Diapason

a cura di Marcella Apicella

Quando la cupola fu costruita nel 1850, l’ingegnere supervisore Montgomery C. Meigs utilizzò il diapason per valutare le travi in ​​ghisa realizzate per la cupola del Campidoglio . Per testare una trave, l’ingegnere la colpiva con il diapason e appoggiava la testa del diapason sulla trave. Il tono prodotto direbbe se la trave aveva un difetto, come una crepa o un vuoto. Le travi difettose furono respinte e quelle buone furono sollevate al loro posto nella Cupola, dove rimangono oggi.

Travi interne della Cupola del Campidoglio Washington D.C.

G. Cardano, medico, matematico e astrologo a Pavia, in Italia, nel 1550 descrisse come il suono può essere percepito attraverso il cranio. Alcuni anni dopo H. Capivacci, anch’egli medico di Padova, si rese conto che questo fenomeno poteva essere utilizzato come strumento diagnostico per distinguere tra disturbi dell’udito localizzati nell’orecchio medio o nel nervo acustico. Il medico tedesco GC Schelhammer nel 1684 fu il primo ad utilizzare una comune forchetta da posata sviluppando ulteriormente gli esperimenti iniziati da Cardano e Capivacci. 

 

Qui viene presentata per la prima volta un’immagine del antico diapason elettrico di Händel, costruito nel 1885

L’invenzione del diapason: 

Il diapason fu inventato nel 1711 da John Shore, trombettista e liutista di H. Purcell e GF Händel a Londra.  Ci sono una serie di aneddoti legati all’inventore del diapason, usando giochi di parole che coinvolgono il nome Shore e mescolando piffero e forcone. Alcuni di questi sono collegati qui. Il diapason come strumento musicale divenne presto un successo in tutta Europa. La fisica del diapason: il fisico tedesco EFF Chladni a Wittenberg intorno al 1800 fu il primo a studiare sistematicamente la modalità di vibrazione del diapason con i suoi punti nodali. Oltre a questo, lui e altri tentarono di costruire uno strumento musicale completo basato su set di diapason, che, tuttavia, non furono ampiamente accettati. JH Scheibler in Germania nel 1834 presentò un set di 54 diapason che coprivano la gamma da 220 Hz a 440 Hz, ad intervalli di 4 Hz. J. Lissajous costruì a Parigi un diapason molto elaborato con una cassa di risonanza, che avrebbe dovuto rappresentare lo standard internazionale della nota musicale LA con 435 vibrazioni al secondo, ma questo rimase controverso. KR Koenig, un fisico tedesco residente a Parigi, inventò un diapason mantenuto in vibrazione continua da un meccanismo a orologeria. H. Helmholtz, fisiologo a Heidelberg, nel 1863 utilizzò set di diapason alimentati elettromagneticamente per i suoi famosi esperimenti sulle sensazioni del tono. Fino all’invenzione della valvola elettronica, i diapason rimasero strumenti indispensabili per produrre vibrazioni sinusoidali definite. Importante è l’uso diagnostico del diapason in otologia.

Vibrazioni meccaniche

Quando si colpisce un diapason, vibrerà secondo uno schema di movimento complesso che matematicamente può essere descritto come la sovrapposizione dei cosiddetti modi di risonanza o modi propri. Ciascun modo è associato ad una particolare frequenza propria e la combinazione di tutte le frequenze proprie crea il timbro specifico che rende il suono caratteristico di un diapason. Le frequenze proprie più alte corrispondono a modi di risonanza che verranno smorzati più rapidamente rispetto alla frequenza propria più bassa del cosiddetto modo fondamentale . Solo un secondo circa dopo aver colpito la forcella, la maggior parte dei modi più alti vengono smorzati e tutto ciò che si può sentire è il suono del modo fondamentale come un tono pulito. Questa è l’ altezza del diapason. Le immagini seguenti mostrano le forme modali qualitative di alcuni dei primi modi propri. Le deformazioni sono esagerate per mostrare le forme più chiaramente.

La modalità fondamentale prevede che i rebbi vibrino avanti e indietro in modo simmetrico ed equilibrato, trasferendo pochissima forza al manico. Questa modalità è debolmente smorzata e mantenuta più a lungo dopo un colpo. Molte delle modalità a risonanza più elevata hanno un movimento di torsione e rotazione che trasferisce molta forza alla maniglia e verrà smorzata rapidamente da una mano che la tiene. Il primo modo più alto bilanciato che, ancora una volta, trasferisce pochissima forza al manico è a 2800 Hz e suonerà insieme al modo fondamentale quando si colpisce il diapason.

Un’analisi spettrale di un diapason nella vita reale rivela infatti che è proprio così:

Uno spettro di frequenza di un diapason che suona dB rispetto alla frequenza. I picchi sono chiaramente visibili a 440 Hz e 2800 Hz, corrispondenti a modalità bilanciate con poco trasferimento di forza sull’impugnatura e, quindi, meno smorzamento. Creato da una registrazione di un diapason utilizzando il software Cubase® 7.5 di Steinberg® Media Technologies GmbH.

Le immagini sopra corrispondono ad un diapason vincolato al manico da qualcuno che lo tiene saldamente. Ottieni un insieme di modalità leggermente diverso nel caso di un diapason non vincolato, come se lo appendessi a una corda. Tuttavia, in entrambi i casi, la modalità bilanciata fondamentale è a 440 Hz.

Come nota a margine (gioco di parole), il timbro transitorio di un diapason, compresi i contributi tonali delle modalità di risonanza più alte, è ciò che crea il suono caratteristico di un pianoforte elettrico Rhodes , che è essenzialmente una raccolta di diapason, o denti, di diverse lunghezze.