Devaneios - Ondulatória
- Drano Rauteon
- há 6 dias
- 19 min de leitura
Brevemente já flertamos com o som aqui no blog ao falarmos sobre caixas de ressonância e compararmos o silenciador do escapamento dos automóveis com o funcionamento de um violão no artigo sobre capacitores variáveis. Caso queira ler ou relembrar, CLIQUE AQUI!
Este artigo visa situar a concepção de muitas variáveis envolvendo o som como um todo com pitadas de teoria musical. Pra começar, vamos entender o que é o som usando como base um antigo livro didático de ensino médio:
Complemento 1 - O básico sobre as ondas
Tudo o que foi explicado no complemento acima pode ser transposto para outras áreas da física, como por exmplo as ondas eletromagnéticas de rádio.
Note que uma voz mais aguda é emitida numa frequência mais alta, enquanto uma voz mais grave é emitida numa frequência mais baixa, e é este o conceito de altura: Agudo ou grave.
-> Quando elevamos a altura do som, subimos o Tom;
-> Quando reduzimos a altura do som, abaixamos o Tom.
O ouvido Humano é capaz de identificar sons numa extensão que vai de 20 Hz à 20 kHz, a qual chamamos de "espectro audível". Abaixo de 20 Hz denominamos "Infrassom", enquanto acima de 20 kHz denominamos "Ultrassom".
Entretanto, costumamos chamar de "altura do som" o ato de "mudar o volume" no seletor de uma aparelho qualquer, um erro comum do vocabulário informal.
Quando "mudamos o volume", na verdade, estamos alterando a intensidade do som através da amplitude das ondas. 'Ondas maiores' vão resultar numa intensidade maior, enquanto 'ondas menores' vão resultar em intensidade menor.
Nos seus estudos sobre acústica, Alexander Graham Bell (1847 ~ 1922) notou que o ouvido Humano não percebe a variação da intensidade sonora de uma forma linear, mas sim exponencial, ou melhor dizendo, logaritmica. Logo, para representar ganhos ou atenuação de sinal relativos, Graham Bell decidiu usar uma escala logarítmica, e não linear. Incialmente, ele nomeou esta escala como "Transmission Unit" (TU), entretanto, após sua morte, a prórpia Bell Telephone Laboratory resolveu usar o nome Bel (B) para esta unidade de medida.
Por definição, 1 Bel é igua1 a atenuação de um sinal de áudio em 1,61 km (1 milha) de cabo telefônico.
Imagem 1 - A definição de Bel. Créditos: Embarcados
Só que este era um valor muito grande para trabalharmos com potências de sinal mais baixas, ou então o espectro audível Humano, e com isso surgiu a ideia de fracionar o Bel em 10 partes, criando assim o deciBel (dB).
Sendo uma unidade de medida relativa, no caso da amplitude das ondas percebidas pelo ouvido Humano (Sound Pressure Level, abreviado SPL), a pressão sonora de referência é 20 μPa (0,00002 Pa), ou seja:
0 dB SPL = 20 μPa
Observe:
Complemento 2 - 1 dB SPL tem como referência 20 μPa ou 10 e-12 W/m³
Quando produzimos sons na mesma frequência mas com fontes de vibração diferentes, podemos obter duas formas de onda distintas. É como ocorre com a voz Humana: Todos nós conseguimos emitir os mesmos sons, mas a frequência e a forma de onda modulada pelas cordas vocais diferencia a voz de cada pessoa.
Nos instrumentos musicais a ideia é a mesma: Um violão e um piano podem emitir os mesmos sons, mas você consegue distinguir um instrumento do outro justamente pela diferença grande entre os timbres. As estruturas da boca, como a cavidade oral, a língua, os dentes e as bochechas, amplificam e modificam os sons produzidos pelas cordas vocais, logo, funcionam como uma caixa de ressonância.
Um quarto parâmetro comum na música é a duração do som, que define o ritmo, isto é, a organização temporal dos sons, formulando os compassos. Organizando e combinando sons formamos uma coisa denominada MÚSICA.
