Filtros

É comum um fonte sonora emitir sons ou ruídos não desejados. Os filtros são elementos que retiram de um som as frequências que não desejamos.

Nos equipamentos de áudio existem basicamente três tipos de filtros:

1- HPF (High Pass Filter): Esse filtro, como o nome diz, passa frequências altas, ou seja, só permite que frequências acima de um ponto determinado passem por ele, abaixo desse ponto as frequências são cortadas, ou como dizemos, são "limadas".

2- LPF (Low Pass Filter): Esse filtro é o contrário do HPF, ele só permite que frequências abaixo de um determinado ponto passem, limando as frequênciaS mais altas.

3- Band Pass: É um tipo de filtro que permite passar uma faixa de frequências, limando as frequências abaixo de um ponto e acima de outro ponto. É algo como a soma dos dois anteriores.

É interessante notar que o filtro não atua imediatamente no ponto de corte, ele atua gradativamente aumentando a quantidade cortada a medida que se distancia do ponto de corte. Alguns filtros cortam mais rapidamente que outros, sendo que esse fator de inclinação do corte é o que chamamos de ordem do filtro.

Um filtro de 1ª ordem possui uma inclinação de 6 db por oitava, um de 2ª ordem corta 12 db por oitava, e assim sucessivamente, sempre seguindo a fórmula nª ordem = 6n db por oitava.

Para finalizar, devemos saber que cada filtro possui um símbolo que o identifica. Muitos equipamento não trazem o nome do filtro, e sim o seu símbolo, assim temos que conhecê-los:

Superposição de frequências

Quando uma determinada frequência é produzida simultaneamente por dois emissores distintos localizados à mesma distância do receptor, teremos a superposição das frequências.

Qualquer tipo de superposição entre ondas é chamado de interferência.

Se uma onda "A" encontra uma onda "B" de forma que os seus pontos iniciais e finais no espaço sejam exatamente os mesmos temos uma interferência construtiva, cuja resultante será uma onda "C" com amplitude total = amplitude de A + amplitude de B. Nesta caso dizemos que as ondas estão "em fase".

Por outro lado, se estas ondas se encontram no espaço com uma defasagem de 180 graus, ou seja, exatamente invertidas, a resultante tente a zero, nesta caso temos uma interferência destrutiva, e dizemos que as frequências estão "fora de fase".

Comprimento de Onda

O comprimento de onda é a distância entre o início de um ciclo (compressão) até o final deste ciclo (descompressão).

Não devemos confundir o comprimento de onda com a frequência do som, a frequência indica quantos ciclos ocorrem em um segundo e é medida em hertz, já o comprimento é o tamanho da onda e é medido em metros.

A fórmula para medir o comprimento de uma onda é : 8 = C / A, onde 8 é o comprimento da onda, C é a velocidade do som e A é a sua frequência. Assim, o comprimento da onda de 100 Hz é de:

8 = 344 /100 = 3,44 metros.

Nota: Usualmente atribuimos o valor de 344 m/s (metros por segundo) para a velocidade do som, mas esse valor pode variar, principalmente em função da temperatura ambiente.

Timbre

Para compreender o conceito de timbre é necessário saber o que são harmônicos. Leia sobre harmônicos no post anterior.

Quando tocamos a mesma nota com o mesmo volume em dois instrumentos diferentes podemos facilmente perceber que os sons possuem a mesma frequência, mas também podemos perceber claramente a diferença entre os instrumentos.

Isso é possível porque cada instrumento vibra de forma distinta e produz harmônicos com amplitudes e comprimentos diferentes de acordo com o sua constituição. Ao conjunto de harmônicos que caracterizam um emissor sonoro damos o nome de timbre.

Harmônicos

Já falamos um pouco sobre tom puro, mas para recordar, o tom puro é um som formado por uma única frequência e é representado por uma curva senoidal. No entanto, o tom puro não existe na natureza, isso porque qualquer emissor vibra ao produzir um som e essa vibração acaba produzindo sons secundários oriundos do próprio material que o compõe e derivados do som básico.

