Vamos vibrar! A produção do som.

Originalmente publicado no Blog de Ciência e Tecnologia

Som, segundo o dicionário Houaiss é “tudo que é captado pelo sentido da audição, que podemos ouvir; ruído, barulho“ ou ainda “vibração que se propaga num meio elástico com uma freqüência que compreende a região entre 20 e 20.000 hertz, capaz de ser percebida pelo sistema auditivo humano“. Essa segunda definição é praticamente um roteiro para estes primeiros artigos.

O conceito de “elasticidade” é bastante intuitivo e dispensa maiores explicações. O que é interessante observar é que todo material possui um grau de elasticidade característico, mesmo aqueles que assumimos serem “rígidos”.

Quando observamos uma pequena barra de aço ou uma placa de concreto é difícil perceber seu aspecto elástico, mas em um clássico de futebol no Morumbi as ondulações nas arquibancadas superiores são nítidas, causadas pelos pulos de dezenas de milhares de pessoas juntas. Essas vibrações em grandes estruturas são levadas em conta pelos engenheiros, bem como as características físicas dos materiais que serão utilizados para suportá-las.

Mas voltemos para escalas mais modestas. Coloque um copo de vidro sobre a mesa e o atinja rapidamente (de leve, por favor!) com uma colher. Preste atenção no som produzido: Ele iniciará “forte” e continuará mesmo quando a colher não estiver mais em contato com o copo. O som irá se tornar “mais fraco” até não ser mais percebido, instantes depois.

O que de fato aconteceu? O choque da colher com o copo fez com que ambos vibrassem, cada um segundo características dos materiais de que são feitos. O vidro, por ser mais “elástico” permanece vibrando mais intensamente e durante mais tempo até que retorne ao repouso.

Quando você puxa a corda de um violão e a solta, você faz com que ela vibre. A amplitude da vibração (o quanto a parede do copo ou a corda se deslocam a partir do seu ponto de origem) é o que confere ao som a propriedade popularmente conhecida como “volume“. “Amplitude” é o termo técnico quando estamos tratando do estudo de ondas ou movimentos oscilatórios.

O que conhecemos por “grave” e “agudo” diz respeito à frequência da vibração. Quanto mais oscilações completas em uma unidade de tempo, maior sua “frequência”. A unidade métrica internacional correspondente a “ciclos por segundo” é o Hertz, ou Hz.

Os sons de menor frequência percebidos através de nossa audição são produzidos por objetos que vibram por volta de 20 vezes por segundo (20Hz), os de maior frequência se situam ao redor das 20000 vibrações por segundo (20000Hz ou 20KHz). Como veremos em um artigo futuro, isso foi determinante nas especificações dos CDs de áudio.

Aprendemos naturalmente a chamar de “agudo” o som proveniente de uma vibração de muitos ciclos por segundo e de “grave” aquele de poucos ciclos.

No caso de uma corda esticada a frequência com que ela vibra é função de sua densidade, tensão e comprimento. Quanto mais denso for o material da corda, mais grave tende a ser seu som, quanto mais tensa (esticada) estiver a corda mais agudo e quanto mais comprida mais grave. Isso ajuda a explicar os formatos de alguns instrumentos como a arpa e o piano de cauda.

Quando afinamos um violão, ajustamos as tensões de cada corda para que elas produzam as frequências musicais adequadas. Quando apertamos uma corda contra o braço do violão reduzimos o comprimento de sua porção que vibra, produzindo notas mais agudas.

Aliás, você sabia que o piano é um instrumento de cordas? Pois é. O som do piano é produzido pelo choque de pequenos martelos acionados pelas teclas. Esses martelos fazem vibrar as cordas dentro do instrumento.

As teclas mais à esquerda acionam as cordas que produzem vibrações de frequência mais baixa (mais espessas e compridas), as teclas mais à direita acionam as cordas que produzem vibrações de frequência mais alta (cordas mais finas e curtas). As 88 teclas de um piano produzem notas com frequências entre 27,5 e 4186Hz.

Não são apenas cordas que produzem vibrações e sons. Os tambores de uma bateria, um xilofone infantil e até a mesa em que seu computador está, também. O prato de uma bateria, feito de metal, vibra como se fosse gelatina quando a baqueta do baterista o atinge. O ar se move violentamente quando você bate palmas ou estoura um saquinho plástico, produzindo uma onda de choque audível.

Para melhor ilustrar este artigo recomendo assistir o vídeo produzido por Trevor Cox, professor de engenharia acústica da universidade de Salford. É um vídeo interessante mesmo que você não consiga entender ingês. Ele mostra a vibração de vários objetos e seus sons, usando câmeras de alta velocidade (eu adoro essas câmeras)