Presenza contemporanea di più suoni e battimenti

Questa volta vorrei parlare dei fenomeni dei battimenti, che sono causati dalla presenza di due stimoli sonori di ampiezza comparabile. Esistono due tipi di battimenti: quelli dovuti alla presenza di due suoni non perfettamente accordati come due note una di 440 e un’altra di 444 hz, per esempio, oppure con intervalli consonanti non perfettamente accordati, come due note una di 440 e l’altra di 664 hz che formano un intervallo di quinta.

Funzionamento e caratteristiche del nostro orecchio

Semplificando molto, quando il movimento dell’aria raggiunge il nostro timpano, viene posta in vibrazione la catena degli ossicini dell’orecchio medio, che arrivano alla membrana della finestra ovale della coclea. Le vibrazioni di quest’ultima vengono trasmesse al liquido contenuto in essa, che a sua volta pone in vibrazione la membrana basilare. Nella membrana basilare avviene il riconoscimento della frequenza, infatti ogni frequenza eccita una ristretta zona di questa membrana. La coclea ha una lunghezza di 35 mm, in cui sono dislocati circa 30mila recettori, il cui compito è quello di rilevare le oscillazioni della membrana basilare e di mettere in azione alcune delle circa 4mila fibre nervose, che arrivano al nostro cervello. Ad ogni ottava musicale e quindi raddoppio di frequenza, abbiamo a disposizione circa un decimo (3,5-4,0 mm) della membrana basilare che è eccitabile per frequenze comprese fra 20 hz e 16mila hz.

L’orecchio è quindi un sistema molto selettivo: è in grado di distinguere circa 1.400 frequenze diverse, su quasi dieci ottave, ovvero oltre 110 semitoni. Questo ci fa capire che abbiamo a disposizione, mediamente, oltre dieci frequenze riconoscibili per ogni semitono, ma queste non sono equamente distribuite. Tra 20 e 500 hz, abbiamo infatti appena 200 frequenze distinguibili e 57 semitoni della scala musicale, mentre tra 500 hz e 16000 hz le restanti 1.200 frequenze e gli altri 61 semitoni. La capacità di discriminare due frequenze è inoltre dipendente dall’intensità dello stimolo sonoro, infatti a basse frequenze, uno stimolo di bassa intensità non individua esattamente due frequenze diverse.

Assenza dei battimenti per frequenze identiche

Se, per esempio, abbiamo le due frequenze perfettamente uguali e in fase tra loro, si potrà ascoltare una frequenza unica, con ampiezza pari alla somma delle due frequenze. Variando solo la fase di una delle due, la frequenza rimarrà la stessa, ma verrà ridotta in ampiezza. Nel caso limite di due frequenze assolutamente identiche, della stessa ampiezza, ma fase opposta, il risultato finale sarà una cancellazione del suono e quindi non si udirà nulla.

Naturalmente questa situazione è possibile realizzarla solo per mezzo di attrezzature adeguate e non con strumenti musicali standard. Questa possibilità di gestione della fase del segnale, viene usato per limitare il larsen degli strumenti acustici amplificati, sfruttando questa caratteristica chiamata interferenza distruttiva.

Battimenti per frequenze leggermente diverse

Nel primo tipo di battimenti, la parte meccanica del nostro orecchio, non reagisce bene a questa piccola differenza di frequenza, facendoci sentire queste oscillazioni. Se la differenza tra le due frequenze, è piccola, il segnale risultante varia in ampiezza, fino ad annullarsi in alcuni punti, quando le due frequenze si trovano d’identica ampiezza, ma fase opposta, per poi ricrescere e ridiminuire ciclicamente. In queste condizioni l’orecchio percepisce un unico suono, dato dalla media delle due frequenze, insieme ai battimenti che diventano più rapidi, aumentando la differenza tra le due frequenze. Oltre un certo valore, però, non si avvertono più battimenti ma le due note distinte. Questo dipende dalla membrana basilare dell’orecchio che per frequenze molto simili tende a confondersi.

Esistono dei limiti ben precisi dove avviene il fenomeno dei battimenti, chiamati limiti di discriminazione, e una banda più ampia di transizione, chiamata banda critica, dove i battimenti sono meno presenti ma si ha una sensazione di asprezza dei suoni e il non totale riconoscimento delle due frequenze distinte.

Battimenti per frequenze distanti un’ottava, una quinta o una quarta

Se non abbiamo la perfetta intonazione dell’ottava si torna a percepire i battimenti, ma questi sono dovuti a cause diverse dai precedenti. Infatti se nel primo caso si aveva una modulazione dell’ampiezza del segnale risultante, ora abbiamo invece un’ampiezza e una frequenza costante. In questo caso quindi non è colpa della membrana basilare dell’orecchio ma del sistema nervoso uditivo. Questo tipo di battimenti si verificano per frequenze inferiori a 1.500 hz e per intervalli d’ottava, di quinta e di quarta.

Terzo suono di Tartini e fondamentale mancante

Si è parlato anche recentemente del terzo suono di Tartini scoperto nel 1714. In presenza di forti stimoli sonori, è possibile percepire un suono di frequenza più bassa, non presente realmente, poiché è solo un effetto psicofisico. Questi suoni aggiuntivi vengono detti suoni di combinazione o differenziali e sono caratterizzati dalla differenza tra i due suoni di partenza.

Anche nel caso della fondamentale mancante, prodotto dalla percezione di una frequenza fondamentale dovuta a due o più suoni formanti intervalli di terza, quarta o quinta quando vengono suonati simultaneamente, è possibile parlare di effetto psicofisico. La differenza con i suoni di combinazione sta nel fatto che è possibile percepirla anche per suoni di bassa intensità e i loro intervalli sono gli stessi di cui sono caratterizzati tutti i suoni musicali composti da una fondamentale e le sue armoniche.