Exemplo: Quando tocamos uma nota em um violão (Um único toque em uma única corda) produzimos um tom puro, mas outras cordas acabam ressoando, a caixa e o braço também ressonam e toda essa vibração produz diversos tons que acabam compondo um tom complexo. Logo, o tom complexo é um conjunto de várias frequências.

O tom principal que gera um som complexo é sempre o mais grave e de maior amplitude (volume) e é chamado de tom fundamental ou frequência fundamental.

As demais frequências que compõem o som complexo são chamadas de harmônicos.

Imagem obtida em: Física da música - CDCC Universidade de São Paulo
(http://www.cdcc.sc.usp.br/ondulatoria/musica3.html)
Acesso em 25/04/2009

"Tecnicamente a fundamental corresponde ao primeiro harmônico. A fundamental é responsável pela percepção da altura de uma nota, enquanto que os demais harmônicos participam da composição da forma de onda do som." (WIKIPÉDIA. Desenvolvido pela Wikimedia Foundation. Apresenta conteúdo enciclopédico. Disponível em: <http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Frequ%C3%AAncia_fundamental&oldid=14985316>. Acesso em: 25 abr. 2009 ).

Frequência

Frequência é um conceito relativo a repetição de um fenômeno em determinado período tempo.

Dentro do áudio, a frequência é a quantidade de ciclos completos de um onda que ocorrem em um período de 1 segundo, e é expressa em Hertz (Hz).

Desta forma, uma onda que possui 50 ciclos completos por segundo representa um som de 50 Hz.
Na imagem acima podemos ver representados dois sons puros:

Em azul um som com uma frequência mais baixa (Ciclos mais compridos) portanto um som mais grave. Em vermelho um som mais agudo, com um comprimento de onda menor.

Curiosidade:
O ouvido humano pode ouvir sons de 20 Hz até 20KHz (1KHz = 1 Kilohertz ou 1000 Hz).

Os sons mais baixo são mais graves e conforme as frequências vão aumentando vamos tendo sons mais agudos, essa frequências são classificadas conforme vemos na tabela abaixo:

Amplitude do Som

Já falamos um pouco no post anterior, e aqui vão mais alguns detalhes:

A amplitude do som está diretamente ligada ao volume. Quanto maior a amplitude do som maior ou mais forte será o seu volume e vice-versa. No gráfico abaixo temos a representação de um som com duas amplitudes diferentes. A linha vermelha mostra um som forte e a linha verde o mesmo som com uma amplitude fraca. Se escutarmos estes dois sons separadamente vamos perceber que são idênticos, a diferença é que um estará com um volume mais baixo, e o outro com um volume mais alto.


A amplitude da onda sonora é medida em dB (decibeis) e abaixo temos um gráfico mostrando o volume de alguns sons do nosso cotidiano:

Curiosidades:

A amplitude de um som varia conforme a distância entre o emissor e o receptor. Isso ocorre porque a propagação do som ocorre com a transmissão de energia entre as moléculas do meio, como o som se propaga omnidirecionalmente, a área de propagação aumenta significativamente com o aumento da distância. Desta forma a energia transmitida para uma molécula terá que ser transmitida para mais de uma da próxima camada fazendo com que a intensidade do som vá diminuindo com o passar da distância.

Essa perda de volume é de 6 dB a cada vez que a distância e dobrada. Assim, se um som é escutado com uma pressão de 50 dBs a 5 metros da fonte sonora, a 10 metros escutaremos 44 dBs, a 20 metros escutaremos 38 dBs, a 40 metros escutaremos 32 dBs e assim sucessivamente.


Por outro lado, quando dobramos o volume da fonte sonora acrescentamos apenas 3 dBs ao total do volume. Assim, se temos um sistema com um amplificador de 100W e conseguimos uma pressão sonora de 70 dBs, com dois amplificadores iguais de 100W cada consiguiremos 73 dBs.


Nota: As imagens deste post foram obtidas no site Feira de ciências:
FEIRA DE CIÊNCIAS. Prof.Mestre Luiz Ferraz Netto. Disponível em: <http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_T01.asp>. Acesso em: 13 abr. 2009

Esse site tem alguns dados técnicos sobre o assunto, vale a pena conferir.