O som
A natureza do som

O som propaga-se no ar através de um movimento ordenado das partículas que o constituem. Quando fazemos vibrar as nossas cordas vocais, ou quando tocamos uma nota musical num instrumento, fazemos com que as partículas do ar que nos rodeiam entrem numa oscilação que dá origem ao som que ouvimos. A propagação do som no espaço deve-se ao facto de umas partículas transmitirem o seu movimento às suas partículas vizinhas (e assim sucessivamente), levando a que a oscilação inicialmente produzida nas nossas cordas vocais ou intrumento musical se propague através do espaço aberto, até chegar aos nossos ouvidos. A Figura 1 é uma figura animada e pretende ilustrar este princípio (faça clique sobre os botões no canto superior esquerdo para visualizar a animação).

Figura 1 - Movimento ordenado das partículas do ar, aquando da actuação de uma fonte de excitação sonora. A partícula esverdeada no centro pretende reforçar a ideia de que as partículas se movimentam sempre em torno da sua posição inicial, e não ao longo da trajectória percorrida pelo som, como à partida possa parecer.

Observando a animação da Figura 1 pode-se verificar a existência de zonas do ar em que a pressão é maior e de zonas em que essa pressão é menor, correspondendo às zonas em que existe maior e menor densidade de partículas, respectivamente. Essas zonas de pressão estão em constante movimento através do ar e constituem aquilo a que se chama de ondas de pressão. Se fizermos uma observação da evolução do nível de pressão num dado ponto do caminho percorrido pelo som ao longo do tempo, vamos obter um gráfico do nível de pressão acústica em função do tempo, o que, no caso concreto da Figura 1, iria resultar em algo que pode ser visualizado na Figura 2.

Figura 2 - Gráfico representativo da variação de pressão acústica num dado ponto da trajectória percorrida pelo som, para o caso de um tom puro.

O gráfico da Figura 2 representa aquilo que se chama um tom puro, pois tem uma forma exactamente sinusoidal. Os picos (ou máximos) dessa onda correspondem a situações em que o nível de pressão do ar é mais elevado. Os seus mínimos, por outro lado, dizem respeito às pressões menos elevadas. Os pontos intermédios (pontos em que a função toma o valor zero) equivalem às situações em que a pressão do ar toma o mesmo valor que quando está em situação de repouso.

Ao maior desvio que a pressão acústica efectua em relação ao valor equivalente ao repouso dá-se o nome de amplitude. Quanto maior for a amplitude da onda de pressão, maior será a oscilação das partículas do ar, e maior é a distância que o som pode percorrer. Quanto mais alto nós falarmos, ou quanto mais aumentarmos o volume no nosso aparelho de alta fidelidade, maior é a amplitude da onda de pressão acústica à nossa volta.

O gráfico da Figura 2 representa uma onda periódica, o que significa que ela é repetitiva. Ao intervalo de tempo entre dois acontecimentos repetidos dá-se o nome de período e mede-se em segundos. Como se pode então verificar, o gráfico da Figura 2 apresenta dois períodos (ou ciclos) completos de uma onda sinusoidal. A frequência de uma onda é o número de vezes que o período de uma onda é repetido no intervalo de um segundo e a sua unidade de medida é o Hertz. Temos então que, se uma dada onda tem um período de 0,5 segundos, então a sua frequência será de 2 Hertz. À medida que a frequência aumenta, o som torna-se mais agudo. Normalmente chamamos graves ou baixos aos tons de frequência baixa, e agudos ou altos aos sons de tonalidade mais alta.

Figura 3 - Ilustração dos conceitos de amplitude, período e frequência de uma onda: a) onda original; b) onda com metade da amplitude; c) onda com metade do período (ou dobro da frequência).

Se, imaginando, conseguíssemos parar o tempo e observássemos a disposição das partículas do ar no espaço num dado instante, podíamos medir o comprimento que ocupa no espaço um período de uma onda. A essa distância, medida em metros, dá-se o nome de comprimento de onda. Esta grandeza está directamente relacionada com a frequência (e, consequentemente, com o período) da onda e com a velocidade de propagação do som no meio (sabe-se que a velocidade do som ronda os 343 metros por segundo, em condições ideais). Este conceito está ilustrado na Figura 4.

Figura 4 - Comprimento de onda de uma onda de pressão acústica.

A fase de uma onda é uma medida de quão distante ela está do início do ciclo ou período. Há 360 graus num ciclo completo de uma onda. Se começarmos a medir desde um pico da onda vamos obter o ilustrado na Figura 5.

Figura 5 - Análise trigonométrica de uma onda sinusoidal pura.

Duas ondas com a mesma frequência dizem-se em fase se as suas fases forem sempre iguais. O contrário acontece quando as suas fases não coincidem: aí diz-se que elas estão desfasadas.

Figura 6 - a) duas ondas em fase; b) duas ondas desfasadas de 90º.

Até aqui analisámos a natureza do som no seu caso mais simples, que corresponde ao dos tons puros (ou puramente sinusoidais). O que acontece é que, quando falamos ou tocamos uma nota num instrumento musical, as formas de onda sonoras produzidas têm formas bastante mais complexas do que a de uma sinusóide perfeita. No entanto, isso não invalida a anterior análise, pois esses sinais complexos podem ser vistos como a soma de várias sinusóides perfeitas, tendo cada uma delas a sua amplitude, frequência e fase.

Figura 7 - A adição de simples sinais sinusoidais puros pode resultar em sinais complexos. Ilustração com 3 sinusóides de características diferentes.

Como se pode verificar na Figura 7, não é necessário adicionar muitos sinais sinusoidais para se obter um sinal complexo. No entanto, só com a adição de centenas de sinusóides (ou mesmo milhares) é possível toda a complexidade e diversidade de sons a que estamos habituados a ouvir. Existem então três tipos fundamentais de sons:

Agora que conhece os principais conceitos acerca da natureza do som, conheça também o que está na base de dispositivos que o adquirem, gravam, processam e reproduzem, no tópico processamento do som.


© 2002 - Humberto Fonseca, Vasco Santos, Aníbal Ferreira