Quello che devi imparare è come diverse combinazioni di strumenti e toni possono suonare bene insieme perché si rafforzano a vicenda ( consonanza ) o interferiscono tra loro ( dissonanza ).

Ciò accade a livello di intonazione in base alla serie armonica, come

C1 - C2 - G2 - C3 - (E3 *) - G3 - ( Bb3 *) - C4 (ecc.)

* Queste altezze non sono esattamente "intonate" a un orecchio occidentale perché usiamo una scala in cui le frequenze sono regolate (temperate) per permetterci di suonare in più tasti e creare modalità maggiore, minore e altre, cosa che non accadrebbe se usassimo frequenze esatte.

Su uno strumento a passo variabile come un violino, un basso senza tasti, un trombone, un sintetizzatore o la voce umana, tu può produrre note che corrispondono esattamente alla serie armonica per l'altezza fondamentale (C1 nell'esempio sopra). La maggior parte degli altri strumenti può essere suonata solo a determinate altezze predeterminate in base alle capacità fisiche dello strumento, sebbene con gli strumenti a fiato l'esecutore possa variare leggermente l'altezza (cioè l'intonazione) con l'imboccatura e il controllo del respiro. Lo strumento nel suo insieme può anche essere sintonizzato su una determinata altezza e gli strumenti a tastiera (piano, organo) devono essere accordati in anticipo.

In generale, più è abile l'esecutore, meglio è nel suonare " in sintonia "con se stessi e gli altri. Come compositore, quindi, puoi scrivere musica che utilizza questi rapporti di frequenza per creare consonanze o dissonanze in base a ciò che stai cercando di ottenere. C'è la tendenza ad associare la dissonanza alle emozioni negative e la consonanza con quelle più positive, sebbene questa non sia una regola dura e veloce.

Ecco perché di solito non hai due note basse vicine, ad esempio, perché producono armonici che interferiscono tra loro e creano un suono sgradevole. Se crei una dissonanza, assicurati di farlo intenzionalmente e non per caso.

Infine, come già accennato, gli strumenti hanno un timbro che contiene la nota fondamentale e vari armonici . Non è così facile da controllare e in realtà fa parte del suono caratteristico dello strumento. Tuttavia, devi anche essere consapevole di come il timbro / gli armonici di uno strumento interagiranno con un altro. Vedi questo link per alcuni esempi di combinazioni di strumenti buone / cattive (secondo l'opinione di quell'autore).

Si spera che questo aiuti con la parte "perché è importante" dal punto di vista del compositore .

Qualsiasi nota, diversa da un'onda sinusoidale pura, ascoltata in una camera anecoica, conterrà frequenze aggiuntive rispetto a quella fondamentale. La dimostrazione in laboratorio di una corda che vibra nel suo insieme, a metà, in terzi ecc. È un caso ideale. Nella vita reale, una corda non avrà un'uniformità assoluta e una massa trascurabile. Sarà anche collegato ad altre strutture con le proprie risonanze. Pertanto (e fortunatamente, per produrre suoni interessanti) molti degli armonici saranno spostati dal loro posto teorico nella "serie armonica". Un caso estremo è la campana della chiesa, che ha un forte armonico un settimo maggiore sopra il fondamentale! Ma, in generale, i suoni strumentali consistono in un mix di frequenze che corrispondono abbastanza strettamente alla serie armonica. Come può essere usato nell'orchestrazione?

Bene, potresti prendere in prestito il trucco usato dai costruttori di organi per produrre il suono di una canna da 32 'senza dover costruire un oggetto così costoso e ingombrante. Due ranghi, un'ottava e un dodicesimo sopra l'altezza desiderata, possono causare un effetto interessante. Leggi qui:

http://www.mmk.ei.tum.de/fileadmin/w00bqn/www/Personen/Terhardt/ter/top/acbass.html

La stessa tecnica potrebbe essere utilizzata per il punteggio strumentale. Scrivi un paio di flauti, un perfetto 5 ° a parte. Riesci a sentire l'ottava inferiore "virtuale" in questo esempio?

Fenomeno acustico o percettivo? Quanto possono essere stonate le note prima che l'effetto smetta di funzionare? (Quanto dev'essere stonata QUALSIASI nota prima che perda la sua funzione armonica?) Stiamo entrando in un'area affascinante qui ...

In poche parole, gli armonici sono frequenze più alte che vengono suonate contemporaneamente alla tonica. (Allo stesso modo, le sfumature vengono suonate contemporaneamente, ma a frequenze più basse rispetto alla tonica.)

Overtoni e sottotoni fanno cantare un LA 440 da un suono umano diverso da un LA 440 suonato da un oboe, oppure da qualsiasi altro strumento.