Quando a maioria das pessoas ouve a palavra " onda ", imagina o oceano - ondas ondulantes, ondas que rebentam, talvez até um surfista que se apaga de forma espetacular. Mas no mundo da música e do som, as ondas funcionam de forma um pouco diferente.

Isso não quer dizer que as ondas do mar e as ondas sonoras não tenham muito em comum. Ambas se deslocam no espaço, transportam energia e podem ser medidas em termos do seu tamanho e velocidade.

Claro que a grande diferença é que as ondas do mar viajam através da água, enquanto as ondas sonoras se movem através do ar (ou de qualquer material que estejam a atravessar). E enquanto as ondas do mar tornam o seu movimento fácil de ver, as ondas sonoras são um pouco mais complexas, funcionando no domínio microscópico.

Saber como estas ondas se comportam pode ser incrivelmente benéfico para qualquer pessoa que trabalhe com som, quer seja um engenheiro de áudio, construtor de estúdios ou criador de tratamentos acústicos. Por isso, vamos explicar tudo da forma mais simples possível!

O que é uma onda sonora?

Na sua essência, uma onda sonora é apenas uma vibração que se move através do ar (ou da água, ou de um sólido. O som não é exigente). É a razão pela qual ouvimos tudo, desde música a vozes e coisas que se passam durante a noite!

Descrevemos as ondas sonoras com base em algumas caraterísticas-chave, incluindo a rapidez com que se movem (frequência), o tamanho que têm (amplitude) e a forma como mudam ao longo do tempo. Mas antes de entrarmos em tudo isso, é importante entender que as ondas sonoras são um tipo especial de onda chamado ondas longitudinais.

Ao contrário das ondas do mar, que se movem para cima e para baixo enquanto viajam para a frente, uma onda longitudinal empurra e puxa o ar na mesma direção em que viaja.

Para imaginar o funcionamento de uma onda longitudinal, pense numa longa fila de pessoas, todas de pé, ombro a ombro. Se a primeira pessoa se inclinar para a frente e chocar com a seguinte, e esta fizer o mesmo com a seguinte, dá-se uma reação em cadeia, tal como as moléculas de ar que reagem a um som. Este movimento para a frente e para trás é a razão pela qual o som é frequentemente designado por onda de pressão.

Agora, quando falamos de ondas sonoras na música e na vida quotidiana, estamos realmente a falar de ondas de pressão sonora. Estas ondas sonoras situam-se dentro da gama da audição humana, que é aproximadamente de 20 Hz a 20.000 Hz. Abaixo dos sons percebidos pelo ouvido humano está a gama de infra-sons, que é demasiado baixa para nós ouvirmos, mas é útil para coisas como detetar terramotos e localizar elefantes (sim, leu bem). Acima do alcance do ouvido humano estão os ultra-sons, que utilizamos para tudo, desde imagiologia médica a limpeza de jóias. Voltaremos a estes daqui a pouco.

Para além da música, há várias indústrias em que as ondas sonoras desempenham um papel importante. Elas fazem tudo, desde ajudar os médicos a ver o interior do corpo humano até permitir que os submarinos naveguem debaixo d'água. Mas para nós, músicos e produtores, estas ondas são a base de tudo com que trabalhamos e quanto melhor as compreendermos, mais controlo temos sobre o nosso som.

Quais são os componentes de uma onda sonora?

As ondas sonoras podem parecer magia negra, mas tal como tudo o resto na física, seguem um conjunto de regras. Todos os sons que ouvimos têm caraterísticas específicas que definem o seu comportamento, e há uma série de componentes-chave que moldam as ondas sonoras.

Frequência

A frequência é um dos principais factores que determinam a forma como ouvimos o som. Em termos simples, é a velocidade a que uma onda sonora está a vibrar. Medimo-la em hertz (Hz), o que nos diz quantas vezes a onda circula num segundo.

Quanto mais rápida for a vibração, maior será a frequência. E a frequência é o que determina o tom. Por exemplo, um dó médio num piano tem uma frequência de cerca de 261,6 Hz, o que significa que o ar está a vibrar a essa velocidade por segundo para produzir a nota. Entretanto, uma nota grave pode rondar os 60 Hz e um assobio de cão pode ultrapassar os 20.000 Hz (que, convenientemente, é onde a audição humana atinge o seu limite).

