Quando a maioria das pessoas ouve a palavra onda, elas imaginam o oceano - ondas ondulantes, ondas fortes, talvez até mesmo um surfista desaparecendo 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. Ambos se movem pelo espaço, transportam energia e podem ser medidos em termos de tamanho e velocidade.

Obviamente, a grande diferença é que as ondas do oceano viajam pela água, enquanto as ondas sonoras se movem pelo ar (ou por qualquer material pelo qual estejam passando). E embora as ondas do mar facilitem a visualização de seus movimentos, as ondas sonoras são um pouco mais complexas, funcionando no reino microscópico.

Saber como essas ondas se comportam pode ser extremamente benéfico para qualquer pessoa que trabalhe com som, seja você engenheiro de áudio, construtor de estúdio ou desenvolvedor de tratamento acústico. Então, vamos detalhar tudo da maneira mais simples possível!

O que é uma onda sonora?

Em sua essência, uma onda sonora é apenas uma vibração que se move pelo ar (ou água ou um sólido). O som não é exigente). É a razão pela qual ouvimos de tudo, desde música a vozes e coisas que acontecem à noite!

Descrevemos as ondas sonoras com base em algumas características principais, incluindo a rapidez com que se movem (frequência), o tamanho (amplitude) e como elas mudam com o tempo. Mas antes de entrarmos em tudo isso, é importante entender que as ondas sonoras são um tipo especial de onda chamada ondas longitudinais.

Ao contrário das ondas do mar, que se movem para cima e para baixo enquanto avançam, uma onda longitudinal empurra e puxa o ar na mesma direção em que está viajando.

Para imaginar como uma onda longitudinal funciona, pense em uma longa fila de pessoas todas em pé ombro a ombro. Se a primeira pessoa se inclinar para frente e esbarrar na próxima, e essa pessoa fizer o mesmo com a próxima, você terá uma reação em cadeia, assim como as moléculas de ar reagindo a um som. Esse movimento de ida e volta é o motivo pelo qual o som costuma ser chamado de onda de pressão.

Agora, quando falamos sobre ondas sonoras na música e na vida cotidiana, estamos realmente falando sobre ondas de pressão sonora. Essas ondas sonoras atingem a faixa da audição humana, que é de aproximadamente 20 Hz a 20.000 Hz. Abaixo dos sons percebidos pelo ouvido humano está o alcance do infra-som, que é muito baixo para ouvirmos, mas é útil para coisas como detectar terremotos e rastrear elefantes (sim, você leu certo). Acima do alcance do ouvido humano está o ultrassom, que usamos para tudo, desde imagens médicas até limpeza de joias. Voltaremos a eles em breve.

Além da música, existem vários setores nos quais as ondas sonoras desempenham um papel importante. Eles fazem de tudo, desde ajudar os médicos a ver o interior do corpo humano até permitir que os submarinos naveguem debaixo d'água. Mas para nós, como músicos e produtores, essas ondas são a base de tudo com que trabalhamos, e quanto melhor as entendemos, mais controle temos sobre nosso som.

Quais são os componentes de uma onda sonora?

As ondas sonoras podem parecer magia negra, mas, como qualquer outra coisa na física, elas seguem um conjunto de regras. Cada som que ouvimos tem características específicas que definem como ele se comporta, e há alguns componentes principais que moldam as ondas sonoras.

Frequência

A frequência é um dos maiores fatores que moldam a forma como ouvimos o som. Em termos simples, é a rapidez com que uma onda sonora está vibrando. Nós o medimos em hertz (Hz), o que nos diz quantas vezes a onda circula em um segundo.

Quanto mais rápida a vibração, maior a frequência. E a frequência é o que determina o tom. Por exemplo, um C médio em um piano tem uma frequência de cerca de 261,6 Hz, o que significa que o ar está vibrando a essa velocidade por segundo para produzir a nota. Enquanto isso, uma nota grave pode ficar em torno de 60 Hz, e um apito penetrante de cachorro pode subir acima de 20.000 Hz (que, convenientemente, é onde a audição humana é intermitente).

Comprimento de onda

O comprimento de onda (λ) é o tamanho de uma onda sonora - especificamente, a distância que ela viaja em um ciclo completo. Se você congelasse uma onda sonora e a esticasse à sua frente, o comprimento de onda seria a distância de um pico ao outro.

Há uma fórmula simples para descobrir isso:

λ=c/f

Veja o que isso significa:

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

Portanto, se você tiver um som de 100 Hz, poderá conectá-lo:

λ = 343/100 = 3,43 metros

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

Agora, se compararmos isso a um som de 1.000 Hz:

λ = 343/1000 = 0,343 metros

Como você pode ver, as frequências mais altas têm comprimentos de onda mais curtos, e é por isso que os graves (baixas frequências) parecem grandes e amplos, enquanto os agudos (altas frequências) são mais focados e direcionais.

