Equações Sonoras - Física

EQUAÇÕES SONORAS - Física

O ar vibra com harmonia inigualável nos instrumentos acústicos. Mas os sons gerados por circuitos eletrônicos, mais cedo ou mais tarde, tendem a ocupar o lugar das antigas orquestras na sensibilidade musical humana.

Perde-se no fundo dos milênios a época em que o primeiro homem bateu numa pele de animal esticada à boca de um tronco e produziu uma nota grave. Não se pode precisar a data em que esse evento ocorreu, mas ele teria profunda influência em toda a história da civilização. O motivo, muito simples, é que desde então se descobriu como fazer vibrar o ar por meio de uma peça mecânica - a pele esticada, nesse caso. E tais vibrações são a matéria-prima essencial daquilo que se aprendeu a chamar de arte da música. Daí para a frente, embora ainda não conhecessem a ciência dos seus instrumentos, músicos e artesãos deram largas asas à imaginação na busca de meios cada vez mais sofisticados para gerar sons. Surgiram estreitos entalhes em caniços ocos, nas flautas; as placas finas e chatas de bambu, nas clarinetas e saxofones; ou as cordas percutidas, nos pianos.

Essa imensa riqueza técnica, no entanto, deve desaparecer para sempre, ou, na melhor das hipóteses, mergulhar à sombra de um conhecimento superior - o que permite empregar meios elétricos e magnéticos para fazer vibrar o ar. "Dentro de cinqüenta anos só teremos instrumentos eletrônicos. Os atuais serão raridade", analisa o professor do Instituto de Física da Unicamp, Carlos Argüello. Claro: a Física moderna ainda não consegue reproduzir, por exemplo, a qualidade "mecânica" dos violinos Stradivarius, introduzidos por volta de 1670. Mas, em primeiro lugar, já é quase impossível fazer distinções entre velhos e novos instrumentos. "Eu executei um concerto inteiro com instrumentos eletrônicos e não se podia distinguir de instrumentos convencionais", testemunha o maestro Júlio Medaglia, atualmente dirigindo a Universidade Livre de Música de São Paulo. E, acima de tudo, as inovações tecnológicas enriqueceram o universo sonoro muito além do que se poderia imaginar em fazer com qualquer instrumento convencional. As possibilidades abertas deslumbram o músico Hélio Ziskind, saxofonista do Grupo Rumo por quinze anos. "Antes a criatividade se limitava à maneira de executar a música. Hoje não apenas se podem criar novos sons, como novos instrumentos e com versatilidade praticamente infinita." Ziskind compôs a melodia discretamente bela que os caminhões da Ultragás espalham diariamente pelas ruas do país. Para isso, lançou mão de um sampler, um computador que memoriza e processa sons de qualquer tipo. Ele conta que selecionou freqüências de uma música que tinha composto para a ocarina, instrumento de sopro, feito de barro.

Assim, acredita ter atingido seu objetivo: revelar a presença do caminhão sem incomodar o ouvido das pessoas. "A música é mais suave que uma buzina e mesmo assim mais facilmente percebida pelas pessoas." Embora criticado por alguns, o computador ampliou os horizontes da música, acredita o entusiasmado Ziskind. "Ser gênio da música é muito mais fácil hoje em dia." Ânimo parecido tem Paulo Miklos, do grupo de rock Titãs. "Com o sampler eu posso somar um acorde de uma sinfonia do Beethoven com uma levada da sanfona do Luiz Gonzaga, uma bateria do grupo de rock Sly and Robie, e ainda processar tudo isso com eco, quebrar os sons em pedaços e reorganizar tudo de novo. Chocante."É curioso como se descobriram os meios de usar a eletricidade para fazer vibrar o ar e produzir sons num instrumento eletrônico, nas décadas finais do século XIX. Um dos primeiros passos foi dado em 1877, quando o inventor americano Thomas Edison imaginou um engenho capaz de registrar as variações de pressão do ar - aquilo que o cérebro interpreta como som. Tratava-se de um fonógrafo muito primário e, em princípio, nem precisava ainda da eletricidade. Compunha-se apenas de uma película elástica, esticada e presa a uma agulha de metal. Agitada por vibrações do ar, fortes o bastante para serem reconhecidas como som, a membrana oscilava em consonância com elas. Depois, transferia esse movimento à agulha, que riscava uma folha de estanho enrolada em um cilindro.

