Ondas Sonoras
Quando uma onda longitudinal se encontrar em vibração com uma frequência de 20 a 20.000 Hertz e chegar ao ouvido humano, a pessoa terá uma sensação sonora. Portanto podemos estabelecer que som é a sensação que sentimos através do sentido da audição quando a onda estimuladora é do tipo
longitudinal e possui uma frequência entre 20 e 20.000 Hertz.
A onda menor que 20 Hz é denominada de infra-som e a maior que 20.000 Hz, ultra-som. Essas ondas até que chegam aos nossos ouvidos não são capazes de estimular o nosso sentido da audição. Alguns animais, como o cachorro e o morcego, conseguem captar altas frequências de até 100.000Hz, outros como o elefante e o pombo-correio, são capazes de perceber infra-sons.
Uma onda sonora só chegará ao ouvido humano se existir algo que provoque essa propagação, seja gás, líquido ou sólido. Assim, é impossível haver som no vácuo, visto que nesta condição não há ar para que haja a propagação das ondas sonoras.
Em termos de frequência, cada onda pode apresentar um número específico.
Chamamos de som grave, aquele que é emitido por uma fonte sonora que vibra com baixa frequência e som agudo, o que vibra com uma alta frequência. Para entender melhor basta perceber a diferença entre a voz masculina (grave) e a voz feminina (agudo). Essa caracterização em relação à frequência 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 é a característica sonora que nos permite distinguir sons de uma mesma frequência, porém emitidos por fontes sonoras conhecidas, permitindo- nos identificar o emissor do som.
Os sons propagam-se nos meios sólidos, líquidos e gasosos e a velocidade de propagação depende em que meios se propagam. O meio de propagação mais rápido é o meio líquido. No meio gasoso, a velocidade do som apenas varia em função da temperatura.
Frequência, Período, Amplitude Comprimento de Onda e Velocidade
Os sons são representados graficamente por ondas periódicas e estas são
caracterizadas por uma frequência, período, amplitude, comprimento de onda e velocidade.
Frequência
A frequência de uma onda sonora é uma grandeza física ondulatória que indica o número de ciclos (oscilações) durante um período de tempo. Para determinar a frequência, basta calcular:
Frequência = 1 / período Unidade de medida:
A unidade de medida da frequência é o Hertz (Hz) e corresponde ao número de oscilações por segundo.
Os sons considerados “graves” são os sons com frequências mais baixas
(vibrações lentas) e os sons considerados “agudos” são os sons com frequências mais elevadas (vibrações rápidas).
O período é o tempo de um ciclo completo de uma oscilação de uma onda.
Amplitude
A amplitude de uma onda sonora é a medida da extensão de uma perturbação durante um ciclo da onda. A amplitude de uma onda sonora pode permanecer constante, sendo classificada como uma onda contínua, ou pode variar de acordo com o tempo.
Como podemos ver na figura abaixo, a distância Y é a amplitude da onda. A amplitude da onda indica-nos o volume do som.
Comprimento de onda
O comprimento de uma onda sonora é a distância entre valores repetidos num modelo de onda. Esta medida é normalmente representada pela letra grega lambda (λ)
Numa onda sinusoidal (forma de onda cujo gráfico é igual ao da função seno, esta onda geralmente ocorre em sons da natureza), o comprimento de onda é a distância entre os máximos.
Velocidade do som
A velocidade do som é a distância que uma onda sonora percorre por unidade de tempo. Ou seja, é a velocidade a que uma perturbação se propaga. Sabendo a velocidade de propagação de um som é possível calcular o tempo que o som demorou a percorrer um determinado espaço. Esse conceito é usado em alguns sensores de ultra-som. No ar a velocidade de propagação, Vp, é de 340 m/s (metros por segundo).
Timbre
O que é o timbre?
Na música, designa-se timbre à característica sonora que possibilita diferenciar se sons da mesma frequência foram originados por fontes sonoras diferentes. Ou seja, quando por exemplo ouvimos uma nota musical tocada por um piano e de seguida ouvimos a mesma nota (com a
mesma altura) produzida por outro instrumento, podemos classificar os dois sons como tendo a mesma frequência, porém possuem características sonoras muito diferentes. É graças ao timbre instrumental que conseguimos diferenciar os dois sons. Podemos dizer que timbre é uma espécie de “impressão digital” de um instrumento ou de uma vibração vocal.
Fundamentação do timbre
Embora esta característica seja conhecida há séculos, só com o surgimento da eletrónica é que foi possível compreender o timbre com mais exatidão.
O lá central produzido por um piano tem uma frequência de 440 Hz, a mesma nota produzida por um violino possui a mesma frequência. O que possibilita diferenciar os dois sons e a fonte sonora é a forma da onda.
Forma de onda
Quando um instrumento musical é capaz de produzir sons, entra em vibração, uma série de ondas sinusoidais são emitidas. Além da frequência fundamental que define a nota, várias frequências harmónicas (ondas com frequências componentes dos sinais que são um múltiplo inteiro da frequência
fundamental) também são emitidas. Qualquer objeto em vibração emite
frequências harmónicas que soam à nota fundamental, porem o ouvido humano não é capaz de ouvir harmónicos com frequência superiores a 20000 Hz.
Devido às características de cada instrumento, alguns harmónicos menores e audíveis possuem amplitude diferente de um instrumento para outro. Se adicionarmos a amplitude da frequência fundamental às amplitudes dos harmónicos, a forma de onda obtida já não será sinusoidal, mais sim irregular.
Como a combinação exata das amplitudes vária de cada instrumento, as formas de onda serão diferentes.
Exemplos:
Forma de onda produzida por uma flauta
Forma de onda produzida por um xilofone
Envelope Sonoro
Não é apenas a onda sonora que caracteriza um som produzido por um certo instrumento, também depende do seu envelope sonoro, ou seja a forma como o som se inicia, se mantém e termina ao longo do tempo.
Caso a forma de duas ondas sonoras forem parecidas podemos ainda distingui- las a partir dos seus envelopes sonoros. O envelope é composto por quatro momentos denominados: ataque, decaimento, sustentação e relaxamento.
A imagem mostra o envelope característico de três instrumentos. O primeiro é de uma tabla (instrumento de percussão de origem Indiana). A segunda onda mostra três notas produzidas por uma trompa. O terceiro exemplo mostra uma longa nota produzida por uma flauta.
