Sound FX - Unlocking the Creative Potential of Recording Studio Effects - Parte 1

Sound FX - Unlocking the Creative Potential of Recording Studio Effects

"Catch a wave
and you're sttin' on top of the world"

- “Catch a Wave”, The Beach Boys, Surfer Girl (Capital Records, 1963)

Peça a um cartunista para desenhar um som e provavelmente ele fará algo bastante semelhante à Figura 1.1. Essas representações do som têm mérito técnico.

Quando dedilhamos um violão, golpeamos um tambor ou sopramos um trombone, sabemos que iremos produzir som. O movimento do tampo do violão, a vibração da pele do tambor e a ressonância do ar dentro do encanamento do trombone, em última análise, dirigem o ar para os nossos ouvidos e isso faz com que os nossos tímpanos vibrem. Ouvimos a vibração do ar próxima a nós devido a uma cadeia de eventos que se inicia em algum instrumento ou fonte sonora, que está a alguma distância. Isso é uma outra questão, mas provavelmente esperamos que o som produzido seja música.

1.1 Meio

O ar entre um instrumento musical e um ouvinte é um gás, consequentemente, é um meio elástico. Quando comprimido ele força a expansão. Quando expandido ele força a compressão. Represente o ar como uma rede tridimensional de molas interligadas, como mostra a figura 1.2. Qualquer pressão ou puxão que se exerça em um determinado ponto faz com que todo o sistema se movimente em reação. Uma vibração contínua de qualquer partícula conduz a uma vibração contínua correspondente de todo o sistema. A movimentação de um elemento faz com que ele comprima e estique as molas vizinhas, que por sua vez empurram e puxam as outras molas umas contra as outras, como em uma reação em cadeia.

O som no ar é uma onda de pressão com compressões (aumentos na pressão do ar) e rarefações (reduções na pressão do ar) análogas aos apertos e puxões que se estendem aos elementos deste sistema de mola. As partículas do ar se comprimem e se expandem como se estivessem conectadas por molas. O deslocamento de um pouco de ar em um único local, como em um palco, provoca uma reação em cadeia em todo o espaço até chegar no público.

Figura 1.1 Um esboço de som irradiando para fora de uma fonte.

Estando a fonte sonora e o ouvinte suficientemente perto um do outro, o deslocamento de ar na posição do instrumento irá causar um ligeiro deslocamento de ar na posição do ouvinte.

Pequenos aumentos na pressão ocorrem quando partículas de ar são comprimidas. Isso acontece quando um cone de altofalante, uma pele de ressonância de um bumbo de bateria, ou o movimento do tampo de um piano, se movimentam em direção ao ouvinte, empurrando as partículas do ar na direção ao ouvinte. Pequenas reduções na pressão ocorrem quando as partículas de ar são separadas – quando o cone do altofalante, a pele de ressonância do bumbo de bateria, ou o movimento do tampo do piano se movimentam afastando-se do ouvinte.

1.2 Amplitude versus Tempo

A fisiologia e neurologia associadas ao sistema auditivo humano fazem com que este sistema sempre esteja à procura de alterações de pressão do ar. Passando através do canal auditivo, a pressão faz vibrar o tímpano, provocando assim uma reação em cadeia que em última análise, leva à percepção do som.

Figura 1.2 O Ar é um meio elástico, tal como uma rede tridimensional de molas.

A pressão de uma onda sonora é o mesmo tipo de pressão de ar quando enchemos um pneu: medida em PSI (Libras por Polegada Quadrada), em alguns países, ou medida em kPa (kilopascals) em outros países. Micropascal é a ordem de grandeza preferida para se referir à pressão de ar de um som que os humanos podem ouvir sem causa de danos.

Uma forma comum de representar uma pressão sonora é através de um gráfico X/Y, onde o nível de pressão é representado pelo eixo Y e o tempo é representado pelo eixo X. Esse gráfico descreve o som em um único local apenas, fixo no espaço. Quando o som ocorre, a pressão do ar nesse ponto aumenta e diminui várias vezes por segundo. Os desenhos representando o som em livros e quadrinhos retratam com precisão este conceito.

A figura 1.1 representa o som como uma linha ondulada irradiando a partir da fonte sonora. Se observarmos apenas os traços que representam o som percebemos que eles se assemelham a uma onda senoidal, como a mostrada na Figura 1.3, ou como a forma de onda mostrada na Figura 1.4. O traço é desenhado em zigue-zague, pra cima e pra baixo, descrevendo a pressão do ar como ela ocorre ao longo do tempo. As partes mais altas da curva representam as instancias onde a pressão é mais alta (maior compressão), e as partes mais baixas representam as pressões menores (rarefação). Quando reta, a linha horizontal representa a inexistência de pressão, ou seja, silêncio.

A falta de som não significa que não haja pressão de ar, ou melhor, que não exista nenhuma mudança na pressão do ar. Quando a pressão do ar é imutável, nossos tímpanos não se movem. Em outras palavras, não temos nada a ouvir.

Figura 1.3 Pure tone — uma onda senoidal.

Figura 1.2 Uma onda genérica

O eixo horizontal nessas figuras encontra o eixo vertical não quando a pressão é zero, e sim no ponto da pressão atmosférica do ambiente que está a nossa volta hoje. As amplitudes negativas nas curvas representam uma redução da pressão de ar abaixo da temperatura ambiente, e não à pressão negativa. A pressão de ar é sempre positiva, o som é representado em vários graus positivos. O valor preciso da pressão, onde o eixo X encontra com o eixo Y não é uma preocupação do áudio; isso é uma questão para aqueles que controlam o tempo. A pressão ambiente publicada em relatórios de tempo é a linha central para as oscilações de pressão da nossa música.