A agulha "escrevia" o som na folha de estanho, um feito espetacular, ainda que rústico. Seguindo o caminho inverso, quando se girava o cilindro estanhado, seus sulcos punham para vibrar primeiro a agulha e depois a membrana, reconstituindo o som original. Dez anos depois, o francês Emile Berliner mudou um pouco o sistema e criou o gramofone, que tinha um disco no lugar do cilindro. Já era algo muito próximo dos atuais discos de vinil: se olharmos um LP com uma lupa, veremos os sulcos esculpidos em sua superfície. As agulhas modernas, no entanto, não são ligadas diretamente a uma membrana, mas sim a um cristal especial, o pickup, no qual as vibrações da agulha fazem surgir pequenas correntes elétricas. Como essas correntes são menores ou maiores, dependendo da vibração que se imprime à agulha, é possível "escrever" um som com sinais elétricos. Estes têm a propriedade de mover ímãs, que podem ser colados à membrana de um alto-falante e reproduzir o som codificado em sinais elétricos.

Música não é qualquer barulho: só se transformam em música os ruídos que obedecem a uma seqüência rítmica e a uma harmonia, isto é, um conjunto agradável de sons. Os próprios instrumentos acústicos, para chegar aos sons harmoniosos de hoje, tiveram de ser lenta e cuidadosamente aperfeiçoados. "O resultado é algo parecido com a evolução das espécies, em que os mais aptos predominam", compara o argentino Carlos Argüello, professor de Física Nuclear no Instituto de Física da Unicamp, em Campinas, SP. Além de estudar a energia do átomo, o físico também ministrou aulas de acústica musical, na Unicamp. Nelas, ele explicava que o estudo do som começou para valer somente no início do século XVII, com o matemático inglês Robert Hooke. Antes de mais nada, o inglês descobriu um meio de medir a "altura" de um som, isto é, de dizer com precisão o quanto um som é mais grave, ou mais agudo, que outro.

De acordo com Hooke, a altura do som depende da vibração do ar: se as moléculas de ar oscilam mais velozmente, o som é mais agudo. Tais diferenças são percebidas pela peça vibrante do aparelho auditivo humano, o tímpano. Trata-se de uma membrana que é empurrada para a frente e para trás, de acordo com as mudanças na pressão do ar. Quando as moléculas avançam sobre ela, a pressão aumenta; quando recuam, a pressão diminui. A rapidez com que esse vai-e-vém ocorre chama-se freqüência e determina a sensação de agudos e graves. Mas isso é só o começo da conversa, pois as ondas de som raramente vibram com uma única freqüência.

Ou seja, poucas vezes se tem a oportunidade de ouvir sons puros, que são produzidos apenas pelo diapasão, aparelho usado para afinar outros instrumentos, e pelas flautas. De modo geral, as notas representam uma soma de inúmeras freqüências e é exatamente essa mescla que torna certos instrumentos tão ricos de sonoridade. As notas apresentam uma freqüência básica e uma série de freqüências secundárias, que têm o nome de harmônicos. A quantidade de harmônicos caracteriza o timbre dos instrumentos.

Esses conceitos científicos explicam os mais belos efeitos obtidos pela música. Nos instrumentos de sopro, por exemplo, explora-se com sucesso o formato da cavidade onde vibra o ar. Pode-se mudar a altura e o timbre das notas de acordo com o comprimento e o diâmetro de cada instrumento. Por isso, se uma tuba fosse esticada chegaria a medir 9 metros de comprimento: os fabricantes descobriram que o comprimento produzia sons mais graves. Pensava-se o mesmo do diâmetro, mas este, na verdade, influi mais no volume do som. "Quando se tem que soprar mais ar, obtém-se mais som", ensina Argüello.

