AREA I - ARTE TECNICO SCIENTIFICA (ATS)
Capitolo ATS.J02: "Suono e Tono della Campana Individuale" - Pagina 01

Gli argomenti di questa pagina sono stati inseriti da Ing. Michele Cuzzoni nel 2012, aggiornati il 01/05/2016, e sono desunti dalla Bibliografia riportata a fondo pagina.

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La nota della campana e le sue sfumature

  

INDICE:

 

Quando una campana suona e ascoltiamo con attenzione il suo suono, si scopre già rapidamente che il suono delle campane è costituito da più di un tono. È una caratteristica specifica della campana, mentre altri strumenti musicali sembrano mostrare le stesse proprietà di ascolto. I toni usati nella musica sono essenziali e quindi producono suoni con un certo tono.

Per una corretta comprensione delle campane, si paragonano i loro toni con i quelli di altri strumenti e, in particolare quelli in cui il tono viene prodotto da una colonna d'aria vibrante (canna d'organo) o una corda completamente flessibile.

La struttura tonale è dimostrata dalla cultura musicale d'Europa in larga misura.

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Gli Armonici

Se si analizza attentamente il suono di una canna d'organo o di una corda, risulta che, quando la nota più bassa (fondamentale) emessa è, per esempio,  il do4 gli armonici seguenti sono:

do3 do4 sol4 do5 mi5 sol5 sib5- do6 re6 ecc.
Sub-ottava Prima (unisono) Quinta Ottava Decima Dodicesima   Doppia Ottava    

  
Il segno “-“ significa una lieve riduzione del passo rispetto alla nota scritta adiacente. Se si notasse un piccolo aumento, si userebbe allora il segno più “+”. La cosa straordinaria di questa serie è il fatto che le prime sei note (la fondamentale e i primi cinque armonici o i primi sei parziali) sono  perfettamente regolate da una serie di moduli, o in altre parole, la triade maggiore è collocata in una posizione sfalsata.

Occorre l’aritmetica per trovarne le proprietà.

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La frequenza

Per prima cosa si introduca la grandezza della frequenza che è espressa in Hz (Hertz). Se si eccita un diapason, esso produrrà un la3 vibrando con una velocità di 440 volte al secondo avanti e indietro. Si dice che un tale “la” ha una frequenza di 440 Hz.

Abbiamo poi una serie di frequenze superiori, chiamate autofrequenze, valide per una canna d’organo o una corda, secondo il seguente schema:


261,63 - 523.25 - 784,90 - 1046,5 - 1306,4 - 1569,8 - 1831,6 - 2093,0 - 2354,8 Hz.


Se calcoliamo il rapporto tra questi valori di vibrazione, la proporzione diventa:


1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9, ecc


C'è ovviamente una relazione tra gli accordi di base (triade maggiore) e questi numeri. Queste frequenze sono quindi chiamate
armoniche. Il contesto della psicologia della musica è da tempo riconosciuto.

Uno degli ascoltatori della stessa serie (sopra) può sentire il suono separatamente, ma con uno totale sul tono della fondamentale. Detto do3 il tono fondamentale, pertanto, si imposta il tono del suono, nel nostro esempio, scelto dal tubo o dal timbro degli archi.

In tutto questo non stiamo parlando della forza di ogni parziale. Questo dà il tono o il timbro del suono. Questo suono fondamentale che è  familiare in molti strumenti musicali occidentali, sembra non trovare applicazione per le campane europee. O, più correttamente formulato, le percussioni (tamburo, timpani, xilofono, ecc) non hanno alcun suono armonico, in modo che le armoniche siano non armoniche.

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Gli armonici nelle campane

Una campana con un Do4 puro, per esempio, possiede le seguenti armoniche che vanno rilevate poiché possono possedere tutti i vari tipi di anomalie. Ecco un esempio ideale:

Do3 Do4 Mib4 Sol4 Do5 Mi5 Fa5- Fa5+ Sol5 ecc.
Sub-ottava Prima (unisono) Terza minore Quinta Ottava Terza maggiore Prima Undecima Seconda Undecima Dodicesima  

Solo i cinque più bassi parziali mostrano una serie armonica probabile, il rapporto delle cui frequenze è il seguente:

5: 10: 12: 15: 20 oppure 1/12 1/6: 1/5: 1/4: 1/3

Le frequenze dipendono dal modo in cui è formato il profilo della campana, ma possono evidenziarsi anche un Si3 e un Do#4.

La sequenza appena descritta rimane un’immagine ideale. Qui dominano le ottave. Quindi uno può parlare di campana in ottava, in contrasto con una campana in nona, in settima ed anche in sesta.

Si veda pag. J02.17 - Campane non ottave.

Inoltre, il passo di una campana risponde in modo diverso rispetto a una corda o a un tubo di organo a canne. In questi strumenti l’altezza del suono è determinata dalla nota chiave che è rappresentata dal quinto parziale ovvero dal quarto armonico. In contrasto con gli altri toni, il tono di quinta è una percezione psico – acustica. La sua presenza nel suono risultante non si può mostrare con mezzi fisici.

Il tono della campana si forma nel nostro sistema uditivo e non direttamente in essa. A pag. J02.08 - Il tono Primario e Secondario - Periodicità del tono", si vedrà questo dettaglio.

Si può notare che il suono della nominale ha un tono a un’ottava inferiore della quarta armonica che è pertanto il quinto parziale.

Nel nostro esempio è il Do4. Poiché in questo esempio il tono coincide con quello della prima armonica, si è portati a pensare che sia propriamente un tono. Tuttavia ciò è sbagliato.