Comprimento de onda

O comprimento de onda (λ) é o tamanho de uma onda sonora - especificamente, a distância que percorre num ciclo completo. Se congelássemos uma onda sonora e a esticássemos à nossa frente, o comprimento de onda seria a distância de um pico ao seguinte.

Há uma fórmula simples para o fazer:

λ=c/f

Eis o que isso significa:

• λ (Comprimento de onda): O comprimento de um ciclo completo da onda
• c (Velocidade do som): A rapidez com que o som se move através do ar (cerca de 343 metros por segundo à temperatura ambiente)
• f (Frequência): A rapidez com que a onda está a vibrar, medida em hertz

Assim, se tiver um som de 100 Hz, pode ligá-lo:

λ = 343/100 = 3,43 metros

Isto significa que a onda tem mais de 3 metros de comprimento!

Agora, se compararmos isso com um som de 1000 Hz:

λ = 343/1000 = 0,343 metros

Como pode ver, as frequências mais altas têm comprimentos de onda mais curtos, razão pela qual os graves (frequências baixas) parecem grandes e largos, enquanto os agudos (frequências altas) são mais focados e direcionais.

É também por esta razão que os sons graves podem atravessar paredes, enquanto os sons agudos tendem a ser absorvidos ou reflectidos mais facilmente.

Amplitude

A amplitude representa a potência ou o volume de um som. É a parte de uma onda sonora que a torna alta ou suave. Mais tecnicamente, representa a distância a que as partículas de ar são empurradas da sua posição de repouso quando uma onda sonora passa. Quanto maior for o movimento, mais forte é a onda e mais alto é o som.

Pense da seguinte forma: se bater suavemente num tambor, o ar mal se move e obtém-se um som baixo. Mas se batermos nesse tambor com força, o ar comprime-se e expande-se muito mais dramaticamente, criando sons mais altos.

É a amplitude em ação.

Numa forma de onda, a amplitude é a altura da onda. Ondas mais altas significam maior amplitude, que percebemos como mais volume. Ondas mais pequenas significam uma amplitude menor, que ouvimos como um som mais baixo.

No entanto, para além do volume, a amplitude também desempenha um papel na forma como o som interage com o espaço, como se sente fisicamente e até como é percepcionado emocionalmente na música.

Velocidade

Quando falamos da velocidade do som (e não de uma das melhores canções dos Coldplay), trata-se da rapidez com que as ondas sonoras viajam através de um meio. Ao contrário da luz, que atravessa o espaço a velocidades difíceis de compreender, o som precisa de algo para viajar. Pode ser ar, água, metal, o que quiser. E dependendo do que é esse algo, a velocidade do som muda.

No ar (à temperatura ambiente), o som move-se a cerca de 343 metros por segundo (1.125 pés por segundo). Mas se gritar debaixo de água, o som desloca-se quatro vezes mais depressa do que no ar. E se batermos num tubo de metal, a vibração atravessa o metal ainda mais depressa.

Então, porque é que isto acontece?

O que está em causa é o grau de concentração das moléculas nos diferentes materiais. Em gases como o ar, as moléculas estão bastante espalhadas, pelo que a onda demora mais tempo a passar. Nos líquidos, as moléculas estão mais próximas umas das outras, pelo que o som se move mais rapidamente. Nos sólidos, onde as moléculas estão bem compactadas, o som move-se mais rapidamente.

É por isso que, se encostarmos o ouvido a uma linha de comboio (não o recomendo), ouvimos um comboio a aproximar-se muito antes de o som chegar até nós através do ar. É também por isso que o som se comporta de forma diferente em ambientes diferentes, como a voz soa estranhamente abafada num nevoeiro denso, uma vez que a humidade extra no ar altera a velocidade e a absorção das ondas sonoras).

Intensidade

Se a amplitude nos diz quão grande é uma onda sonora, a intensidade diz-nos quão forte ela é. Mais especificamente, a intensidade é a quantidade de energia que uma onda sonora transporta por unidade de área, e medimo-la em watts por metro quadrado (W/m²).

Pense nisso como uma lanterna. Uma lanterna fraca espalha uma pequena quantidade de energia numa área, enquanto uma de alta potência emite uma tonelada de luz no mesmo espaço. O som funciona da mesma forma. Quanto mais energia for acumulada numa onda, mais intensa ela é.

A intensidade é importante porque desempenha um papel importante na forma como percepcionamos o volume. Enquanto a amplitude nos dá a altura da onda, a intensidade diz-nos quanta energia total está a ser fornecida. Um pequeno altifalante e um sistema de som de um estádio podem produzir a mesma amplitude num único ponto, mas o sistema do estádio está a espalhar essa energia por uma área muito maior, tornando-a muito mais intensa.