Em resumo:
-> Altura do som: Frequência. Maior frequência, mais agudo. Menor frequência, mais grave;
-> Intensidade: Amplitude em que o som se propaga;
-> Timbre: Forma de onda do som;
-> Temporização: Duração do som dentro de um intervalo de tempo pré-definido.
Para combinar sons precisamos antes catalogá-los, e uma forma muito comum de fazer isso é separando-os em 'primitivas sonoras', isto é, as comuns notas musicais, organizando-as numa escala. A mais comum é a afinação temperada:
Complemento 3 - A "escala perfeita", isto é, a escala de Dó Maior
Lembrando que as frequências do Dó#, Ré#, Fá#, Sol# e Lá# são, respectivamente, 277,18 Hz, 312 Hz, 369,99 Hz, 416 Hz e 467 Hz.
Lembre-se também que cada nota possui seu semitom e a notação estadunidense usa as letras de A ao G:
Tabela 1 - O Mi (E) e o Si (B) são apenas semitons, enquanto o restante são tons inteiros
CURIOSIDADE: A afinação temperada simplesmente dá como igual as frequências do Mi# e do Fá, bem como igual o Si# e o Dó, logo, não existem os referidos semitons na escala. Entretanto, a afinação natural (ou justa) reconhece uma pequena diferença de frequências entre o Mi# e o Fá e entre o Si# e o Dó:
Tabela 2 - Perceba que há uma diferença de alguns Hz em cada nota na escala mostrada anteriormente se comparada à tabela acima. O Lá natural tem 444,4 Hz, enquanto o Dó natural tem 264 Hz
A diferença entre Mi# e Fá e Si# e Dó é de apenas alguns poucos Hz, permitindo ser ignorada no escala temperada.
Com isso, conseguimos concluir que o ouvido Humano consegue identificar praticamente 10 oitavas, já que o espectro audível vai, como já dito, de 20 Hz até os 20 kHz. Parece pouco, entretanto, permite uma combinação absurda de sons, da mesma forma que o espectro visível nos dá uma infinidade de tons de cores.
Veja agora as armaduras de várias escalas maiores:
Tabela 3 - As armaduras das escalas maiores. Perceba que a escala Dó Maior é a única que não tem acidentes musicais (Sustenidos e ou Bemóis)
Ao combinar três notas, obtemos os acordes, que por terem esta composição são conhecidas como triades, formadas pelo I, III e V grau.
As tríades podem ser compostas de quatro formas:
-> Triade Maior;
-> Triade menor;
-> Triade Maior com quinta aumentada;
-> Triade menor com quinta diminuta.
A diferença entre uma tríade Maior e uma menor é a distância entre o I e III e o III e o V grau, logo, temos:
Maior: I <--2 Tons--> III <--1 Tom e meio--> V
menor: I <--1 Tom e meio--> III <--2 Tons--> V
Por exemplo:
-> Para formar o acorde de Lá Maior, precisamos das notas Lá, Dó# e Mi;
-> Para formar o acorde de Lá menor, precimos das notas Lá, Dó e Mi.
No campo harmônico do violão popular ou de uma guitarra podemos formar ambos os acordes de várias maneiras diferentes, já que as referidas notas estão em vários trastes do instrumento:
Tabela 4 - Campo harmônico de um violão popular ou guitarra
Lembre-se que a corda mais grave do violão é a sexta, enquanto a corda mais aguda é a primeira, ou seja, a frequência das ondas é maior nas cordas de baixo. Quanto aos trastes, quanto mais próximo da caixa de ressonânica (mais curta a corda), mais agudo também. Por padrão, a afinação das cordas de violões comuns e até guitarras seguem este padrão:
-> E: 82,42 Hz (quatro tons abaixo na escala de Dó Maior);
-> A: 110 Hz (quatro tons abaixo na escala de Dó Maior);
-> D: 146,85 Hz (dois tons abaixo na escala de Dó Maior);
-> G: 196 Hz (dois tons abaixo na escala de Dó Maior);
-> B: 246,95 Hz (dois tons abaixo na escala de Dó Maior);
-> E: 329,7 Hz (exatamente como na escala de Dó Maior).
