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Ricerca: da violino a tromba, come si riconosce il suono degli strumenti

09 luglio 2014 | 15.08
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(Adnkronos Salute) - Batteria, basso, chitarra, violino, pianoforte. Ascoltando un disco, o durante un concerto, sappiamo tutti riconoscere il suono proveniente da strumenti differenti. Ma come è possibile? E cosa, esattamente, ci permette di individuare e distinguere uno strumento musicale da un altro? A chiederselo è stato un gruppo di scienziati della John Hopkins University (Usa) che, per cercare una risposta, ha costruito un modello matematico per riprodurre l'attività delle cellule cerebrali e definire come si riesca a differenziare il timbro dei diversi strumenti. Un approccio al problema, quello degli scienziati, che in futuro potrebbe anche aiutare le persone con disabilità uditiva a percepire e apprezzare la melodia.

"La musica - ha spiegato oggi Mounya Elhilali durante il Fens Forum, la conferenza internazionale sulle neuroscienze in corso a Milano - è un'esperienza acustica complessa che spesso diamo per scontata. Sia che siamo seduti in una sala da concerto o stiamo ascoltando la musica con gli auricolari, non abbiamo difficoltà a identificare gli strumenti che stanno suonando, seguendo i battiti e le melodie, o semplicemente distinguendo un flauto da un oboe. Il nostro cervello si basa su un certo numero di attributi sonori che analizzano la musica attraverso le orecchie. Si tratta - continua - di caratteristiche che possono essere molto semplici, come la rumorosità, oppure decisamente più complesse, come l'identità di uno strumento, formalmente chiamata 'timbro'. Ad esempio, i timbri di strumenti a percussione come il tamburo o la marimba hanno una qualità unica, simile al rumore, che li rende chiaramente distinguibili da strumenti a fiato come l'oboe o il flauto".

Ed è proprio ciò che rende riconoscibile un oboe, rispetto a un tamburo, lche gli scienziati ancora non riescono a capire pienamente. La ricerca condotta da Elhilali - e dai colleghi nel dipartimento di ingegneria elettrica e informatica - ha quindi l'obiettivo di risolvere questo quesito sulla natura del suono. Punto di partenza dello studio è l'attuale conoscenza di come i suoni sono processati nel sistema uditivo del cervello, in modo da costruire una rappresentazione degli aspetti acustici che definiscono il timbro degli strumenti musicali.

Quando un suono entra nelle nostre orecchie, viaggia attraverso diverse strutture cerebrali che ne codificano i vari attributi tra cui il tono o la frequenza, così come le dinamiche temporali, ovvero gli elementi del suono che cambiano nel tempo. E ciascun collegamento neuronale analizza un preciso aspetto sensoriale del suono. Utilizzando queste premesse, la squadra di Elhilali ha costruito un modello matematico che riproducendo la grande varietà dei nostri neuroni riesce ad analizzare qualunque suono. Il risultato è una rappresentazione multi-dimensionale di ciascun input sonoro, che contiene tutte le informazioni necessarie per definire il suono stesso. Compresa, ad esempio, la combinazione di tempo e frequenza sonora.

"Con questo nuovo metodo per rappresentare la musica, abbiamo visto che tutti i suoni del pianoforte tendono ad attivare lo stesso gruppo di neuroni, mentre quelli del violino attivano un altro gruppo. In questo modo cerchiamo di raggruppare gli strumenti musicali", spiega Elhilali. I risultati mostrano che questo modello fornisce una classificazione quasi perfetta degli strumenti musicali - con una precisione del 98% - attraverso il raggruppamento di suoni appartenenti alla stessa categoria. E il gruppo di ricerca sta usando lo stesso metodo per migliorare la comprensione dei meccanismi cerebrali legati alla percezione del timbro. "A lungo termine - conclude il ricercatore - lavorare su modelli informatici di questo tipo potrebbe portare a migliorare le tecnologie per aiutare le persone con disabilità uditive a riuscire a godere dei piaceri della musica".

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