É também por esta razão que a distância afecta o volume do som. Quando uma onda sonora se espalha, a sua intensidade diminui porque a energia é distribuída por um espaço maior. É por isso que um concerto tem um som ensurdecedor perto dos altifalantes, mas vai diminuindo à medida que nos afastamos.

Fase

A fase analisa o tempo de uma onda. É onde uma onda sonora está no seu ciclo num determinado momento. Se conseguirmos congelar uma forma de onda e apontar para um ponto específico, estaremos a identificar a sua fase.

Medimos a fase em graus, sendo que um ciclo completo de onda é 360°. Uma onda a 0° ou 360° está no seu ponto de partida, enquanto que 180° significa que está a meio do ciclo e virou de cabeça para baixo.

Quando várias ondas sonoras interagem, as suas fases determinam se trabalham em conjunto ou em oposição umas às outras.

Se duas ondas idênticas estiverem em fase (alinhadas nos mesmos pontos), reforçam-se mutuamente, tornando o som mais forte. No entanto, se estiverem desfasadas, ou seja, se o pico de uma onda estiver alinhado com o pico da outra, anulam-se parcial ou totalmente, o que pode reduzir ou mesmo eliminar o som.

O cancelamento de fase é a desgraça de qualquer engenheiro de áudio. Por exemplo, se alguma vez gravou um kit de bateria e reparou que a caixa soa estranhamente fina, o cancelamento de fase entre microfones pode ser o culpado. É também por isso que inverter a fase numa mesa de mistura ou DAW pode por vezes trazer um som de volta à vida.

Temos um blogue inteiro sobre a importância da fase na música que recomendo que consultem se quiserem saber mais.

Diferentes tipos de ondas sonoras com base na propagação

É importante notar que nem todas as ondas sonoras se movem da mesma forma. Embora todas transportem energia através de um meio, a forma como se propagam (termo sofisticado para a forma como as ondas sonoras viajam) pode ser diferente, dependendo da situação.

A propagação é apenas a forma como uma onda se move através do espaço. Algumas ondas empurram e puxam na mesma direção em que viajam, enquanto outras se movem para cima e para baixo ou se espalham em padrões complexos.

Vamos analisar os principais tipos de ondas sonoras com base na forma como se movem e porque é que isso é importante.

Ondas longitudinais

As ondas longitudinais são o formato de referência para as ondas sonoras na vida quotidiana. Elas são definidas pela forma como se movem. As partículas de ar vibram para trás e para a frente na mesma direção em que a onda viaja.

Gosto de imaginar que se empurra uma extremidade de uma mola para a frente e se puxa para trás, e que se vêem as bobinas a amontoarem-se e a espalharem-se em certas secções. Essencialmente, as ondas longitudinais movem-se através de áreas de compressão (onde as partículas são empurradas umas para as outras) e de rarefação (onde as partículas se afastam). Este ciclo constante de empurrar e puxar é a forma como o som se move através do ar e chega aos nossos ouvidos.

Ouvimos ondas longitudinais no ar e na água, uma vez que estes materiais não têm a estrutura necessária para suportar outros tipos de movimento de ondas. Mas elas também viajam através dos sólidos.

Uma vez que estas ondas são responsáveis por quase todos os sons que ouvimos, estão no centro de tudo na música, desde a vibração de uma corda de guitarra até ao toque crocante de um hi-hat.

Ondas transversais

As ondas transversais movem-se de forma um pouco diferente das suas primas longitudinais. Em vez de as partículas vibrarem para trás e para a frente na mesma direção que a onda, as ondas transversais apresentam um movimento perpendicular ao percurso da onda, o que significa que a energia avança, mas as partículas movem-se para cima e para baixo.

Uma boa maneira de imaginar isto é abanar uma corda. Se segurar numa extremidade e a agitar para cima e para baixo, verá ondas a viajar ao longo da corda, mas o material real da corda move-se de um lado para o outro em vez de se mover ao longo do comprimento da onda. É assim que as ondas transversais se comportam.

A principal diferença é que as ondas transversais só ocorrem em sólidos. Isso acontece porque os sólidos têm a estrutura rígida necessária para suportar o movimento para cima e para baixo. Os líquidos e os gases não têm esse tipo de resistência interna.

