Elementos básicos do som: timbre


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O timbre – ou, na linguagem técnica, a “composição harmônica”- é um dos aspectos mais importantes nos processos de síntese sonora, não só pela sua maior influência no resultado, mas também porque as técnicas adotadas para manipular esse elemento podem ser bem diferentes, dependendo do esquema de síntese que estiver sendo empregado, como subtrativa, FM, aditiva etc.


Muitas pessoas se referem ao timbre como sendo a “qualidade”, ou mesmo a “cor”, do som. Basicamente, podemos dizer que o timbre é o aspecto do som que nos permite distinguir um violino de uma flauta, quando ambos estão tocando a mesma nota, de forma sustentada e na mesma intensidade.

Na verdade, é um pouco mais complexo do que isso. De qualquer modo, o importante é ter em mente que o timbre é o elemento central do processo da síntese sonora, seja em um contexto estático, seja quando varia no decorrer do tempo.


É por isso que os sintetizadores causaram um imenso impacto quando surgiram, no final da década de 1960, por causa das sonoridades completamente novas, dos timbres antes inimagináveis, e que desde então passaram a fazer parte da nossa cultura musical.


Para que se possa ter uma compreensão clara do que é o timbre, é inevitável entrar em alguns conceitos técnicos.


Harmônicos – a estrutura dentro do timbre

Helmholtz definiu o timbre como sendo a qualidade dos sons musicais. Ele afirmava que os “sons musicais de mesma qualidade sempre exibem a mesma combinação de harmônicos, mostrando que uma determinada forma de vibração que excita no ouvido a sensação de certa qualidade de som, deve sempre evocar a sensação dos seus harmônicos correspondentes”. Mas o que são exatamente os harmônicos?


Em praticamente todos os sons naturais – aqueles que são produzidos por processos acústicos – o movimento do objeto vibrante (corda, membrana etc.) ocorre de maneira complexa, contendo várias oscilações superpostas.


Para evitarmos uma descrição muito técnica, vamos simplesmente dizer que essas múltiplas oscilações seguem um mesmo padrão, mas cada uma delas produz uma frequência diferente. Esse padrão de oscilação pode ser descrito pela função matemática seno (lembram-se dela no ensino médio?), cuja representação gráfica é mostrada na Figura 1.


Figura 1 – Representação gráfica da função seno. No caso de uma oscilação sonora, o eixo vertical indica a amplitude (intensidade), realizada pelo deslocamento do objeto vibrante, e o eixo horizontal indica o tempo decorrido
Figura 1 – Representação gráfica da função seno. No caso de uma oscilação sonora, o eixo vertical indica a amplitude (intensidade), realizada pelo deslocamento do objeto vibrante, e o eixo horizontal indica o tempo decorrido

Observe no gráfico que a curva descreve uma trajetória bastante suave, sem descontinuidades, o que é uma característica da função senoidal.

Esse tipo de representação gráfica é muito útil para entender a característica de timbre do som, e é muito utilizada nos processos de síntese sonora, seja por meio de um osciloscópio eletrônico de laboratório ou mesmo por um aplicativo digital, como é o caso do plug-in Exoscope, que temos utilizado. Essa representação gráfica mostra como a onda sonora se comporta ao longo do tempo e é chamada de “forma de onda”. A representação da forma de onda aparece no painel ou nos displays de muitos sintetizadores para indicar os timbres disponíveis.

Podemos então entender que o movimento vibratório da corda do violino, por exemplo, contém na verdade vários movimentos superpostos que seguem um mesmo padrão (senoidal), sendo que as frequências de oscilação de cada um desses movimentos é um múltiplo inteiro (2x, 3x, 4x, etc.) da oscilação fundamental, que determina a afinação da nota. Essas oscilações são chamadas de harmônicos.

Figura 2 – Representações gráficas da onda sonora do violino e dos harmônicos individuais que a compõem

Figura 2 – Representações gráficas da onda sonora do violino e dos harmônicos
individuais que a compõem

Portanto, quando se executa no violino a nota Lá4 (na afinação de 440 Hz), a corda na verdade produz oscilações“senoidais” nas frequências de 440 Hz (modo fundamental), 880 Hz (modo do 2o harmônico; 2 x 440), 1.320 Hz (modo do 3o harmônico; 3 x 440), 1.760 Hz (modo do 4o harmônico; 4 x 440), 2.200 Hz (modo do 5o harmônico; 5 x 440), e assim por diante. A Figura 2 apresenta a representação gráfica da onda sonora produzida pelo violino, em um determinado momento, e as representações dos harmônicos individuais que a compõem.

O conjunto de harmônicos presentes na onda sonora é chamado de composição harmônica daquele som e, como veremos adiante, cada timbre possui uma composição harmônica própria. Os harmônicos presentes nos sons podem ser associados a notas da escala, embora a afinação das notas seja levemente diferente das frequências dos harmônicos (lembre-se do que mostramos sobre a escala igualmente temperada, no artigo sobre a frequência na edição 52 de Teclas & Afins). De fato, os harmônicos têm enorme influência na combinação dos sons, e não é à toa que chamamos isso de harmonia… (leia mais)


Para ler a matéria completa de Miguel Ratton, clique aqui e acesse gratuitamente a edição 54 da revista digital Teclas & Afins.


Miguel Ratton

Miguel Ratton

Graduado em engenharia eletrônica pela UFRJ, atua há quase trinta anos em projetos e manutenção de equipamentos de áudio e de MIDI, e em projetos de sistemas de sonorização e acústica de estúdios e auditórios. Atualmente também leciona cursos de síntese sonora, áudio e acústica da Yellow (Curitiba). É autor dos livros “MIDI – Guia Básico de Referência”, “Dicionário de Áudio e Tecnologia Musical”, “Fundamentos de Áudio”, dentre outros. Para saber mais, visite ratton.com.br e facebook.com/m.ratton.eng.tec

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