Outra peça básica dos instrumentos é a embocadura, ou bocal, empregada nos chamados metais - clarim, ou pistão, trombone, trompa, trompete e tuba, entre outros. É apenas um cilindro cujas dimensões limitam as oscilações possíveis do ar no seu interior. O ar é posto a vibrar simplesmente pelas variações de pressão geradas pelos lábios. Masos instrumentos de sopro não se restringem aos metais. Existem ainda as madeiras, nas quais a peça produtora de som é uma palheta de bambu. No saxofone e na clarineta, uma apropriada pressão dos lábios faz curvar a palheta e dá forma correta às correntes de ar que penetram no tubo do instrumento. E a vibração dessas correntes que faz surgir as notas. Uma sofisticação desse sistema gerou o oboé, o fagote e o corne-inglês, que em vez de uma empregam duas palhetas. Em um e outro caso, as peças são feitas com uma lasca larga de bambu, dobrada e presa a um pequeno tubo metálico cônico, chamado base. Uma das extremidades da lasca, depois de raspada, fica solta para vibrar; vista de frente, a palheta tem a aparência de dois parênteses - (  ) - que quase se tocam. É a grande flexibilidade mecânica das palhetas que dá ao tocador de oboé o grande leque musical em altura de som, intensidade e timbre.

As paredes dos instrumentos também oscilam, como que se acoplando ao som. Influenciadas pelas propriedades elásticas, as vibrações do material de cada instrumento modificam o timbre e o volume das notas. Por isso, um dó de uma flauta é tão diferente do mesmo dó de uma clarineta ou de um oboé. Nos instrumentos de corda, o material é muito importante, assim como diâmetro, comprimento e a tensão a que ela está submetida. De maneira geral, valem as seguintes regras: sob uma mesma tensão, uma corda comprida produz sons mais graves que uma curta; cordas de mesmo comprimento, mas mais esticadas, produzem sons mais agudos; e quanto maior o diâmetro, mais grave é o som.

Aparentemente, esses detalhes são mais do que suficientes para produzir as mais sublimes músicas, mas os instrumentistas não se cansam de inventar sutilezas. No violão, por exemplo, as cordas são movimentadas por perturbações súbitas e vibram até que sua energia se irradie por completo. "Você puxa as cordas como se as estivesse beliscando", ensina o professor de piano da Universidade Livre de Música de São Paulo, Roberto Bomilcar. Lições semelhantes enriquecem a execução dos violinos, violas, violoncelos e contrabaixos, que integram a "família das cordas", a espinha dorsal no corpo das orquestras sinfônicas. Sua melodia emana do atrito entre as cordas e os arcos, feitos de madeira e crina de cavalo. O resultado são notas prolongadas e mais ligadas entre si, como se estivessem sendo cantadas.No século XX, criou-se uma nova técnica, por meio da qual se produz som a golpes de arco sobre as cordas. Outra variação consiste em puxar as cordas com os dedos num movimento denominado pizzicato. No contrabaixo, o pizzicato tem um valor muito especial, pois o som sai quase como uma batida de tambor. Já o piano, por produzir sons a marteladas, tornou-se o primeiro instrumento de cordas ativadas pela percussão. Pequenos martelos de feltro, sob o impulso das teclas, arrancam das cordas energia sonora suficiente para provocar rachaduras na caixa do piano, de madeira. O comprimento das cordas, dependendo do piano, varia de 5 centímetros até mais de 1 metro, entre as mais agudas e as mais graves.

Diante de tudo isso, é espantoso imaginar que a acústica clássica, baseada nas vibrações mecânicas, possa ser totalmente recriada pelos modernos sintetizadores. O fato, porém, é que os computadores vão além disso: não só recriam as artes de um oboé ou de um violão, como ainda inventam sons antes inimagináveis numa composição musical. O artista pode mandar executar uma nota cujo conteúdo de harmônicos a faz soar, por exemplo, como em um clarim, ou em um oboé. Pode ordenar que a nota se irrompa de modo explosivo, como no piano, ou prolongar sua execução com a suavidade encontrada nos violinos. Mas também pode distorcer o som de maneira irreconhecível, alcançando efeitos jamais sonhados por um músico no passado.