Come la nota di base è il Do4 e il Do4 è la prima armonica, tutte le armoniche sono prodotte dalle vibrazioni della campana. Il contrasto avviene per mezzo del nostro udito che riconosce bene la nominale. Il concetto può essere spiegato dall’esempio seguente:

Nel caso precedente si è sempre parlato di una campana ottava. Molte campane, in particolare quelle vecchie, hanno strutture tonali differenti. La grande campana Salvator a Mechelen, ad esempio, mostra la nota nominale e le prime 4 armoniche vicine al seguente schema:

Fa#1 Sol2 La2+ Do3 Fa#3

Anche in questa campana si nota la nominale che determina l’intonazione in ottava inferiore al Fa#3 del quarto armonico. La Salvator ha quindi suono acustico pari a Fa#2.

Il primo armonico superiore, tuttavia, è di un semitono superiore, e l’ascoltatore può essere tratto in inganno dai suoni che percepisce. Sente che la campana è un Fa#2, ma ne ode anche un suono interferente ed è rilevabile il Sol2.

Così è chiaro perché una buona campana debba avere una serie di toni come nell’esempio seguente:

Do3 Do4 Mib4 Sol4 Do5

Naturalmente si pone la questione del motivo per cui la campana non abbia una struttura di questo tipo, identica a quella di una corda, poiché vi sta di mezzo la fusione.

La risposta è semplice: non sembra possibile progettare una tale sagoma della campana per cui ci si soddisfi del risultato finale.

La terza minore, che rappresenta il raggiungimento ottimale del suono, è sempre ricercata a partire dal 1985. Può accadere che la prima armonica, cioè il secondo parziale, sia più debole, mentre il terzo parziale non è altra che una modifica della terza maggiore. Non in tutte le campane tradizionali si è riusciti a ottenere questo effetto. Si veda pag. J02.18 - La Campana Terza Maggiore.

E’ importante ottenere armoniche sensibili anche sopra il quarto grado, in tal modo si ottiene una composizione molto più armoniosa e ideale; non sempre nelle campane si ottengono questi brillanti risultati. Vi sono casi felici in cui le forti dissonanze, presenti particolarmente nel transitorio di attacco, donano al suono una certa pregevolezza. Si veda pag. J02.06 - Conseguenze Musicali e Misurazioni Acustiche di una Campana.

Per quanto visto sopra si è sempre parlato di suono fondamentale, di prima armonica, di seconda, ecc. Naturalmente, ottenere questo in pratica è molto difficile. Pertanto si indicano i toni musicali con dei nomi propri, anche se il loro suono effettivo si discosta dal nome letterale, e ciò succede quando le campane hanno impurità nell’emissione dei suoni.

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I toni parziali di una campana

I seguenti nomi dei toni parziali sono validi solo per campane ideali. Si deve osservare che il nome della prima armonica è tale perché esso coincide con la nota di battuta nominale (esempio con una campana do4):

 

Do3

Sub-Ottava

Do4

Tonica (nominale)

Do4

Prima

Mib4

Terza minore

Sol4

Quinta

Do5

Ottava

Mi5

Terza maggiore

Fa5 -

Prima Undecima

Fa5 +

Seconda Undecima

Sol5

Dodicesima

La5

Senza nome

Si5

Senza nome

Do6

Doppia Ottava

Anche in questo esempio ci sono alcune discrepanze nei toni acuti: cioè il La5 e il Si5 sono suoni puri senza nome e di fatto non raggiungibili realmente.

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I Centesimi di tono (Cent)

Per valutare correttamente le variabili di suono, occorre considerare una scala di ripartizione più fine. Perciò si utilizza l’intervallo di tono espresso in cent. Per definizione i cent di intervallo corrispondono a 1/1200 di intervallo di ottava o a 1/100 di intervallo di semitono. Con questa scala di valutazione si riescono a valutare gli scostamenti reali dalla scala ideale di qualsiasi bronzo.

Così l’esempio della campana “Salvator” di Mechelen dà il seguente quadro:

Parziale Nota corrispondente Scostamento (in cent)
Tonica (Nominale) fa#2  
Sub-Ottava fa#1 -10 cents
Prima fa#2 + 102 cents
Terza minore la2 + 17 cents
Quinta do#3 - 56 cents
Ottava fa#3 - 17 cents

 

Questo esempio mostra chiaramente che la suddivisione dei parziali reali si discosta abbondantemente dalla divisione di quelli ideali.

La quinta armonica, per esempio, in questo intervallo della campana risulta aumentata di ¼ rispetto alla scala ideale (Fa#3 - 17 cents).

Dopo questa spiegazione preliminare del suono della campana, risulta evidente come si possono misurare agilmente le piccole variazioni di suono delle varie armoniche reali.

 

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Bibliografia


 
Bib-TS-000 - Testo di Ing. Michele Cuzzoni
Bib-TS-246 - André Lehr - Een klankanalyse van de 16de-eeuwse Van Wou-klokken in de Domtoren te Utrecht (Asten, 1980)
Bib-TS-247 - André Lehr - Partial Groups in the Bell Sound. In:  The Journal of the Acoustical Society of America , vol.79, 1986, blz.2000-2011
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Bib-TS-249 - André Lehr - The tuning of the Bells of Marquis Yi. In: Acustica , vol.67, 1988, blz.144-148
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Bib-TS-257 - André Lehr - Campanologie. Een leerboek over klank en toon van klokken en beiaarden (Mechelen, 1997, 2de druk 1998)
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Bib-TS-259 - André Lehr - The Removal of Warbles or Beats in the Sound of a Bell. In:  Acustica , vol.86, 2000, blz.550-556
Bib-TS-260 - André Lehr - Geschiedenis van de campanologie (Asten, 2001)
Bib-TS-261 - André Lehr - Leerboek der Campanologie, 2007
 

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