Il timpano appartiene alla classe dei membranofoni a suono determinato. Esso consiste in una membrana, chiamata pelle, tesa su un grande fusto chiamato “caldaia” solitamente in rame, in altre leghe metalliche o in materiali plastici. I timpani vengono suonati colpendo la membrana con delle apposite bacchette dette battente per timpano. Diversamente dalla maggior parte dei tamburi, i timpani sono in grado di produrre toni di altezze definite, e possono essere accordati, spesso con l'uso di un meccanismo a pedale che controlla l'estensione delle note dello strumento. I timpani si sono evoluti da tamburo militare fino ad arrivare, alla fine del diciottesimo secolo, ad essere una delle parti fondamentali dell'orchestra sinfonica. Il termine timpano deriva dal latino tympanum, ed è in uso anche in altre lingue. Questa è l'estensione delle 3 misure di un timpano da orchestra:



I suoni vengono oggi notati in altezza reale in chiave di basso (talvolta senza accidenti di chiave). Anticamente si utilizzava una notazione convenzionale in cui il Do rappresentava la tonica ed il Sol la dominante del pezzo: la reale intonazione era indicata a chiare lettere all'inizio del brano.
Il timpano base è composto da una membrana tesa intorno all’apertura di una caldaia solitamente fatta di rame, o nei modelli meno pregiati, di lana di vetro o alluminio. In rare occasioni, soprattutto per le percussioni che si esibiscono in complessi, sono state fabbricate caldaie in argento. Nella classificazione di Sachs-Hornbostel, i timpani vengono considerati membranofoni. La membrana viene fissata tramite un cerchio, che a sua volta è stretto sulla caldaia da una corona metallica che viene poi tenuta da alcune viti per l’accordatura chiamate leve di tensione, sistemate regolarmente lungo la circonferenza. La tensione della membrana può essere regolata allentando o stringendo le leve. La maggior parte dei timpani hanno da sei ad otto leve di tensione. La forma della caldaia contribuisce alla qualità del tono dello strumento. Per esempio, le caldaie semisferiche producono toni più vivaci, mentre le caldaie paraboliche, toni più cupi. Un altro fattore che influisce sul timbro della strumento è la conformazione della superficie della caldaia. Le caldaie di ottone possono avere una superficie levigata oppure grezza, con piccole ammaccature martellate all’interno.
I timpani si presentano in una varietà di misure, da un diametro di 84 cm (33 pollici), fino al piccolo timpano con un diametro di 30 cm (12 pollici) o meno. Un timpano da 84 cm può produrre il Do sotto la chiave di basso, e specialmente il piccolo timpano può arrivare alla chiave di violino. Nel balletto di Darius Milhaud del 1923, nello spartito La creation du monde , il timpanista deve suonare il Fa diesis più basso della chiave di violino. Ogni timpano ha solitamente un estensione che va da una quinta ad una ottava. Cambiare il tono di un timpano regolando una ad una le aste di tensione è un processo laborioso. Alla fine del diciannovesimo secolo vennero sviluppati dei sistemi meccanici per regolare, in una sola volta, la tensione dell’intera membrana. I timpani forniti di un tale sistema vengono detti timpani meccanici, sebbene questo termine si riferisca solitamente a strumenti che utilizzano un solo manico collegato ad un meccanismo di accordatura a forma di ragno.

I timpani a pedale sono di gran lunga il più comune modello di timpano usato oggi, poiché consentono che la membrana venga regolata usando un meccanismo a pedale. Solitamente il pedale è collegato alle viti di tensione tramite un sistema di aste metalliche a forma di ragno. Oggi si trovano per lo più tre tipi di meccanismi a pedale in uso:

• Il sistema con cuscinetto d’arresto usa un cuscinetto ed un fermo per mantenere il pedale in posizione. Il timpanista deve sganciare il fermo prima di usare il pedale e accordare lo strumento, quando si è raggiunto il tono desiderato, il timpanista deve nuovamente reinserire il fermo.

• Nel sistema ad azione bilanciata, viene utilizzata una molla o un cilindro idraulico per equilibrare la tensione sulla membrana così che il pedale rimane in posizione e la membrana mantiene la tonalità. Il pedale in uno strumento con sistema ad azione bilanciata, viene chiamato pedale oscillante, poiché non vi è alcun gancio a mantenere la posizione.

• Il sistema a frizione usa un gancio che si muove lungo un’asticella, sganciandolo si permette al pedale di muoversi senza essere trattenuto.

