Gli strumenti musicali portano gioia sia ai musicisti che agli ascoltatori. Creare la voce, o lo stile e il tono caratteristici di uno strumento, è uno squisito equilibrio tra fisica e maestria. Ad oggi, c'è stata poca analisi dell'acustica responsabile delle voci distinte dei diversi strumenti a pizzico.

Ora, un team guidato da Jim Woodhouse, professore emerito presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Cambridge, UK, ha studiato le caratteristiche fisiche responsabili della voce di un banjo a 5 corde. Confrontano i risultati con una chitarra con corde d'acciaio.

Lo studio, pubblicato in Acta acustica , è co-autore di David Politzer, un fisico vincitore del premio Nobel con sede al CalTech negli Stati Uniti e specialista in acustica Hossein Mansour. All'epoca Mansour stava lavorando con la società tecnologica francese Dassault Systèmes.

L'articolo ad accesso libero contiene clip audio incorporate che danno vita alla ricerca.

Costruzione e fisica per la voce

Per indagare sull'acustica responsabile della voce immediatamente riconoscibile del banjo, i ricercatori hanno misurato la risposta vibrazionale dello strumento e hanno studiato come il suono che produce è influenzato dai parametri costruttivi.

"Nel banjo, insolitamente tra gli strumenti a corda, molti di questi parametri possono essere regolati dal produttore o dal giocatore, quindi è utile capire come funzionano tali regolazioni, "dice Woodhouse.

Il team ha utilizzato la sintesi della modellazione fisica per sondare l'acustica. Sono stati elaborati modelli matematici, testato e calibrato in laboratorio e utilizzato per sintetizzare esempi sonori. I ricercatori hanno dimostrato che i modelli potrebbero produrre suoni "convincentemente simili a banjo".

Questi suoni sintetizzati erano fondamentali per il lavoro, quindi sono stati incorporati come clip audio nell'articolo. Tradizionalmente, tali clip sarebbero disponibili come materiale supplementare da scaricare. "I file incorporati danno al lettore un tempo molto più semplice e consentono una risposta molto più immediata, "dice Woodhouse.

Contrasti e scoperte

La struttura di un banjo differisce da quella di una chitarra. I banjo hanno una membrana allungata simile a un tamburo piuttosto che un piatto di legno per una tavola armonica, e questo si ripercuote sull'acustica.

"Le corde si accoppiano molto più fortemente alla vibrazione della tavola armonica. Il risultato è che le note su un banjo sono più forti delle note corrispondenti su una chitarra, e decadono più rapidamente, " spiega Woodhouse.

Attraverso l'analisi dei modelli, il team ha anche fatto una scoperta più sorprendente. A differenza dei precedenti lavori su violini e chitarre, lo studio del banjo dimostra come il suono sia influenzato da strutture acustiche chiamate formanti.

"Sotto la struttura fine delle risonanze individuali, ci possono essere formanti, strutture su larga scala, modellare la distribuzione di frequenza del suono irradiato dallo strumento, "dice Woodhouse.

Le regolazioni strutturali del banjo possono essere utilizzate per controllare le formanti e quindi modificare il tono dello strumento.

"Il banjo rappresenta un caso estremo del contrasto modalità/formante:i cambiamenti che interessano le risonanze individuali sembrano essere molto meno importanti, in termini di suono, rispetto ai cambiamenti che interessano le formanti."

Lavorare nel campo dell'acustica musicale, dove la fisica si combina con la percezione e il giudizio umani, richiede un approccio insolito alla ricerca, dice Woodhouse.

"Con problemi musicali, le questioni di fisica devono essere risolte attraverso l'interazione con costruttori e suonatori di strumenti. Puoi incontrare molte persone interessanti che fanno questo tipo di lavoro!"