É também por isso que os sons graves podem atravessar paredes, enquanto os sons mais agudos tendem a ser absorvidos ou refletidos com mais facilidade.

Amplitude

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

Pense assim: se você tocar suavemente em um tambor, o ar mal se move e você obtém um som baixo. Mas se você bater no tambor com força, o ar se comprime e se expande de forma muito mais dramática, criando sons mais altos.

Isso é amplitude em ação.

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

Além do volume, no entanto, a amplitude também desempenha um papel na forma como o som interage com o espaço, na sensação física e até na forma como é percebido emocionalmente na música.

Velocidade

Quando falamos sobre a velocidade do som (e não é sem dúvida uma das melhores músicas do Coldplay), é a rapidez com que as ondas sonoras viajam por um meio. Ao contrário da luz, que percorre o espaço em velocidades difíceis de entender, o som precisa de algo para percorrer. Isso pode ser ar, água, metal, o que quiser. E dependendo do que seja esse algo, a velocidade do som muda.

No ar (à temperatura ambiente), o som se move a cerca de 343 metros por segundo (1.125 pés por segundo). Mas se você gritar embaixo d'água, o som viaja quatro vezes mais rápido do que no ar. E se você tocar em um tubo de metal, a vibração passa pelo metal ainda mais rápido.

Então, por que isso acontece?

Tudo se resume ao quão compactas as moléculas estão em diferentes materiais. Em gases como o ar, as moléculas estão bem espalhadas, então leva mais tempo para a onda passar. Nos líquidos, as moléculas estão mais próximas, então o som se move mais rápido. Nos sólidos, onde as moléculas são compactadas firmemente, o som se move mais rápido.

É por isso que, se você colocar o ouvido contra um trilho de trem (não recomendo isso), ouvirá um trem se aproximando muito antes de o som chegar até você pelo ar. É também por isso que o som se comporta de maneira diferente em ambientes diferentes, como a forma como sua voz soa estranhamente abafada em uma névoa espessa, já que a umidade extra no ar está mudando a velocidade e a absorção das ondas sonoras).

Intensidade

Se a amplitude nos diz o tamanho de uma onda sonora, a intensidade nos diz o quão forte ela é. Mais especificamente, a intensidade é a quantidade de potência que uma onda sonora carrega por unidade de área, e a medimos em watts por metro quadrado (W/m²).

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

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

É também por isso que a distância afeta o quão alto algo soa. À medida que uma onda sonora se espalha, sua intensidade diminui porque a energia é distribuída por um espaço maior. É por isso que um show soa ensurdecedor perto dos alto-falantes, mas desaparece à medida que você recua.

Estágio

A fase analisa o tempo de uma onda. É onde uma onda sonora está em seu ciclo a qualquer momento. Se você pudesse congelar uma forma de onda e apontar para um ponto específico nela, estaria identificando sua fase.

Medimos a fase em graus, com um ciclo de onda completo sendo 360°. Uma onda de 0° ou 360° está em seu ponto de partida, enquanto 180° significa que ela está na metade e virou de cabeça para baixo.

Quando várias ondas sonoras interagem, suas fases determinam se elas funcionam juntas ou uma contra a outra.

Se duas ondas idênticas estiverem em fase (alinhadas nos mesmos pontos), elas se reforçam mutuamente, tornando o som mais forte. No entanto, se estiverem fora de fase, o que significa que o pico de uma onda se alinha com a queda de outra, elas se cancelam parcial ou totalmente, o que pode reduzir ou até mesmo eliminar o som.

O cancelamento de fase é uma desgraça para qualquer engenheiro de áudio. Por exemplo, se você já gravou uma bateria e percebeu que a caixa soa estranhamente fina, o cancelamento de fase entre microfones pode ser o culpado. É também por isso que inverter a fase em um mixer ou DAW às vezes pode trazer um som de volta à vida.

Temos um blog inteiro sobre por que a fase é importante na música que eu recomendo conferir se você quiser saber mais.

Diferentes tipos de ondas sonoras com base na propagação

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

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

Vamos detalhar os principais tipos de ondas sonoras com base em como elas se movem e por que isso é importante.

Ondas longitudinais

As ondas longitudinais são o formato preferido para ondas sonoras na vida cotidiana. Eles são definidos pela forma como se movem. As partículas de ar vibram para frente e para trás na mesma direção em que a onda está viajando.

Gosto de imaginar empurrar uma extremidade de uma corda para frente enquanto a puxa para trás e ver as bobinas se agruparem e se espalharem em certas seções. Essencialmente, as ondas longitudinais se movem por áreas de compressão (onde as partículas são empurradas juntas) e rarefação (onde as partículas se separam). Esse ciclo constante de empurrar e puxar é como o som se move pelo ar e chega aos nossos ouvidos.