Já em teclados, o campo harmônico é um bocado diferente:
Diagrama 1 - Assim é o campo harmônico em um teclado de 61 teclas. A lógica também se aplica a outros instrumentos do tipo que seguem o mesmo padrão de teclas brancas e pretas
Na esquerda os sons são mais graves, enquanto na direita os sons são mais agudos. A marcação em vermelho representa a oitava central do teclado, que traz a afinação já mencionada do Dó Maior (a escala perfeita, sem acidentes musicais). Inclusive, se usar um App afinador de instrumentos de cordas, conseguimos - apesar dos timbres diferentes - aferir a frequência da oitava central do teclado:
Vídeo 1 - Como um App de afinação de violão identifica a afinação de um teclado com timbre de piano
Perceba que o afinador "CifraClub" captura a frequência do sinal através do microfone do smartphone e apresenta em vermelho quantos Hertz acima do tom original ela está para a efetiva calibração do violão. No Ré (terceira corda) ele apresentou inicialmente como a frequência correta (em verde), mas logo após identificou estar o dobro acima da frequência original da corda (emitindo o alerta de corda super tensionada). Note que o App não identifica a forma da onda, apenas a sua frequência, e por isso é possível "engana-lo" com o timbre do piano.
Os fenômenos
Complemento 4 - Compare estes fenômenos com aqueles observados na óptica
Assim como na óptica, temos a REFLEXÃO, a REFRAÇÃO e a ABSORÇÃO das ondas, sejam elas sonoras ou eletromagnéticas.
Um bom exemplo de Difração é a tela ou grade de proteção / acabamento montada por cima dos alto-falantes, que muitas vezes já são parte da carcaça do equipamento, como é o caso deste teclado Yamaha PSR-E283:
Imagem 2 - Este teclado musical possui uma carcaça feita de HIPS e que já serve como cobertura dos falantes
Por falar em absorção de ondas, ela se dá através de materiais isolantes acústicos, como é o caso do Poliestireno Expandido (EPS, também conhecido pelo nome comercial Isopor), um 'irmão' do Poliestireno de Alto Impacto (HIPS) usado na confecção da carcaça do teclado supramencionado. Sendo o EPS uma espuma assim como o FPE (Polietileno Espumado), o EPP (Polipropileno Expandido) e a espuma de PU (Poliuretano), conseguimos, através dos polímeros derivados do petróleo, uma pluralidade de materiais capazes de absorverem sons. Nâo apenas estes, mas a fibra de vidro, a lã de rocha, o carpete (confeccionado com fibras poliméricas) e borracha (natural ou sintética) podem ser aplicadas para absorver harmônicas. É assim que funciona um silenciador de escapamento aplicado em motores de combustão interna:
Imagem 3 - Este é o silenciador central de um VW UP!. Perceba o uso de lâ de rocha para absorção de ruído em dois de seus compartimentos
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Aqui precisamos fazer uma distinção entre caixa de ressonânica e ressonador. A caixa de ressonância amplifica os sons e os reflete através da geometria da câmara, além de seu material de construção e tamanho (volume).
Já o ressonador tem como função amplificar frequências específicas ou atenuar frequências específicas, e isso também se vale do tamanho da câmara (volume), compartimentação (ou labirintos), geometria e materiais de construção.
São conceitos com especificidades diferentes, embora possam ser tratados ambos como caixas de ressonância. É isso que faz a semelhança entre um violão e um silenciador de escapamento, por exemplo: um amplifica e o outro atenua as ondas, respectivamente.