Tutti gli strumenti a pedale che vengono accordati usando un meccanismo a ragno, possono essere chiamati Timpani di Dresda, sebbene il termine viene spesso usato per definire strumenti la cui forma è simile a quella degli originali timpani a pedali costruiti a Dresda. A rigor di termini un timpano di Dresda ha un pedale che è annesso al lato del musicista. Il timpanista può muovere questo pedale con il movimento della caviglia. Un pedale modello Berlino è attaccato ad un lungo braccio nel lato opposto dello strumento, e il timpanista deve usare l’intera gamba per accordarlo.
Gli strumenti preferiti dai migliori timpanisti sono i timpani di Dresda, solitamente con pedali a cuscinetto d’arresto o a frizione. Oltre al pedale, gli strumenti di ultima generazione presenteranno un accordatore a mano che permetta al timpanista minuziose regolazioni di tono.
La maggior parte delle bande e delle orchestre scolastiche, al di sotto del livello universitario, usano modelli di timpano meno costosi e più resistenti, solitamente in lana di vetro. Le parti meccaniche di questi strumenti sono contenuti quasi del tutto all’interno della struttura e della caldaia. Possono utilizzare alcuni meccanismi a pedale, sebbene il sistema ad azione bilanciata sia di gran lunga il più usato, seguito dal sistema a frizione. Molti Musicisti usano queste qualità di strumenti per esibizioni all’aperto apprezzandone la loro resistenza .

Nei timpani a catena le aste di tensione sono collegate da una catena rotante, molto simile a quella che si trova nelle biciclette, per quanto alcuni costruttori abbiano usato materiali diversi, inclusi cavi in acciaio. In questi modelli, le viti per la tensione possono essere strette o allentate in una sola volta tramite una maniglia. Anche se molto meno usato del timpano a pedale, quello a catena, o a cavo trova uso pratico tuttora. In alcune circostanze il musicista è costretto a posizionare il timpano dietro ad un altro elemento così da non poterlo raggiungere con il piede. Musicisti di professione possono usare, in particolari circostanze, timpani a catena e a cavo di diverse dimensioni, per produrre particolari note basse ed alte.

Un particolare meccanismo permette al tono della membrana di essere modulato attraverso la rotazione dello strumento stesso. Un sistema simile è usata nel rototom.
La Jenco, una società più conosciuta per la fabbricazione di bacchette, produce timpani accordati in questo modo. All’inizio del ventesimo secolo, Hans Schnellar, timpanista dell’Orchestra Filarmonica di Vienna, sviluppò un meccanismo per il quale la leva muove la caldaia dalla base, mentre la membrana rimane ferma. Questi tamburi vengono distinti con il nome di timpani viennesi o timpani di Schnellar. All’inizio del ventunesimo secolo la Adams Strumenti Musicali sviluppò una versione a pedale di questo meccanismo.

Come la maggior parte delle membrane, quella del timpano può essere fatta o di pelle animale (solitamente vitello o capra) o in materiali plastici (pellicola PET).
Le membrane in plastica sono durevoli, resistenti alle variazioni climatiche e relativamente meno costose. Ecco perché vengono usate maggiormente delle pelli naturali.
Tuttavia alcuni musicisti preferiscono la membrana in pelle, perché sostengono che essa produca un suono più caldo ed una migliore qualità del timbro. Le membrane si regolano sulla misura del bordo e non su quello della caldaia.
I timpani sono in uso prevalentemente in orchestre di musica classica dal XVII secolo. Haydn fu tra i primi compositori ad inserire interventi di timpani nelle sue sinfonie. Tra le tante, la 103 prende il nome di Rullo di Timpani appunto per l'importanza che ha questo strumento nel brano. In seguito anche Beethoven nelle sue opere sfoggiò le doti espressive e potenti dello strumento. Esempio è la sinfonia corale. Nel secondo movimento, lo scherzo, troviamo gli interventi tematici del timpano a rispondere all'orchestra. Nel corso dell'Ottocento l'uso dei timpani nelle orchestre ha un forte incremento, così come l'introduzione delle altre percussioni. Nel novecento si ha l'esplosione: i timpani vengono usati da compositori quali Mahler, Sostakovic, Stravinskij, Bartok per esporre temi, ritmi e particolari sonorità. Tra le numerose composizioni in cui i timpani emergono in tutta la loro forza espressiva ricordiamo la fiaba musicale Pierino e il lupo di Sergej Prokof'ev, nell'imitazione degli spari dei cacciatori, la sinfonia 11 di Sostakovic, in cui temi di intere sezioni sono affidate ai timpani.