Ouvimos ondas longitudinais no ar e na água, pois esses materiais não têm a estrutura para suportar outros tipos de movimento ondulatório. Mas eles também viajam através de sólidos.

Como essas ondas são responsáveis por quase todo o som que ouvimos, elas estão no centro de tudo na música, desde a vibração de uma corda de violão até o toque crocante de um chapéu alto.

Ondas transversais

As ondas transversais se movem de maneira um pouco diferente de suas primas longitudinais. Em vez de partículas vibrando para frente e para trás na mesma direção da onda, as ondas transversais apresentam um movimento perpendicular à trajetória da onda, o que significa que a energia avança, mas as partículas se movem para cima e para baixo.

Uma boa maneira de imaginar isso é sacudindo uma corda. Se você segurar uma ponta e sacudi-la para cima e para baixo, verá ondas viajando ao longo da corda, mas o material real da corda se move de um lado para o outro e não 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 porque os sólidos têm a estrutura rígida necessária para suportar o movimento para cima e para baixo. Líquidos e 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 ao nosso redor. Eles aparecem na atividade sísmica, nas vibrações em estruturas sólidas e até mesmo na ressonância dos instrumentos. Se você já sentiu o corpo de um violão vibrar ao tocar uma nota, está experimentando ondas transversais em ação.

Ondas de superfície

As ondas de superfície são como as melhores dos dois mundos, combinando os elementos das ondas longitudinais e transversais. Em vez de se moverem puramente para 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.

Trazendo-a de volta às ondas do mar, quando uma onda rola em direção à costa, a água se move em um padrão circular. As partículas próximas à superfície viajam em círculos maiores, enquanto as mais profundas se movem menos. O mesmo princípio se aplica às ondas superficiais em outros materiais, incluindo alguns casos em que o som interage com superfícies sólidas.

A principal coisa sobre as ondas superficiais é que sua energia diminui com a profundidade. Quanto mais você se afasta da superfície, menor se torna o movimento da onda. É por isso que os mergulhadores de águas profundas não sentem o mesmo movimento que atira barcos para cima.

Diferentes tipos de ondas sonoras com base na frequência

Podemos ouvir algumas ondas sonoras, enquanto outras estão completamente fora do nosso alcance. Com base na frequência, as ondas sonoras se enquadram em três categorias principais:

• Ondas sonoras audíveis: essas são as frequências que os humanos podem realmente ouvir. Tudo de 20 Hz a 20 kHz se enquadra nessa faixa. À medida que envelhecemos, o limite superior tende a cair, e é por isso que alguns sons de alta frequência só são ouvidos por ouvidos mais jovens (você provavelmente se lembra de seus colegas jogando aqueles aplicativos irritantes de mosquitos na sala de aula porque o professor não conseguia ouvi-los)
• Infrassom: são frequências ultrabaixas abaixo de 20 Hz que são muito profundas para a audição humana, mas ainda são muito reais e poderosas. O infra-som é usado na detecção de terremotos, monitoramento de atividades vulcânicas e até mesmo na comunicação com animais. Os elefantes, por exemplo, usam o infra-som para “falar” em longas distâncias. Alguns pesquisadores até associam o infra-som a sentimentos de mal-estar, o que poderia explicar aqueles momentos do tipo “eu juro que acabei de ver um fantasma”.
• Ultrassom: Essas ondas sonoras de alta frequência acima de 20 kHz estão além do que os humanos podem ouvir, mas têm inúmeras aplicações práticas. Imagens médicas (exames de ultrassom), tecnologia de sonar e até mesmo alguns dissuasores de pragas dependem do ultrassom. Alguns animais, como morcegos e golfinhos, o usam para ecolocalização para “ver” de maneiras que estão além da nossa percepção.

Considerações finais sobre ondas sonoras

Então, o que você pode fazer com todas essas novas informações sobre ondas sonoras?

Bem, para começar, entender as ondas sonoras oferece mais controle sobre sua produção musical, mixagem, gravação e até mesmo configurações de som ao vivo. Se você está ajustando um EQ e tentando descobrir a frequência das ondas que está ouvindo ou colocando microfones e tentando evitar a fase, saber como o som se move ajuda a fazer melhores escolhas.

Quer um experimento divertido de ondas sonoras?

Experimente o seguinte: pegue um alto-falante, toque uma onda senoidal de baixa frequência (cerca de 50-100 Hz) e coloque a mão perto dela. Sente essa vibração? Agora, reproduza uma onda senoidal de alta frequência (5.000 Hz ou mais). Percebe como as vibrações diminuem? Isso é comprimento de onda e frequência em ação. Quanto menor a frequência, maior o comprimento de onda e mais ela se move pelo ar de uma forma que você pode sentir fisicamente.

No final das contas, as ondas sonoras não são apenas parte de uma ciência abstrata. Eles moldam tudo o que ouvimos e sentimos na música. E quanto mais você os entende, mais você pode dobrá-los à sua vontade.