Outro exemplo que podemos citar é o design da tomada de ar dos motores de combustão interna. Toda a geometria da tubulação e caixa do filtro de ar permite eliminar certas frequências oriundas do rotor da carcaça fria da turbina ou da sucção de ar para os cilindros feita pelos pistões:
Vídeo 2 - Um motor V8 Turbo Diesel sendo ligado sem a caixa do filtro e a tomada de ar e sem o catalisador e ressonador do escapamento. Créditos: RASBORGRUZ (Canal do You Tube)
Agora, veja a tubulação da tomada de ar de um Volkswagen Meteor (motor MAN 6 Cil.) e de um MB Actros (Motor MB 6 Cil.):
Imagem 4 - Todo o design do labirinto, da tomada de ar no alto da cabine até a entrada da turbina conta para redução do ruído
Na imagem seguinte vemos a aplicação de ressonadores em um motor FireEVO, muito comum no Brasil:
Imagem 5 - Esta pequena caixa do filtro de ar confeccionada em PP(GF15+TD15) engloba o duto de alimentação do TBI e três pequenos ressonadores
O uso de materiais como PEHD, PP-T20, PP-GF30, PA66-GF30, PP-EPDM, EPDM - ou até mesmo do PP(GF15+TD15) apresentado na imagem anterior - e o formato do filtro de fibra de celulose com Polifenol também são significativos no design do ressonador, e não apenas na sua geometria e volume (um design mais complexo e eficaz pode ser obtido com o uso de borrachas e plásticos / compósitos com base polimérica devido à moldagem facilitada), afinal de contas, a aspereza interna de todas estas galerias / câmaras somadas com a rigidez dos materiais interferem no choque e amortecimento (reflexão e absorção de ondas) das moléculas e átomos soltos que compõem a atmosfera terrestre e circulam com uma certa turbulência até as válvulas de admissão dos cilindros.
Inclusive, por de baixo das cabines do caminhões, e até mesmo no cofre do motor dos carros de passeio é comum o uso de mantas de carpete ou até mesmo blocos de Polipropileno Expandido (uma variação do Isopor que é muito mais resistente à vapores de hidrocarbonetos) cuja função é isolamento acústico - e em algumas regiões, como é o caso do para-choque e do para-lama, pode servir como absorvedor de impactos.
Em acústica (música, por exemplo), eletromagnetismo (no âmbito das telecomunicações, por exemplo) e na mecânica (a automotiva, por exemplo), uma harmônica de uma onda é uma frequência específica de vibração que tem a propriedade de causar o fenômeno de ressonância. A tais frequências é dada a denominação frequências de ressonância. Por definição, a frequência que causa a primeira ressonância de uma onda é chamada de frequência fundamental, e dela provêm os demais harmônicos.
Complemento 5 - O conceito de ressonância
Os harmônicos têm uma forte aplicação na música, pois eles definem as frequências do som (uma onda mecânica longitudinal) audível que correspondem às notas da escala musical (mais precisamente, às notas do que chamamos série harmônica, seja a afinação justa ou temperada). Partindo-se da frequência fundamental, é possível obter 'n' frequências, cada uma delas correspondente à determinada nota musical da série. Por esse motivo, o conjunto de todos os modos de oscilação possíveis é chamado de série harmônica. Em uma série harmônica, as frequências dos harmônicos são múltiplos inteiros da frequência fundamental. Se a frequência fundamental é 250 Hz, os próximos harmônicos serão:
-> 1º harmônico (fundamental): 250 Hz;
-> 2º harmônico: 500 Hz (2 × 250 Hz);
-> 3º harmônico: 750 Hz (3 × 250 Hz);
-> 4º harmônico: 1000 Hz (4 × 250 Hz);
-> 5º harmônico: 1250 Hz (5 × 250 Hz).
E assim por diante! Cada novo harmônico é um múltiplo inteiro da frequência fundamental.
Em sistemas mecânicos e estruturais, as harmônicas são frequências naturais de vibração de componentes que podem ser excitadas por forças externas. Se um sistema é submetido a uma força periódica na mesma frequência de uma dessas harmônicas, ocorre ressonância, podendo amplificar as vibrações e causar instabilidade ou até falha estrutural. Basta ver o amortecedor harmônico da cambota dos motores de combustão interna...
Vídeo 3 - Todos os motores de combustão interna modernos possuem polia damper, entretanto, ela é ainda mais crucial nos projetos de 3 cilíndros, onde a vibração tende a ser maior. Este vídeo foi feito com um GM Ecotec / CSS Prime 1.2 12v Turbo
CURIOSIDADE: Para entender sobre o design da polia TSD aplicado na cambota de motores de combustão, bem como a polia de roda livre / amortecedora aplicada no alternador (OAP e OAD) e a polia DMF aplicada no volante do motor, CLIQUE AQUI!
