Som e características do som: Frequência, Amplitude e Timbre

O que é o Som?

O som é uma sensação que resulta de uma perturbação na atmosfera causada por um emissor, Essa perturbação consiste em rápidas variações da pressão atmosférica que se propagam sob a forma de ondas até aos nossos ouvidos. 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.

Os seres humanos e vários animais reconhecem os sons com o sentido da audição, que faculta a determinação da distância e localização da fonte sonora. O ouvido humano apenas consegue detectar sons com uma frequência entre 20 Hz a 20.000 Hz, porém o limite maior costuma diminuir com a idade. Acima e abaixo deste intervalo referido acima, apresentam-se o ultra e infra som.

 Os animais possuem diferentes níveis de audição. Por exemplo o cão consegue detectar sons com frequências maiores que 20.000 Hz.

Os sons são utilizados de diversas formas:

  • comunicar através da fala/música.
  • alguns animais usam a ecolocalização para evitar obstáculos e caçar as suas presas
  • navios e submarinos usam o sonar para localizar navios/cardumes e determinar a profundidade do oceano

 

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 = número de oscilações / tempo (intervalo de tempo)

Unidades de medida mais usadas:

Hertz (Hz) que corresponde ao número de oscilações por segundo

Rotações por minuto (rpm) que corresponde ao número de oscilações por minuto

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.

 

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.

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, porem 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 electrónica é que foi possível compreender o timbre com mais exactidão.

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 faculta diferenciar os dois sons e a fonte sonora é a forma da onda ou a envoltória sonora.

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 objecto 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 exacta 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 ou Envoltória Sonora

Como já referi acima, não é apenas a onda sonora que caracteriza um dom produzido por um certo instrumento, também depende do seu envelope sonoro, ou sejam a forma como o som se iniciam, 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. A segunda onda mostra três notas produzidas por uma trompa.  O terceiro exemplo mostra uma longa nota produzida por uma flauta.

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3 respostas a Som e características do som: Frequência, Amplitude e Timbre

  1. Dilério Vilanculo diz:

    Gostei da publicacao, poderiao acrescentar experiencia

  2. Ficarei imensamente grato se me fizerem o especial favor de me enviarem uma relação com os números das frequências de pelo menos quatro oitavos: De dó 1 a dó 4

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