1.2.1 Confusões sobre Amplitude

Quando nos referimos a amplitude de um sinal, é natural querer atribuir-lhe um valor numérico. Reduzir a amplitude de um sinal a um único número fica um pouco complicado. Qual é a amplitude do sinal mostrado na figura 1.3? O gráfico mostra que em seu ponto mais alto, chega a uma amplitude de 200 µPa. Da mesma forma, a pressão mais baixa é mostrada com -200 µPa. Podemos dizer então que o sinal possui uma amplitude de pico de 200 µPa ou uma amplitude de pico-a-pico de 400 µPa. Uma vez que este sinal é perfeitamente sinusoidal, a amplitude de pico ou a amplitude pico-a-pico descreve completamente a amplitude geral do sinal, ainda que esteja constantemente se alterando. A amplitude da forma de onda ente os picos segue o padrão conhecido de um pure tone.

A forma de onda ligeiramente mais complicada da figura 1.4 desvenda essa metodologia de notação da amplitude. Seu pico positivo ainda é 200 µPa, mas o seu pico negativo é -150 µPa, com vários picos intermediários positivos e negativos no meio. Caso este sinal seja uma forma de onda musical, que certamente irá ficar mudando de forma, com valores máximos e mínimos locais que se alteram à medida que a música é reproduzida. Não há nenhum único pico positivo ou negativo coerente. Como a maioria dos sinais de audio não tem a perfeita simetria de uma onda senoidal, uma melhor maneira de expressar a amplitude de uma onda de áudio se torna necessária.

Talvez a amplitude média fosse útil. No entanto isso não se dá porque o áudio leva um determinado tempo acima de zero, conforme abaixo. No caso de uma onda sinusoidal (veja a figura 1.3), a amplitude média é exatamente zero. Não importa onde a amplitude do pico esteja (pode ser aumentada ou reduzida por qualquer quantidade), a amplitude média continuará a ser zero.

Na busca de um número que descreva a amplitude e não a média em zero, torna-se tentador ignorar a metade negativa da onda. Com a média apenas da parte positiva, uma figura diferente de zero pode finalmente ser calculada. O problema persiste. A porção negativa do ciclo também contribui para a percepção da amplitude. Aumentar o volume enquanto a musica está sendo tocada faz com que a parte negativa da forma de onda fique ainda mais negativa. Amplitudes mais extremas, positivas ou negativas, podem ser interpretadas como volume mais alto. As alterações mais radicais da pressão do ar levam a movimentos mais extremos do tímpano. O seres humanos se impressionam com a amplitude quando há uma redução da pressão, o que puxa o tímpano para fora, ou quando há um aumento da pressão, o que empurra o tímpano para dentro. Isso é amplitude de qualquer forma. Assim, os balanços negativos na pressão do ar devem contribuir para qualquer expressão numérica de amplitude, tanto quanto os positivos, e, portanto, não devem ser ignorados.

O sinais musicais, embora sem a simetria perfeita de uma onda senoidal, compartilham essa tendência de média zero. O ar, devido à sua característica elástica, em reação à ação de condução de um altofalante, é comprimido e esticado. Cada aumento de pressão é seguido por um decréscimo da pressão. No final da música, o ar retorna ao nível da pressão ambiente, o cone do altofalante retorna à sua posição de descanso, e os nossos tímpanos também retornam às suas posições de descanso.

Uma forma de permitir que a parte negativa da oscilação de uma onda contribua para o cálculo da amplitude seria a média do valor absoluto da amplitude. Tornamos positivas todas as amplitudes negativas, mantemos os valores positivos em positivos, e fazemos uma média. A expressão de amplitude resultante pode servir razoavelmente bem para a percepção da amplitude. Os medidores VU fazem exatamente isso, fazem a média do valor absoluto da amplitude que foi observada ao longo dos últimos 300 milissegundos.

Mas ainda podemos melhorar: root mean square (RMS). A medição RMS adequada da amplitude permite que ambas partes da onda, positivas e negativas, influenciem o número resultante de amplitude. A medição RMS pode ser melhor compreendida através da inversão de sua sigla. O quadrado da amplitude a ser medido, de modo que resulte sempre um valor positivo. Pegamos um valor médio das amplitudes observadas. Finalmente tiramos a raiz quadrada do resultado para desfazer o fato de que as amplitudes contribuintes foram elevadas ao quadrado antes de se calcular a média.

A amplitude RMS é mais conveniente para os cientistas e projetistas de equipamentos, já que é este tipo de amplitude média que deve ser utilizada nos cálculos de energia, potência, calor, etc. A engenharia de áudio raramente precisa de tal precisão. O valor absoluto da média simples do medidor VU é quase sempre o bastante para indicar a amplitude.

1.2.2 Tempo – Implicações

O gráfico de amplitude versus tempo revela informações fundamentais sobre as ondas de áudio. Uma onda senoidal (pure tone), veja na Figura 1.3, é constituída de um simples e imutável padrão de oscilação. Medimos a duração do tempo associado a cada ciclo para determinar o período da forma de onda. Contamos a quantidade de ciclos por segundo para determinar a sua frequência. Período é o tempo exato que um ciclo leva para ocorrer com unidades de segundos por dimensão, ou simplesmente segundos. Frequência descreve a quantidade de ciclos que ocorre em um segundo, com unidades de ciclos por segundo. Portanto, para as unidades de frequências ficarem inteiramente no denominador (por segundo, ou /s) lhes foi dada a unidade alternativa de Hertz (Hz).

Devemos observar que a contagem da quantidade de ciclos por segundo (frequência) é a oposta da contagem da quantidade de segundos por ciclos (período). Matematicamente, são inversas:

e

onde f= frequência, e T= período.

(continua na próxima postagem)