...ou em cabos de transmissão de energia elétrica:
Vídeo 4 - Um simples dispositivo de massa sintonizada (TMD, do inglês Tuned Mass Damper) consegue atenuar a vibrações prejudiciais ao sistema. Créditos: Elétrica Sem Limites (You Tube)
Uma situação onde a ressonânica é bem vinda são os dispositivos de recepção de sinais eletromagnéticos, como é o caso de rádios AM, PM, FM e receptores de sinais de internet, tais como Wi-Fi e internet móvel (2G, 3G, 4G e 5G), além de transmissões de baixo alcance, como por exemplo o Bluetooth. São todos receptores projetados para ressoar com frequências específicas, permitindo que o equipamento capte e amplifique o sinal desejado.
Na eletrônica, usamos filtros denominados passa-altas, passa-baixas, passa-faixa e rejeita-faixa para filtrar as frequências de sinal desejadas.
Diagrama 2 - Obviamente estas são representações mais simples possíveis dos quatro filtros eletrônicos. Os projetos podem contemplar filtros de segunda ou terceira ordem com amplificadores operacionais, eletrônica digital e tornar o design muito mais complexo do que isso
Para conhecer melhor os resistores, recomendo que comece CLICANDO AQUI!
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Para conhecer melhor os indutores, recomendo que comece CLICANDO AQUI!
Ao inserir um potenciômetro no lugar do resistor já conseguimos modificar as frequências de corte dos filtros apresentados acima. Tais concepções são encontradas em instrumentos musicais eletrônicos, por exemplo:
Imagem 6 - Esta é a Red Special, construída pelo icônico guitarrista da banda Queen, Brian May
Perceba os botões giratórios (Potenciômetros) "Volume" e "Tono". Enquanto um trabalha a amplitude das ondas (intensidade), o outro seleciona a frequência das ondas (grave e agudo).
Para conhecer melhor os potenciômetros, recomendo que comece CLICANDO AQUI!
Num filtro passa-baixa, onde há um resistor em série com um capacitor em paralelo com a carga, o condensador exibe reatância - e bloqueia os sinais graves - fazendo com que eles passem pelo elemento resistivo. Em frequências mais altas, a reatância reduz e o capacitor conduz com facilidade. O oposto ocorre com um filtro passa-alta, onde um capacitor em série e um resistor em paralelo com a carga permite a passagem de agudos e bloqueiam baixas frequências. A frequência de corte é determinada pela escolha da resistência e da capacitância:
Onde:
-> Fc: Frequência de Corte;
-> R: Resistência (em Ohms);
-> C: Capacitância (em Farads).
Um filtro passa-faixa pode ser feito combinando um passa-baixas com um passa-altas, entretanto, aparelhos de rádio, por exemplo, costumam usar um filtro passa-faixa com um capacitor variável em paralelo com o indutor (que por sua vez possui a antena). Esta concepção permite ao circuito entrar em ressonância com uma pluralidade de frequências de sinais eletromagéticos circundantes no ar uma-a-uma, permitindo-lhe escolher uma estação AM ou FM. O mesmo podemos dizer de um receptor de TV analógico ou digital com seu módulo contendo um 'varicap' (diodo que altera sua capacitância de acordo com a variação de tensão). Veja o diagrama do Regency TR-1, o primeiro rádio AM transistorizado, lançado em 1954 pela I.D.E.A. em parceria com a Texas Instruments:
Diagrama 3 - Note o sintonizador "passa-faixa" na esquerda do diagrama, com um capacitor variável junto do indutor alimentando a base do primeiro transistor de semicondutor a base de Germânio
Para conhecer melhor os transistores, recomendo que comece CLICANDO AQUI!
