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Teoria de Áudio: O que é vibração,
som, harmônicos e timbre

Publicado 13. Feb, 2013 por PY2JF - João Roberto como Artigos

Enviado por Eduardo Sonnberger, PY5WG.

Teoria de Áudio – O que é vibração, som, harmônicos e timbre. Não basta saber mexer nos equipamentos. Conhecer a teoria por trás do funcionamento do áudio é fundamental para um serviço bem feito. Quanto mais se conhece da teoria, melhor é a prática. Apresento abaixo alguns conceitos que devem ser conhecidos por todos que trabalham com áudio, cujo conhecimento é imprescindível para a operação correta dos equipamentos, tais como equalizadores, compressores e outros.

Som

Sons são produzidos a partir de vibrações. Quando algo “vibra” uma certa quantidade de vezes no tempo de 1 segundo, ele está produzindo “som”. Para o ser humano, “som” corresponde às vibrações de 20 vezes em um segundo a até 20.000 vezes em um segundo. São as captadas por nossos ouvidos. Os elefantes sentem vibrações a partir de 12 vezes por segundo, e as baleias a partir de 8 vezes por segundo. Já os cachorros sentem vibrações até quase 45.000 vezes por segundo.

Hertz

Quando dizemos “vezes por segundo”, chamamos isso de Hertz, ou Hz. Homenagem ao físico alemão Heinrich Rudolf Hertz, foi quem primeiro descreveu o fenômeno. Existe o kHz, sendo o “k” a expressão de 1.000. Ou seja, 20KHz = 20.000Hz. O “k” é minúsculo, mas é mais comum ver KHz que kHz.

Espectro Audível

A “quantidade” de vibrações que cada espécie animal consegue sentir é chamada de “espectro audível”. Para o homem, o espectro audível é de 20Hz a 20KHz. O valor máximo (20KHz) se reduz com a idade. Veja o artigo sobre Presbiacusia.

Sentimos as vibrações através de dois órgãos: o ouvido e o labirinto. O ouvido é óbvio e dispensa explicações. O labirinto é o órgão humano responsável pelo equilíbrio, está ligado ao ouvido e é responsável por “sentir” os sons muito graves (entre 20Hz e 60Hz), que são muito mais “sentidos” pelo labirinto que “ouvidos” pelo ouvido.

Vibrações

Para se criar um som, é necessário colocar algo para vibrar. O exemplo mais comum são os instrumentos de corda. Os instrumentos de corda são tocados de diversas maneiras, de forma a produzirem uma vibração nas cordas. No violão as cordas são dedilhadas. No violino usa-se um arco. No piano, o teclado aciona martelos que batem nas cordas. O som produzido pelas cordas é fraco, e, é amplificado pelo corpo do instrumento. A freqüência do som produzido varia de acorda com a espessura, o comprimento e atensão da corda. Cordas grossas produzem sons mais graves que cordas finas. Ao deslizar as mãos sobre o braço do instrumento, os músicos alteram o comprimento das cordas e com isso, obtêm sons dediferentes frequências.

Para os instrumentos de sopro, quem vibra é o ar “soprado” dentro de um tubo. Da mesma forma que nos instrumentos de corda, a frequência do som produzido varia de acordo com a espessura do tubo, o comprimento e a forma. Tubos mais grossos (tuba), produzem sons mais graves. Tubos mais finos (trompetes) produzem sons mais agudos. Os vários orifícios, válvulas e pistões, como em uma flauta, trompete ou saxofone, por exemplo, alteram o comprimento do tubo e com isso obtêm-se sons diferentes.

Fundamentais e Harmônicos

Quando uma corda ou o ar “vibram”, o fazem em uma frequência fundamental (ou harmônico fundamental ou tom fundamental). Mas muito raramente algo produz uma única frequência (o diapasão produz frequências puras).

