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A ciência pode hoje apontar certas características físicas de um som musical que o distinguem de sons que apenas fazem ruídos. Utilizando instrumentos que transformam as ondas sonoras em imagens visuais, os cientistas aprenderam que a maioria dos sons musicais formam estruturas definidas de ondas e que cada instrumento produz uma modalidade diferente.
O som é medido por três grandezas; a intensidade, a freqüência e o timbre. A primeira refere-se à amplitude das oscilações da pressão do ar; a segunda é o número de vezes que a oscilação ocorre na unidade de tempo; e a última é relativa a presença de harmônicos.
O timbre pode ser melhor explicado premindo-se a tecla de um piano. Assim, uma corda é posta a vibrar, produzindo um som caracterizado por uma freqüência fundamental (correspondente à nota própria da tecla) mais os sons que a corda gera vibrando de modos diferentes. Há, na corda, durante a emissão sonora , uma vibração complexa que pode ser decomposta em partes simples: uma oscilação cujo comprimento de onda é igual ao dobro do comprimento da corda (freqüência fundamental, ou harmônico de primeira ordem); outra cujo comprimento de onda é metade desse fundamental (harmônico de segunda ordem, de freqüência mais alta); outra, ainda, com o comprimento de onda igual a um terço da dupla extensão da corda (harmônico de terceira ordem, de freqüência ainda mais elevada), e assim por diante, até o limiar superior de audição do ouvido humano, situado em torno de 16 000 Hz.
Cada instrumento diferencia-se dos demais pelo timbre. A mesma nota emitida por uma trompa soa diferente quando produzida por um violino. Isso acontece porque, embora a freqüência fundamental dos sons seja a mesma em ambos os instrumentos, a excitação das freqüências harmônicas é diferente. No violino uma extensa gama de harmônicos comparece junto à fundamental, resultando do conjunto desses sons o timbre do instrumento.
Fontes sonoras
Fonte sonora é qualquer corpo capaz de fazer o ar oscilar com ondas de freqüência e amplitude detectáveis pelos nossos ouvidos. No entanto, as fontes mais variadas e ricas em qualidade sonora são os instrumentos musicais, que, de forma geral, podem ser classificados em três grandes grupos: os instrumentos de corda, como o violino, viola, contrabaixo, harpa e violoncelo; os instrumentos de percussão, como o tambor e o xilofone; e os instrumentos de sopro, como a clarineta, a flauta e o saxofone.
Cada instrumento musical tem a característica de emitir uma mesma nota com timbre diferente daquele dos demais. Isso dá ao instrumento uma qualidade particular, que o torna único.
Instrumentos de corda
Na maioria desses instrumentos as cordas são geralmente presas pelos dedos da mão esquerda. Obtêm-se os diferentes tons variando o comprimento das cordas. A harpa é uma exceção. Tem quarenta e seis cordas separadas, por não ser possível variar o comprimento delas. Os pedais da harpa, no entanto, podem variar a tensão das cordas.
A madeira e os espaços de ar no corpo de um violino ao longo das cordas são essenciais na produção de um bom som. Um bom violino tem a virtude especial de vibrar fielmente com cada corda e nas diversas alturas, mesmo nas mais agudas. Um violino deficiente altera as vibrações, aumentando algumas e omitindo outras.
O estudo dos instrumentos de corda está baseado na teoria das ondas estacionárias, ou seja, na freqüência das ondas sonoras que as cordas emitem. Essas freqüências naturais dependem de três fatores: a densidade linear das cordas, o módulo da tração a que elas estão submetidas e o comprimento da corda.
Instrumentos de sopro
Nos instrumentos de corda, os músicos fazem vibrar as cordas. A vibração se transmite a todo o instrumento, que faz vibrar o ar e produz o som que chega a nossos ouvidos. Nos instrumentos de sopro, o músico faz vibrar o ar diretamente.
Sopre na boca de várias garrafas que contenham quantidades diferentes de água. As que contiverem mais ar produzirão um tom mais baixo do que as outras. A coluna de ar mais longa, como a corda mais longa, produz o som mais grave.
Na maioria dos instrumentos de sopro, do flautim ao órgão, muda-se a freqüência do som alterando-se o comprimento da coluna de ar. Em instrumentos como flautim, flauta, clarineta, saxofone, oboé e fagote o músico aumenta a coluna de ar cobrindo os orifícios do instrumento e a diminui descobrindo-os. Isso é feito com as pontas dos dedos diretamente ou com auxílio de teclas.
O bocal de uma clarineta, por exemplo, tem uma lâmina fina de bambu, ou "palheta". Soprando no bocal, você faz a palheta vibrar, produzindo, deste modo, uma onda sonora que se propaga para a extremidade aberta do instrumento, onde é parcialmente refletida. A onda refletida volta para o bocal, reflete-se de novo, e assim por diante. As ondas, viajando de uma extremidade para outra do tubo, fazem a palheta vibrar com uma certa freqüência. Se você encurtasse o tubo, as ondas viajariam uma distância menor voltando ao ponto de partida em menos tempo; a freqüência seria assim aumentada. Em vez de cortar o tubo, você pressiona teclas de modo a abrir os orifícios existentes nos lados. Isto tem o mesmo efeito que encurtar o tubo, e assim você pode tocar uma escala.
No trombone de vara faz-se o aumento e a redução da coluna de ar movimentando-se para dentro e para fora um tubo em forma de U. Em outros instrumentos, como a corneta, tuba, clarim, trompa e trombone - o que produz a vibração do ar é a vibração dos lábios do músico.
Instrumentos de percussão
Os sons dos instrumentos de percussão, como o tambor, dependem da vibração da película flexível em que se bate com baquetas ou com as mãos. A pele do tambor é esticada nas bases de uma superfície cilíndrica de madeira ou de metal. As vibrações da pele e do corpo do tambor produzem o som. Da mesma forma que nas cordas e nos tubos, as membranas também têm diferentes formas de vibração ou configurações de ondas estacionárias. Em alguns tipos de tambor pode-se alterar a freqüência do som variando-se a tensão da pele. O tocador de timbale altera a tensão da pele do tambor durante a execução de uma sinfonia.
Como instrumentos de ritmo, os tambores produzem sons que diferem radicalmente dos produzidos por instrumentos mais melodiosos. Um bombo e uma tuba, por exemplo, produzem sons de muito baixa intensidade. Mas a tuba toca uma nota musical definida, ao passo que o som do bombo é mais explosivo do que melódico. A razão é que a nota da tuba é composta de um certo número de ondas sonoras, cada qual com um comprimento de onda específico, ao passo que a pele em vibração do bombo e o seu interior cavernoso produzem um enxame desorganizado de ondas. Em vista do tamanho do bombo, suas ondas são quase todas de baixa intensidade, mas incoerentes demais para compor uma nota reconhecível.
Os tambores compreendem a subdivisão mais importante dos instrumentos de percussão. Tais instrumentos podem abranger quase tudo o que produz som quando percutido.
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