Voltando aos instrumentos musicais, os captadores de guitarras e baixos elétricos também usam da ressonância para funcionarem. Como as cordas são de aço, formam um campo magnético que excita um pequeno transdutor indutivo que exibe em sua saída um sinal elétrico análogo à vibração da corda:
GIF 1 - Como funciona um captador de guitarra
Apenas uma bobina consegue trabalhar com todas as cordas da guitarra ou baixo, desde que tenha ao menos um núcleo magnético para cada corda metálica:
Imagem 7 - Observe um Humbucker ao lado de dois captadores single-coil
Vamos agora trazer um exemplo que envolve o início da éra dos transistores e os instrumentos musicais. Os teclados sintetizadores e orgãos sintetizadores analógicos da década de 1960 já contemplavam circuitos mistos (com algumas válvulas) ou completamente transistorizados. Tais dispositivos possuem uma placa sintonizadora para cada tom e uma para cada semitom, ou seja, 12 placas eram necessárias para se obter uma oitava musical. Entretanto, como tais instrumentos traziam três ou mais oitavas de teclas, divisores eram utilizados para se obter os múltiplos da frequência fundamental de cada série harmônica. Na seguinte imagem, vemos uma das placas sintonizadoras de um Vox Jaguar V304 / V304E, datado de 1967:
Imagem 8 - Podemos notar um indutor variável, vários transistores de Germânio e até mesmo um punhado de capacitores PIO
Agora, veja o diagrama da placa geradora de tom:
Diagrama 4 - Perceba que mudando C1 e C2, mudamos a frequência de sintonia. Se calibrarmos o indutor, também podemos subir ou descer meio tom
Note que se trata literalmente de um sintonizador (pode também ser chamado de oscilador) composto por uma associação LRC (Indutor-Resistor-Capacitor), entretanto, diferente de um rádio analógico, há um indutor variável "TUNNING", e seu eixo serve apanas para a regulagem fina da nota musical para o qual ele foi construído, já que a frequência de cada nota é principalmente conferida por dois capacitores com valores diferentes (conforme a tabela anexada ao diagrama).
O diagrama elétrico completo do Vox Jaguar V304 / V304E se encontra no seguinte PDF:
Agora, como exemplo, apreciamos a sonoridade do Vox Jaguar em uma apresentação ao vivo datada de 2007:
Vídeo 5 - Note o Vox Jaguar com suas características três oitavas de teclas de cores invertidas em relação à primeira oitava
Na próxima imagem, vemos as 12 placas geradoras de tom e semitom de um órgão Continental V301E:
Imagem 9 - todas as teclas são alimentadas por estes geradores de semitons
Esta placa osciladora também integra um divisor de 6 estágios, cuja função é fazer a série harmônica com base na frequência mais grave gerada. Para fazer a divisão do tom ou semitom ao meio, utilizam-se circuitos divisores. No seguinte diagrama, vemos o diagrama de uma das placas geradoras de um órgão analógico Farfisa VIP233 e quatro divisores:
Diagrama 5 - Note que este circuito não possui indutores, entretanto, há um potenciômetro de calibração (TUNNING)
Perceba que quem define a frequência do circuito oscilador são os capacitores "C" e "C1", de acordo com a tabela anexada ao diagrama. Neste ponto, o potenciômetro "TUNNING" apenas faz o ajuste fino, variando apenas alguns Hertz.
O diagrama completo do Farfisa VIP233 pode ser visto no seguinte PDF:
O mesmo podemos ver no Farfisa VIP345, com cada placa osciladora tendo seus 6 estágios de divisão (um sétimo estágio apenas para C#):
Diagrama 6 - Note novamente a ausência de um indutor variável e o uso de um potenciômetro de calibração (TUNNING)
Novamente, quem define a frequência do circuito oscilador são os capacitores "CX" e "C1", de acordo com a tabela anexada ao diagrama. Neste ponto, o potenciômetro "TUNNING" apenas faz o ajuste fino, variando apenas alguns Hertz.