Programas especializados criam melodias com milhões de sons combinados, das mais diversas naturezas. Nasce, assim, a possibilidade concreta de um nova engenharia musical. Os velhos instrumentos, talvez, nunca desapareçam por completo. "Sempre vai ter alguém tocando um violão acústico", imagina Paulo Miklos. É assim mesmo: a tecnologia apenas põe os meios ao alcance do homem. A escolha dos meios depende apenas da sensibilidade dos artistas e de suas platéias.

Som à moda (muito) antiga

No próximo mês de setembro, a música poderá levar a platéia do centenário da Escola Francesa de Atenas, Grécia, a viajar no tempo. Dois mil anos depois de fazer sucesso no Teatro Dioniso, ao pé da Acrópole, o público terá oportunidade de ouvir novamente um fragmento musical de Ifgênia em Aulis, tragédia lírica que o célebre dramaturgo grego Eurípides compôs no quinto século antes de Cristo, pouco antes de morrer. Um detalhe importante é que a peça será tocada com instrumentos fabricados conforme a tecnologia da época - e isso, segundo os especialistas em arqueologia musical, faz a maior diferença para os ouvidos. Como cada detalhe de um instrumento altera as vibrações que produz, uma equipe de arqueólogos franceses vem há um ano, reunindo papiros, pinturas e partituras para reconstituir a sonoridade dos tempos mitológicos de Eurípides. As liras, por exemplo, devem ter uma caixa de ressonância de madeira, com cordas de tripas de carneiro, amarradas com couro de boi. Outro instrumento indispensável em lfigênia é o aulo, que se pode considerar um ancestral da flauta. A diferença é que tem dois tubos, de madeira ou de prata, permitindo ao músico executar duas melodias distintas ao mesmo tempo. Os franceses também estão esculpindo uma cítara de ébano, madeira que pode tornar o som mais pulsante. O trabalho de reconstituição não é mero preciosismo: a escala musical, na Grécia Antiga, tinha apenas quatro notas em vez das sete atuais. Além disso, as notas se dividiam em uma série de semitons, representados por nada menos que 67 sinais diferentes, algo impossível de reproduzir com os instrumentos modernos. Mas, se tudo der certo, a audição de Ifigênia poderá colocá-los ao alcance das platéias modernas no primeiro de uma admirável série de concertos. Afinal, os gregos legaram mais de cinqüenta partituras à posteridade.

Um violino na Lua

Um despertador suspenso por um fio, dentro de um vaso de vidro, de onde se havia retirado o ar, foi tudo o que o cientista inglês Robert Boyle precisou, em 1660, para desvendar a natureza do som. O despertador havia sido regulado para tocar algum tempo depois de se montar a experiência, mas, no momento certo, as peças da campainha moveram-se no mais absoluto silêncio. Boyle, então, concluiu que o som não passava de uma agitação das partículas de ar: seria inútil tocar um violino na Lua, onde a atmosfera praticamente não existe. A agitação sempre começa nas proximidades de um aparelho vibrante, como o metal da campainha, e imediatamente contamina as partículas vizinhas, em todas as direções - espalhando-se por todo o espaço.Não é difícil mostrar que o som se move com velocidade bem definida no ar, igual a 340 metros por segundo, ou 1224 quilômetros por hora. E não é só no ar que ele se propaga: qualquer movimento de partículas, não importa em que material, espalha-se a partir do lugar em que foi produzido. Na água, por exemplo, a energia sonora propaga-se com velocidade quatro vezes maior do que no ar. A diferença se deve ao fato de a água ser mais densa. Isto é, suas partículas - que hoje se sabe serem moléculas feitas de átomos - estão mais próximas entre si. Por isso, qualquer movimento em um grupo de moléculas passa prontamente para os grupos à volta. Também nos metais o som é mais rápido do que no ar: tanto que nos velhos filmes de bangue-bangue, os bandidos muitas vezes encostam o ouvido nos trilhos para saber, com bastante antecedência, se um malfadado trem de ferro se aproxima do local da emboscada. Mais usualmente, no entanto, é por intermédio do ar que as vibrações sonoras chegam aos ouvidos humanos. Aí se transformam em sinais eletroquímicos que o cérebro interpreta como sons.

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