Embora não façam parte da forma como ouvimos o som, as ondas transversais desempenham um papel importante na compreensão das propriedades mecânicas dos materiais no mundo que nos rodeia. Aparecem na atividade sísmica, nas vibrações em estruturas sólidas e até na forma como os instrumentos ressoam. Se alguma vez sentiu o corpo de uma guitarra acústica vibrar quando toca uma nota, está a sentir as ondas transversais em ação.

Ondas de superfície

As ondas de superfície são como o melhor dos dois mundos, combinando os elementos das ondas longitudinais e transversais. Em vez de se moverem puramente para a frente e para trás ou para cima e para baixo, as ondas de superfície criam um movimento mais circular ou rolante à medida que viajam ao longo da fronteira entre dois materiais diferentes.

Voltando às ondas do mar , quando uma onda rola em direção à costa, a água move-se num padrão circular. As partículas perto da superfície deslocam-se em círculos maiores, enquanto as que se encontram mais a fundo se movem menos. O mesmo princípio aplica-se às ondas de superfície noutros materiais, incluindo alguns casos em que o som interage com superfícies sólidas.

O aspeto fundamental das ondas de superfície é o facto de a sua energia diminuir com a profundidade. Quanto mais nos afastamos da superfície, mais pequeno se torna o movimento da onda. É por isso que os mergulhadores de águas profundas não sentem o mesmo movimento que está a agitar os barcos lá em cima.

Diferentes tipos de ondas sonoras com base na frequência

Algumas ondas sonoras podem ser ouvidas, enquanto outras estão completamente fora do nosso alcance. Com base na frequência, as ondas sonoras dividem-se em três categorias principais:

• Ondas sonoras audíveis: Estas são as frequências que os humanos podem efetivamente ouvir. Tudo o que vai de 20 Hz a 20 kHz enquadra-se nesta gama. À medida que envelhecemos, o limite superior tende a diminuir, razão pela qual alguns sons de alta frequência só são ouvidos por ouvidos mais jovens (provavelmente lembra-se dos seus colegas que tocavam aquelas aplicações irritantes de mosquitos na aula porque o professor não os conseguia ouvir)
• Infrassons: São frequências ultra-baixas, abaixo dos 20 Hz, demasiado profundas para a audição humana, mas ainda assim muito reais e poderosas. O infrassom é utilizado na deteção de terramotos, na monitorização da atividade vulcânica e até na comunicação entre animais. Os elefantes, por exemplo, usam o infrassom para "falar" a longas distâncias. Alguns investigadores associam mesmo os infrassons a sensações de mal-estar, o que poderia explicar aqueles momentos de "juro que acabei de ver um fantasma".
• Ultra-sons: Estas ondas sonoras de alta frequência acima dos 20kHz estão para além do que os humanos conseguem ouvir, mas têm imensas aplicações práticas. A imagiologia médica (exames de ultra-sons), a tecnologia de sonar e até mesmo alguns produtos de dissuasão de pragas dependem dos ultra-sons. Alguns animais, como os morcegos e os golfinhos, utilizam-no para a ecolocalização, para "ver" de formas que estão para além da nossa perceção.

Considerações finais sobre as ondas sonoras

Então, o que é que se pode fazer com toda esta nova informação sobre ondas sonoras?

Bem, para começar, compreender as ondas sonoras dá-lhe mais controlo sobre a sua produção musical, mistura, gravação e até sobre as configurações de som ao vivo. Quer esteja a ajustar um equalizador e a tentar descobrir a frequência das ondas que está a ouvir ou a colocar microfones e a tentar evitar a fase, saber como o som se move ajuda-o a fazer melhores escolhas.

Quer uma experiência divertida com ondas sonoras?

Experimente isto: pegue num altifalante, toque uma onda sinusoidal de baixa frequência (cerca de 50-100 Hz) e coloque a sua mão perto dele. Sente a vibração? Agora, toque uma onda sinusoidal de alta frequência (5.000 Hz ou mais). Repara como as vibrações se desvanecem? É o comprimento de onda e a frequência em ação. Quanto mais baixa for a frequência, maior é o comprimento de onda e mais se move através do ar de uma forma que se pode sentir fisicamente.

No final do dia, as ondas sonoras não são apenas parte de uma ciência abstrata. Elas moldam tudo o que ouvimos e sentimos na música. E quanto mais as compreendermos, mais as podemos moldar à nossa vontade.