Os divisores do Farfisa VIP345 seguem o mesmo desenho elétrico do VIP233, e por isso foram omitidos. Todos estes divisores se tratam de Flip-Flops, circuitos muito comuns em memórias cache de prcessadores, entretanto, aqui, um FF configurado para alternar seu estado a cada pulso de clock pode atuar como um divisor de frequência. O princípio básico é que ele muda de estado (0 para 1 ou 1 para 0) a cada pulso do sinal de entrada, resultando em uma saída com frequência reduzida pela metade. Ao conectar vários em série, obtemos a supracitada série harmônica com base na harmônica mais grave.
CURIOSIDADE: Note o uso de transistores BJT de Germânio, que foram comuns até o final da década de 1960, sendo posteriormente gradativamente substituídos por transistores BJT de Silício devido à maior efeiciência e durabilidade. Para saber mais sobre transistores BJT, CLIQUE AQUI!
Agora, veja um VIP345 por dentro:
Imagem 10 - Note os osciladores / divisores no primeiro plano de circuitos
O diagrama elétrico completo do Farfisa VIP345 se encontra no seguinte PDF:
Agora, como exemplo, apreciamos a sonoridade do Farfisa VIP233 em uma apresentação ao vivo datada de Julho de 1981:
Vídeo 6 - O Gyllene Tider talvez seja a banda que mais compôs músicas com este órgão e que o mantém vivo até hoje, embora já usem em paralelo um Nord Electro, que consegue emular os timbres do Farfisa
CURIOSIDADE: Etimologicamente, o termo órgão significa "o instrumento". A palavra em português deriva do grego "órganon". Trata-se portanto do instrumento por excelência, como primeiro conjunto, composto, organizador de sons, pelo que ao longo da história da música mereceu o epíteto de "rei dos instrumentos", como também Mozart lhe chamava.
Embora se tenha difundido a designação órgão "de tubos" para o distinguir dos seus imitadores eletrônicos amplamente difundidos, essa designação é incorreta por constituir-se como uma redundância. Seria o mesmo que dizer "piano de cordas". O estudo da organologia considera as características acústicas e originárias dos instrumentos, logo, a imitação eletrônica de um instrumento não pode ser elevada ao mesmo estatuto do instrumento originário.
Para saber mais sobre os ógãos originais, veja o PDF abaixo:
Nos órgãos de tubos, a altura do som gerado depende do comprimento do tubo, como por exemplo:
-> 16' (16 pés): Sons mais graves;
-> 8' (8 pés): Sons médios, geralmente equivalente ao tom natural das teclas;
-> 4' (4 pés): Sons mais agudos, uma oitava acima da fundamental;
-> 2' (2 pés): Sons ainda mais agudos.
Os órgãos eletrônicos simulam essa tradição ao usar essas marcações para indicar o registro de som que será reproduzido digitalmente ou por sintetização. Assim, um registro de 8' soa próximo ao tom real das teclas, enquanto um 16' adiciona profundidade, imitando os graves dos tubos reais.
Imagem 11 - Os órgãos eletrônicos imitam os órgãos originais, compostos por tubos
Indo para o lado dos pianos eletrônicos, um modelo um tanto comum foi a série 200 introduzida pela Wurlitzer no mercado após 1968. Todos transistorizados, entretanto, diferente de um órgão analógico - com seus osciladores - e diferente de um piano mecânico - com suas cordas e martelos -, o piano eletrônico se destacava pelo uso de martelos e palhetas geradoras de tons. Tal caixa de ressonância utilizava captação por campo eletrostático, ou seja, possui o mesmo princípio de funcionamento de um microfone capacitivo!
Imagem 12 - Um Wurlitzer 200A já com uma carcaça toda feita de plástico ABS
Cada palheta do piano eletrônico Wurlitzer é uma fina lâmina de metal que vibra livremente após ser impactada por seu martelo correspondente. Essa vibração faz com que a distância entre a palheta (que atua como um eletrodo móvel) e um eletrodo fixo (uma placa condutora) varie continuamente. Como a capacitância de um capacitor depende inversamente da distância entre suas placas, a vibração gera uma modulação na capacitância. Essa variação é captada pelo circuito eletrônico, convertida em sinal elétrico e, após a amplificação, resulta no som característico do instrumento.
