Timbre

Los sonidos pueden ser caracterizados por el tono, el volumen, y la calidad. La "calidad" del sonido o "timbre", describe aquellas características del sonido que permiten al oído humano, distinguir los sonidos que tienen el mismo tono y volumen. El timbre es por tanto, un término general de las características distinguibles de un tono. El timbre está determinado principalmente por el contenido de armónicos de un sonido, y las características dinámicas del sonido, tales como el vibrato, y la envolvente de ataque-caída del sonido.

Algunos investigadores informan que reconocer el timbre de un tono, toma una duración de unos 60 ms, y que cualquier tono menor de aproximadamente 4 ms se percibe como un clic atonal (sin tono). Se sugiere que se requiere un cambio de 4dB en armónicos medianos o altos, para ser percibido como un cambio en el timbre, mientras que en los armónicos más bajos, se requiere un cambio de 10 dB aproximadamente.

Contenido de Armónicos

Los principales contribuidores a la calidad o timbre del sonido de un instrumento musical son, el contenido de armónicos, el ataque y caída, y el vibrato. En tonos sostenidos, el más importante de éstos es el contenido armónico, el número y la intensidad relativa de los armónicos superiores presentes en el sonido.

El reconocimiento de los diferentes sonidos vocales de la voz humana, es llevado a cabo en gran parte por el oído interno, mediante el análisis del contenido armónico. Su timbre claramente diferente se atribuye a los formantes vocales, los rangos de frecuencia donde se mejoran los armónicos.

Ataque y Caída

Los principales contribuidores a la calidad o timbre del sonido de un instrumento musical son el contenido de armónicos, el ataque y caída, y el vibrato.

La ilustración de arriba muestra el ataque y la caída del punteo de una cuerda de guitarra. La acción de puntear le da un ataque súbito caracterizado por un rápido aumento de su amplitud de pico. En comparación, la caída es larga y gradual. El oído es sensible a estas velocidades de ataque y caída y puede ser capaz de utilizarlas para identificar el instrumento que produce el sonido.

Esto muestra la envolvente de sonido al golpear un platillo con un palo. El ataque es casi instantáneo, pero la envolvente de caída es muy larga. El período de tiempo que se muestra es aproximadamente medio segundo. El intervalo mostrado arriba con la cuerda de la guitarra es también de medio segundo, pero como su frecuencia es mucho menor, se pueden resolver los períodos individuales de esa envolvente de sonido.

Vibrato/Trémolo

Los principales contribuidores a la calidad o timbre del sonido de un instrumento musical son, el contenido de armónicos, el ataque y caída, y el vibrato. La definición habitual de vibrato es "los cambios periódicos en el tono del sonido", y el término trémolo se utiliza para indicar los cambios periódicos en la amplitud o la intensidad del tono. Por lo tanto el vibrato se podría llamar como la FM (frecuencia modulada) y el trémolo se podría llamar como la AM (modulación de amplitud) del sonido. En realidad, en la voz o el sonido de un instrumento musical ambos están normalmente presentes en cierta medida.

El vibrato se considera que es una característica deseable de la voz humana si no es excesiva. Se puede utilizar para la expresión y añade riqueza a la voz. Si se reproduce con precisión el contenido de armónicos de un sonido sostenido de voz o de un instrumento de viento, el oído puede detectar fácilmente la diferencia en el timbre debido a la ausencia de vibrato. Los sintetizadores de tono más realistas, añaden algún tipo de vibrato y/o trémolo para producir un tono más realista.

Lo anterior es un diagrama de amplitud de un sonido sostenido de la vocal "i", producido por una voz femenina. El cambio de amplitud periódico, se describe como la definición ordinaria de trémolo. También se pudo oír variación de tono junto con él, por lo que el vibrato también estaba presente. Este suele ser el caso. El período de la modulación de amplitud es de aproximadamente 0,17 segundos, o una frecuencia de modulación de aproximadamente 5,8 Hz superpuesta sobre un tono de frecuencia centrada en aproximadamente 395 Hz. Cuando la amplitud era alta, las medidas aproximadas de frecuencias dio valores de 392 Hz, y 399 Hz cuando la amplitud era baja. No se sabe si este tipo de variación es típica. Llevando a escala la variación, da un rango de 7 dB de intensidad asociada con esa modulación de amplitud.