Теоретически, каждый инструмент имеет свой частотный портрет (основной тон + обертона), так что если вычислите основные частоты, то по картине распределения обертонов можно вычислить инструмент. Но это имхо скорее задача для искуственного интеллекта.
(«Телесистемы»: Конференция «Микроконтроллеры и их применение»)