Estudo de Timbre e Onda Sonora
Autor: União | Publicado: 2012-05-09T09:48:00-07:00

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Onda

Em física, uma onda
é uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no
tempo. A oscilação espacial é caracterizada pelo comprimento de onda e o tempo decorrido para
uma oscilação é medido pelo período da onda, que é o inverso da sua frequência.

Ondas podem ser descritas usando um número de variáveis,
incluindo: frequência, comprimento de onda, amplitude
e período.

A amplitude de uma onda é a medida da magnitude de um
distúrbio em um meio durante um ciclo de onda. Por exemplo, ondas em uma corda
têm sua amplitude expressada como uma distância (metros), ondas de som como
pressão (pascals) e ondas eletromagnéticas como a amplitude de um campo
elétrico (volts por metro). A amplitude pode ser constante (neste caso a onda é
uma onda contínua), ou pode
variar com tempo e/ou posição. A forma desta variação é o envelope da onda.

O período é o tempo(T) de um ciclo completo de uma oscilação de uma onda. A
frequência (F) é período
dividido por uma unidade de tempo (exemplo: um segundo), e é expressa em hertz.

As frequências de vibração de uma corda de violino, por
exemplo, variam com o comprimento dela e com as suas características (material,
tensão, espessura), que determinam a velocidade de propagação das ondas.
(http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda)

As ondas podem ser classificadas de
três modos. A seguir são descritas as classificações correspondentes às ondas
sonoras (http://ww2.unime.it/weblab/awardarchivio/ondulatoria/ondas.htm#Revendo
os conceitos iniciais).

1-Quanto à natureza

2-
Quanto à direção de propagação

3-
Quanto à direção de vibração 

Ondas sonoras são:

1- Mecânicas, ou seja, precisam de um meio material para se
propagar (não se propagam no vácuo).

2-
Tridimensionais,
ou seja, se propagam em todas as direções. 

3-
Longitudinais,
ou seja, suas vibrações coincidem com a direção de propagação. 

Chamamos de som grave,
aquele que é emitido por uma fonte sonora que vibra com baixa freqüência e som agudo,
o que vibra com uma alta freqüência. Para entender melhor basta perceber a
diferença entre a voz masculina (grave) e a voz feminina (agudo). Essa
caracterização em relação à freqüência de um som é chamada de altura.

Quando um som possui uma
grande quantidade de energia por unidade de tempo e a onda sonora possui uma
grande amplitude, dizemos que o som possui uma grande intensidade. Falando de forma mais clara, a intensidade
está relacionada ao volume do som. Essa intensidade é medida em dB (decibéis),
onde se estabeleceu que ao som de menor intensidade que o ser humanos fosse
capaz de escutar seria atribuído o valor de 0 dB e o de maior intensidade, de
120 dB.

Timbre

Timbre
é a característica sonora que nos permite distinguir sons de uma mesma freqüência,
porém emitidos por fontes sonoras conhecidas, permitindo-nos identificar o
emissor do som (http://www.mundoeducacao.com.br/fisica/ondas-sonoras.htm).

Em&nbsp;música, chama-se&nbsp;timbre&nbsp;à característica
sonora que nos permite distinguir se&nbsp;sons&nbsp;de mesma&nbsp;frequência&nbsp;foram
produzidos por&nbsp;fontes sonoras&nbsp;conhecidas e que nos permite diferenciá-las. Quando
ouvimos, por exemplo uma&nbsp;nota&nbsp;tocada por um&nbsp;piano&nbsp;e a mesma nota (uma nota com a mesma&nbsp;altura) produzida por um&nbsp;violino, podemos imediatamente
identificar os dois sons como tendo a mesma freqüência, mas com características
sonoras muito distintas. O que nos permite diferenciar os dois sons é o timbre
instrumental. De forma simplificada podemos considerar que o timbre é como a&nbsp;impressão digital&nbsp;sonora de um instrumento ou a qualidade de&nbsp;vibração&nbsp;vocal.

O Lá central do piano
possui a&nbsp;freqüência&nbsp;de
440Hz. A nota equivalente produzida por um violino possui a mesma freqüência. O
que permite ao ouvido diferenciar os dois sons e identificar sua fonte é a
forma da onda e seu envelope sonoro (http://pt.wikipedia.org/wiki/Timbre).

Forma de
onda

Quando uma corda, uma
membrana, um tubo ou qualquer outro objeto capaz de produzir sons entra em
vibração, uma série de ondas senoidais é produzida. Além da frequência
fundamental, que define a nota, várias&nbsp;freqüências harmônicas&nbsp;também soam. O
primeiro harmônico de qualquer nota tem o dobro de sua freqüência; o segundo
harmônico tem o triplo de sua freqüência e assim por diante. Qualquer corpo em
vibração produz dezenas de freqüências harmônicas que soam simultaneamente à
nota fundamental. No entanto o ouvido humano não é capaz de ouvir os harmônicos
com freqüencia muito alta (maior que 20000Hz). Além disso, devido às
características de cada instrumento ou da forma como a nota foi obtida, alguns
dos harmônicos audíveis possuem amplitude diferente de um instrumento para
outro.