O mais comum, e os instrumentos musicais se encaixam nisso, é a vibração gerar uma fundamental e várias outras frequências, sempre múltiplas inteiras da fundamental, que são chamadas de frequências harmônicas, tons harmônicos ou simplesmente harmônicos. Em geral, a fundamental é o som mais forte, e os harmônicos perdem força gradativamente. Mas pode acontecer, principalmente em instrumentos com caixas de ressonância (por exemplo, violão ou violino), que um determinado harmônico seja mais forte que outros. Quando ouvimos um instrumento tocando uma nota, por exemplo, estamos ouvindo a fundamental mais os harmônicos, gerados por esse instrumento. Não são frequências distintas, mas “soam como se fossem uma coisa só”.

Oitavas

Quando o harmônico representa uma potência de base 2 em relação à fundamental (x2, x4, x8) são chamados de “oitavas”.

Por exemplo, um contrabaixo gera, na sua corda mais grossa:

Fundamental: 40Hz

1º harmônico (x2) : 80Hz – uma oitava acima
2º harmônico (x3): 120Hz
3º harmônico (x4): 160Hz – duas oitavas acima
4º harmônico: (x5): 200H z
5º harmônico: (x6): 240Hz

Quando ouvimos um instrumento tocando uma nota, por exemplo, estamos ouvindo a fundamental mais os harmônicos, gerados por esse instrumento. Não são frequências distintas, mas “soam como se fossem uma coisa só”. O piano (ou teclado eletrônico) é o instrumento que tem diversas oitavas:

Cada nota (Dó, Ré, Mi…) repete-se várias vezes, mas sempre em oitavas diferentes. Cada nota tem sempre o dobro da frequência da sua correspondente anterior, e metade da frequência da sua correspondente posterior.

Timbre

Como cada instrumento gera uma quantidade de harmônicos diferente dos outros, com potências diferentes, mesmo para uma mesma nota musical, temos sonoridades diferentes. É isso que nos permitem diferenciar uma flauta de um violino ou de um teclado. Essa sonoridade é chamada de timbre. É o timbre que nos permite diferenciar uma mesma nota musical (ou seja, mesma frequência fundamental) tocada em um instrumento ou em outro. É como se fosse a “impressão digital” do instrumento, permitindo diferenciá-los.

Timbre de um oboé e de um clarinete, ambos tocando a mesma nota. Abaixo, o som resultante dos dois instrumentos sendo tocados simultaneamente.

Aplicação prática

Essas pequenas explicações tem diversas aplicações práticas, no dia-a-dia do operador de som. Alguns exemplos:

– o espectro audível do ser humano é variável com a idade, caindo o limite máximo do que escutamos com o passar dos anos. Música para crianças e adolescentes usa e abusa de sons até 20KHz. Já para idosos a coisa é diferente, pois eles ouvem menos agudos. Som para crianças e adolescentes tem que ser absolutamente cristalino de 20 a 20K, pois qualquer nuance musical mais aguda eles vão escutar. Mas certa vez fiz uma reunião com pessoas acima de 50 anos com um chiado horroroso em 16KHz queeu não consegui tirar de jeito nenhum, mas ninguém na platéia reclamou, pelo simples motivo que ninguém escutou!

– a revista Veja trouxe a notícia de adolescentes que estão usando toques de celular de frequências muito altas para que os adultos não ouçam. E alguns estabelecimentos comerciais estão usando sons muito agudos para “espantar” os adolescentes de perto. Isso é puramente aplicação prática da teoria.

– outro exemplo é o uso de um equalizador. Quando percebemos uma frequência “sobrando” muito, por exemplo, 100Hz, abaixá-la por si só não trará o melhor resultado. Teremos também que abaixar o 200Hz, que é um harmônico dessa frequência. Conhecer oitavas e harmônicos é fundamental para a correta regulagem dos equalizadores.

– divisores de frequência (passivos ou crossovers) tem seu trabalho todo baseado em atenuações por oitavas. Existem divisores de 1ª ordem (6dB/oitava), 2ª ordem (12dB/oitava), 3ª (18dB/oitava), 4ª(24dB/oitava).

Fonte da Informação: Autor: Fernando A. B. Pinheiro