Descrevendo cientificamente um som
Freqüências naturais, harmônicos e sobretons
Como percebemos a mistura de sons
Freqüências naturais, harmônicos e sobretons
Qualquer objeto ou corpo sólido, e mesmo as pequenas moléculas que formam os objetos macroscópicos, possuem uma certa vibração natural, uma "freqüência característica". Isso ocorre porque os átomos possuem uma energia de agitação, uma propriedade explicada pela mecânica quântica e pela termodinâmica, que está associada à sua temperatura. Os físicos chamam essa energia de energia térmica. A combinação das freqüências de todos os átomos cria um "padrão de vibração" que caracteriza os corpos, sejam eles musicais ou não.
Entretanto, as freqüências ligadas à música são criadas por um mecanismo diferente. É necessário "excitar", estimular externamente um corpo, para que ele emita um som. Em outras palavras, é necessário que se aplique uma força a esse corpo para que o elemento vibrante (que transmitirá a energia às moléculas de ar) seja colocado em movimento. Se movimentarmos um diapasão de garfo (batendo com ele na borda de uma mesa, por exemplo), o movimento das suas hastes empurra e comprime o ar com a mesma freqüência com que elas vibram. No caso do diapasão típico, a freqüência natural de vibração é de 440 ciclos por segundo, ou 440 Hz. Ela depende, como você deve estar imaginando, do tipo de material com o qual o diapasão é construído: densidade, rigidez, a constituição molecular, forma e uma enorme variedade de fatores. Podemos exemplificar essa diferença se compararmos dois diapasões, feitos do mesmo material, com a mesma forma, mas modificando a separação entre as hastes. Eles vibrarão com freqüências diferentes: o que tiver menor separação entre as hastes vibrará mais rapidamente. Da mesma forma, se escolhermos outros dois com o mesmo material, forma e separação entre as hastes, mas com uma pequena diferença no comprimento das hastes, o que tem hastes mais longas vibrará mais lentamente.
Um outro exemplo de padrões de vibração característicos pode ser observado quando damos uma pancada leve no tampo de um violão ou na caixa de ressonância de um piano. É notável a diferença de som produzido, causado pela combinação dos fatores que mencionamos acima.
A combinação desse padrão de vibração (a soma das diversas freqüências individuais) pode ser representada, genericamente, na forma descrita abaixo:
SOM = C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + ...,
em que a contribuição de cada termo Ci corresponde a uma determinada freqüência, múltipla da freqüência do termo C1. Chamamos essa série de "série harmônica" e cada termo da série é chamado de harmônico. Assim, o primeiro termo é o harmônico de ordem 0 (ou fundamental); o segundo, harmônico de primeira ordem, e assim sucessivamente.
C1 C2 C3 SOM
Figura 1 - Combinação dos diferente comprimentos de onda e frequências individuais para formar um padrão sonoro.
E os sobretons? Os sobretons são uma outra nomenclatura para nos referirmos aos termos da serie harmônica. Podemos defini-lo como uma componente de um som complexo que tem uma altura maior (ou que possui uma freqüência mais alta) que a componente fundamental daquele som. Assim, o termo fundamental é o TOM (fundamental) e os termos seguintes são os SOBRETONS (ou tons de freqüência superior ou componentes secundárias). O exemplo mais fácil de ser entendido pode ser visto ao decompormos uma nota musical; por exemplo, o Lá fundamental do piano (Lá4) vibra a uma freqüência de 440 Hz. O segundo harmônico (primeiro sobretom) vibrará em 880 Hz, o terceiro (segundo sobretom) em 1760 Hz. As noções de tom, sobretom e harmônico serão extremamente úteis quando discutirmos a análise de um som musical.