Diagrama 7 - Como é a captação de som no Wurlitzer série 200
A "REED BAR" é conectada no circuito eletrônico transistorizado:
Diagrama 8 - Parte do essquema elétrico do Wurlitzer modelo 200 e 203
O diagrama mecânico / elétrico completo do Wurlitzer série 200 se encontra no seguinte PDF:
Há um consenso entre historiadores e colecionadores de que o Van Halen utilizou algum dos pianos Wurlitzer da série 200 para marcar o timbre característico em faixas como "The Cradle Will Rock", que começa com o que parece ser uma guitarra, mas é, na verdade, um piano elétrico Wurlitzer com efeito flanger tocado através do amplificador Marshall Plexi de 100 watts, modelo 1960, de Eddie Van Halen:
Vídeo 7 - Parece uma guitarra, mas não é!
CURIOSIDADE: Um flanger é um efeito realizado através da utilização de um atraso com tempo muito curto (até algumas dezenas de milissegundos) através do qual o sinal de áudio é aplicado. Estes atrasos temporais são continuamente variados (modulação).
O sinal retardado é misturado com o sinal original, causando interferência e cancelamento das frequências contra-fases (efeito de filtro de pente). Isto cria um som metálico - também pode soar como um efeito de coro - que é muitas vezes percebido como sendo do tipo psicodélico, por exemplo.
Se modular o tempo de atraso com um LFO (Low Frequency Oscillator) com um longo período (menos de um segundo), obtém-se um efeito de decadência em toda a gama do espectro áudio, semelhante ao som de um avião a voar.
-> Em taxas de modulação lentas, o flanger soa como um jato;
-> Em taxas de modulação rápidas, assemelha-se ao som de um efeito de coro.
O "efeito flanger" vem de uma descoberta acidental: para amplificar o tom vocal da cantora Toni Fisher na canção "The Big Hurt", o engenheiro de som Larry Levine tocou duas cópias da mesma fita em sincronização imperfeita utilizando dois dispositivos de gravação. Ao fazê-lo, pressionou a flange da bobina, o que deu a um dos dois um atraso de fase. A mistura das duas faixas sonoras, que foram assim deslocadas por fases, levou à este efeito.
Na música "Ge Down Make Love" do Queen, conseguimos notar o flanger no som da guitarra, com um equipamento realimentando e defasando o sinal de áudio, e bastante perceptível durante a seção intermediária da música:
Vídeo 8 - Nos comentários do show disponível no DVD, Brian May fala sobre como o efeito foi aplicado
Atualmente, a eletrônica digital tomou conta dos teclados e órgãos (até mesmo existem pianos digitais), portanto, sua complexidade se elevou muito, com ASICs dedicados à sintetização dos mais variados timbres, sejam eles imitando instrumentos mecânicos de sopro, cordas ou tubos, ou então criando 'sons eletrônicos' que vão além do material. Mas isso é conteúdo pra outros artigos!
O conteúdo apresentado aqui, apenas tem o intuito de mostrar que a ondulatória e a manipulação das ondas é possível das mais diversas maneiras, bem como evidenciar como o transistor foi rapidamente implementado em diversos equipamentos em questão de menos de uma década após sua invenção, além de trazer a evolução da ciência e tecnologia dos materiais, que permitiu trabalhar melhor absorção, reflexão e refração das ondas.
Se achar algum equívoco, sentir a falta de algo ou quiser dar uma sugestão, mande um e-mail para hardwarecentrallr@gmail.com!
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CRÉDITOS e FONTES:
Texto e imagens: Leonardo Ritter; Google Imagens.
Fontes: Mundo Da Elétrica (alguns detalhes sobre guitarras); Collectornet.net (sobre o TR-1); Embarcados (sobre a unidade de medida Bel); Um velho livro de física da época de escola; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas!).
Sobre a escala natural e a temperada:
Sobre o Vox Jaguar e o Continetal: https://www.voxshowroom.com/uk/organ/index.html
Sobre o Wurlitzer série 200 e 700: https://www.tropicalfishvintage.com/blog/2019/5/27/what-is-the-difference-between-a-wurlitzer-200-and-a-wurlitzer-200a
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