La storia della ricerca scientifica è ricca di casi di serendipity, che capitano quando si è impegnati ad osservare un fenomeno o a costruire un dispositivo, ma poi, in modo del tutto inaspettato e fortuito, ci si imbatte in qualcos’altro. È quello che è successo con la celebre scoperta della penicillina, oppure del teflon, della dinamite, del forno a microonde e dei raggi X, tra le altre. A volte, invenzioni di questo tipo diventano particolarmente fortunate e di successo anche in ambiti apparentemente lontani dalla scienza, come nel caso del theremin.
Lev Sergeevič Termen era un fisico e inventore russo di talento, che nel 1919, in giovane età subito dopo gli studi, diventò responsabile del laboratorio dell’Istituto fisico-tecnico di Pietrogrado fondato da Abram Loffe, pioniere della fisica russa dell’epoca.
Mentre era impegnato nella messa a punto di un prototipo per misurare la densità dei gas nel vuoto attraverso l’interazione con onde elettromagnetiche, Termen si accorse di qualcosa di strano quando, per sbaglio, inserì una mano nel campo elettromagnetico generato per l’esperimento. Lo scienziato, infatti, era interessato a produrre per via elettromagnetica un segnale sonoro provocato dai gas, ma capì che l’interferenza della mano generava un suono diverso, ben più forte, sibilante e anche un po’ sinistro, mai sentito prima.
Termen, che era anche un violoncellista esperto, notò inoltre che quel sibilo così insolito poteva essere facilmente modulato variando la posizione della mano nel campo d’onda. L’intuizione che questo fenomeno sarebbe stato forse più utile per qualcos’altro non tardò ad arrivare.
Perfezionando lo strumento grazie a due oscillatori armonici, lo scienziato realizzò il primo strumento musicale completamente elettronico da suonare, incredibilmente, senza bisogno di toccarlo, ma solo allontanando e avvicinando le mani, cosa che lo rendeva quindi all’apparenza invisibile e misterioso: era nato l’eterofono.
In effetti, grazie ad una struttura piuttosto semplice, costituita da due antenne collegate agli oscillatori elettromagnetici e da un circuito montati in una scatola di legno, si riuscivano a realizzare delle composizioni molto suggestive e originali, con una sonorità indecifrabile, vagamente simile ad un ibrido tra quelle di un violino e di un sassofono.
Tra gli anni ’20 e’30 del secolo scorso, il fisico russo, che nel frattempo cambiò il suo stesso nome in Lev Theremin, portò in giro per il mondo questa straordinaria invenzione, ribattezzata quindi theremin in suo onore, esibendosi con successo in Europa e in America, dove puntualmente suscitava l’incanto e lo scalpore di tutto il pubblico, oltre che di grandi artisti e scienziati, come Arturo Toscanini o Albert Einstein.
La musica dei battimenti
Come è possibile produrre dei suoni senza maneggiare un mezzo solido?
Alla base della “magia” del theremin c’è il fenomeno fisico del battimento: quando due onde, con frequenze diverse ma molto ravvicinate, si sovrappongono, la risultante è una terza onda con un andamento pulsante, definita appunto battimento. Nel caso del theremin, le onde generate sono di tipo elettromagnetico, con una frequenza molto alta non udibile dall’uomo, generate da due oscillatori elettromagnetici con la stessa frequenza propria. Avvicinando e allontanando le mani da un’antenna, si modifica la componente capacitiva di uno dei due oscillatori, variandone così la frequenza di lavoro, e il battimento generato è dato da un’onda che rientra in un intervallo udibile dello spettro. Le due antenne sono montate in posizioni diverse, per non creare disturbi superflui: muovendo una mano attorno all’antenna posta in verticale vengono modulate le note, mentre avvicinandola a quella in posizione orizzontale si regola il volume (toccandola, invece, si chiude il circuito, ovvero volume zero).
Una stagione di innovazioni
Sebbene il fenomeno del battimento fosse già noto e utilizzato in musica – per esempio con il principio del terzo suono o suono fantasma – l’effetto che si ottiene con il theremin ha una musicalità molto diversa da quella a cui siamo abituati. Lo strumento, infatti, non avendo tasti, corde o pioli, non ha la possibilità di intercettare una intonazione “temperata”, bensì solo frazioni e variazioni di toni non lineari, dal momento che la distanza tra due note consecutive è diversa in ciascuna ottava.
Per questa ragione il suono non convenzionale del theremin risulta così affascinante ed è stato presto adottato con entusiasmo dall’industria hollywoodiana, che l’ha utilizzato per molte colonne sonore di film, spesso di fantascienza, come Ultimatum alla Terra (1951), Io ti salverò di Alfred Hitchcok (1945), C’era una Volta il west di Sergio Leone (1968) o Ed Wood di Tim Burton (1994) oltre, naturalmente, ad essere suonato in celebri brani pop-rock come Good Vibrations (1966) dei Beach Boys, Whola lotta love (1969) dei Led Zeppelin o Echoes (1971) dei Pink Floyd.
L’oggettiva difficoltà di suonare il theremin, inizialmente affidato alle mani esperte di soli pochi, talentuosi musicisti (come Clara Rockmore, oltre allo stesso Theremin) ha spinto diversi giovani scienziati e ingegneri a idearne dei modelli alternativi e più avanzati. Tra questi, Robert Moog, fisico newyorkese, ossessionato dal theremin, che ne sviluppò una versione a transistor, per poi inventare una ideale evoluzione, il sintetizzatore elettronico modulare suo omonimo, il famoso Moog, che avrebbe a sua volta ispirato altre generazioni di musicisti.
Quanto a Lev Theremin, dopo aver contribuito anche alla nascita delle porte e degli allarmi automatici in America, fu poi costretto a rientrare in Russia per mettersi al servizio dell’Unione Sovietica. Continuò a lavorare con le onde elettromagnetiche, seppur per scopi bellici e di spionaggio, inventando un sistema di ascolto a distanza che sfruttava l’energia indotta da alte frequenze radio (ovvero la prima cimice).
Il suo “momento di serendipità”, arrivato grazie agli oscillatori elettromagnetici, continua ancora oggi, a distanza di più di un secolo, ad affascinare e ispirare nuove generazioni di scienziati e artisti.
Attività
I battimenti si possono osservare in altri contesti fisici legati al mondo della musica, ma non solo. Raccogli informazioni a riguardo dello strumento chiamato diapason, cerca di capire come funziona e confrontalo con il principio di funzionamento del theremin. Descrivi le differenze tra questi, visualizzando in grafico le caratteristiche fisiche principali delle onde generate nei due casi.