A física da música

Sua música preferida é composta por notas musicais dispostas em série e em paralelo contra silêncios momentâneos de contraste conhecidos como pausas.

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Albert Einstein tocando violino.

Este não é um artigo sobre acústica, mas sobre as variáveis físicas presentes na música, ou seja, uma pequena abordagem da acústica da música.

A acústica é algo bem mais abrangente que pode ser definido como o ramo da física que estuda os aspectos de produção e propagação do som, além dos fenômenos de reflexão, absorção e transformação sonora.

O propósito deste artigo é somente transitar da linguagem musical para a linguagem da física e vice-versa, ou seja, fazer a correspondência entre as duas linguagens.

Toda nota musical apresenta necessariamente as seguintes variáveis físicas

Tempo / Pressão / Frequência / Harmônicas

As variáveis acima traduzidas para a linguagem musical corresponderiam então

Duração / Força (volume da nota) / Altura (nome da nota) / Timbre (cor do som)

O tempo colocado aqui como variável se refere ao tempo de duração de cada nota, ou seja, de sua persistência, do instante em que ela tem início até o momento em que ela cessa.

Existem ainda outras variáveis musicais relacionadas com o tempo, como Ritmo e Andamento, mas que, em última instância, são consequências da duração de cada nota contida na música.

Quanto à Pressão, seria melhor nomeá-la neste caso, como Pressão Sonora, já que na produção do som, é necessário que existam camadas de pressão e descompressão alternadas no ar ao longo da propagação.

Vale lembrar ainda que meios líquidos e sólidos também são perfeitamente capazes de propagar tais ondas.

Quanto maior for o delta entre as camadas de alta pressão e de baixa pressão, maior será o volume da nota ouvida. Em termos musicais fala-se em Força da nota.

A onda sonora, portanto é uma onda mecânica produzida por uma perturbação do meio, causada por um corpo que oscila. No caso da música, essa oscilação é regular o que gera em nós a sensação estética do som percebido.

O senso comum fala muito sobre o som ser causado por moléculas de ar que vibram, mas essa imagem é equivocada já que a vibração das partículas está relacionada à percepção de temperatura. No caso do som, o correto é dizer da Oscilação de um corpo que perturba o meio e da oscilação de pressão em camadas desse meio.

Outra imagem também inadequada para representar a propagação do som é a senóide disposta no plano cartesiano. É uma imagem útil, no entanto é uma ferramenta matemática apropriada ao estudo da física. No caso da senóide temos à mão o período de cada ciclo de compressão que remete à frequência da onda, e temos também a amplitude do som que remete ao volume do som, ou melhor dizendo, sua força.

A melhor representação do fenômeno do som em termos físicos é a imagem que mostra as camadas de maior e menor pressão do ar se propagando.

 A Frequência da nota musical é o que dá o nome à nota. Uma nota mais grave ou mais aguda está relacionada à frequência mais baixa ou mais alta do som. Essa variável em termos musicais é chamada de altura. Diz-se que o Ré é mais alto que o Dó porque a frequência do som que chamamos de Ré é mais alta do que a frequência do som que chamamos de Dó.

Vulgarmente em nosso dia a dia costumamos dizer que o som está muito alto ou muito baixo nos referindo ao volume do equipamento de som, mas de fato em música, a variável Altura está relacionada com a frequência do som, ou seja, com parâmetros de grave e agudo. A voz da mulher é mais aguda que a voz do homem, ou corretamente dizendo, a voz da mulher é mais alta que a voz do homem.

O ouvido humano é capaz de perceber sons que variam de 20hz a 20Khz sendo que quanto mais próximo destes limites estiver o som, menos perceptível ele é. Por isso é preciso que este sons contenham uma energia muito grande para serem percebidos pelos humanos, ou seja eles precisam chegar aos nossos ouvidos com bastante força para não passarem despercebidos.

A faixa de frequência ótima em termos de percepção do ouvido humano se encontra por volta dos 1000Hz, sendo que esta banda ótima é justamente onde se encontra a voz humana média. Isso nos leva a pensar que a seleção natural privilegiou aqueles ouvidos capazes de escutar a voz de outros humanos, mesmo num nível mais baixo de energia sonora.

 O timbre é aquilo que diferencia o som dos diferentes instrumentos mesmo quando eles estiverem tocando uma mesma nota. Estamos falando aqui da Cor do som para usar um termo bem subjetivo e usual jargão entre os músicos. O timbre é uma característica dos harmônicos presentes num determinado som. O que foi falado da frequência no parágrafo acima se referia somente a onda fundamental. É preciso aqui compreender que dentro de uma única camada de alta pressão da propagação sonora existem inúmeras sub-camadas de compressão e descompressão mais fracas. O mesmo acontece com a camada de baixa pressão da onda fundamental, e é isso que gera os diferentes timbres encontrados nos instrumentos.

Se fôssemos representar essa situação num plano cartesiano, enxergaríamos a onda fundamental sendo sempre aquela de maior período, e sobrepostas a ela inúmeras ondas de maior frequência começando pelo dobro da frequência, depois o triplo, quatro, cinco vezes a frequência e assim indefinidamente. É justamente a combinação das diferentes possíveis forças dos harmônicos encontrados em cada instrumento que vai gerar a diversidade de timbres possíveis numa orquestra, por exemplo.

Para encerrar, lembro que existem muitos sons percussivos que são desprovidos de altura definida ou de duração definida, como é o caso da caixa da bateria e também do bumbo. Equipamentos de precisão certamente são capazes de detectar a onda fundamental e medir o tempo de duração do toque de uma caixa, mas de modo geral, essas variáveis para os sons percussivos não influenciam diretamente a composição musical, a não ser para ouvidos privilegiados em termos de percepção e sensibilidade.

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