Se somarmos a amplitude
da freqüência fundamental às amplitudes dos harmônicos, a&nbsp;forma de onda&nbsp;resultante
não é mais&nbsp;senoidal, mas sim uma onda irregular cheia
de cristas e vales. Como a combinação exata de amplitudes depende das
características de cada instrumento, suas formas de onda também são muito
distintas entre si. Veja os exemplos abaixo:





Forma de onda produzida
por uma flauta







Forma de onda produzida
por um xilofone. Note que no início da nota (ataque), a onda possui muito mais
harmônicos, que se devem à batida pela baqueta. Depois disso, a forma de onda é
resultado somente da vibração da madeira



Envelope
sonoro

Não é só a forma de onda que define
que um som é produzido por determinado instrumento, mas também a forma como o
som se inicia, se mantém e termina ao longo do tempo. Esta característica é
chamada&nbsp;envelope sonoro&nbsp;ou&nbsp;envoltória sonora. Ainda que as formas
de onda de dois instrumentos sejam muito parecidas, ainda poderíamos
distingui-las pelo seu envelope. O envelope é composto basicamente de quatro
momentos: Ataque, decaimento, sustentação e relaxamento(http://pt.wikipedia.org/wiki/Timbre).





A imagem acima mostra o
envelope característico de três instrumentos. O primeiro é de uma&nbsp;tabla, espécie de&nbsp;tambor&nbsp;da&nbsp;Índia.
Veja como o som surge quase instantaneamente após a percussão da pele pelas
mãos do executante e como cada nota tem uma duração muito curta. A segunda onda
mostra três notas produzidas por uma&nbsp;trompa. Aqui a
nota se inicia com um aumento mais gradual de&nbsp;intensidade,
sofre um pequeno decaimento após o início da nota e dura todo o tempo em que o
trompista mantém o sopro, desaparecendo de forma bastante rápida ao final das
notas. O terceiro exemplo mostra uma longa nota produzida por uma flauta. O som
surge muito suavemente, mantém-se com amplitude quase constante e depois
desaparece lentamente. Vejamos com mais detalhes cada um dos momentos presentes
nestes exemplos.

Ataque:&nbsp;é o início de cada nota musical.
Em um instrumento de corda tocado com arco, o som surge e aumenta lentamente de
intensidade, assim como no exemplo da flauta. Se a mesma corda for percutida o
som surgirá muito rapidamente e com intensidade alta. Dependendo do
instrumento, o ataque pode durar de alguns centésimos de segundo até mais de um
segundo.

Decaimento:&nbsp;em alguns instrumentos, após o
ataque o som sofre um decaimento de intensidade antes de se estabilizar. Em um
instrumento de sopro, por exemplo, isso pode se dever à força inicial
necessária para colocar a&nbsp;palheta&nbsp;em
vibração, após o que a força para manter a nota soando é menor. Normalmente
dura apenas de alguns centésimos a menos de um décimo de segundo. Nos exemplos
mostrados, o decaimento é claramente perceptível nas notas da tabla.

Sustentação:&nbsp;corresponde ao tempo de duração da
nota musical. Na maior parte dos instrumentos este tempo pode ser controlado
pelo executante. Durante este tempo a intensidade é mantida no mesmo nível,
como as notas da trompa e da flauta na imagem. Alguns instrumentos
(principalmente os de percussão) não permitem controlar este tempo. Em alguns
casos o som nem chega a se sustentar e o decaimento inicial já leva o som
diretamente ao seu desaparecimento, como na tabla.

Relaxamento:&nbsp;final da nota, quando a
intensidade sonora diminui até desaparecer completamente. Pode ser muito
brusco, como em um instrumento de sopro, quando o instrumentista corta o fluxo
de ar, ou muito lento, como em um gongo ou um piano com o pedal de sustentação
acionado. Na imagem acima, a nota da flauta tem um final suave devido à reverberação da
sala onde a música foi executada, que fez o som permanecer ainda por um tempo,
mesmo após o término do sopro.

A combinação entre os tempos de
ataque, decaimento, sustentação e relaxamento é tão importante para permitir
reconhecer o timbre de um instrumento, que em alguns casos usa-se um sintetizador ou&nbsp;sampler para
alterar estes tempos e criar timbres totalmente novos a partir do som de
instrumentos conhecidos (http://pt.wikipedia.org/wiki/Timbre).