Espectro sonoro

O espectro sonoro é o conjunto de todas as ondas/frequências do som, que é formado por sons audíveis e sons não audíveis pelo humano (20 Hz à 20.000 Hz). O som é formado por ondas sonoras, e a frequência das ondas determina o quão agudo ou grave é o som.

O espectro é a representação gráfica do som como uma função de uma variável dependente.^[1] Uma amostra do som mostrando a quantidade de vibração em cada frequência individual, que é apresentado como um gráfico de potência ou pressão (em decibéis) em função da frequência (Hertz).^[1]

Considere um som complexo (som composto por várias frequências) constituído por parciais harmónicos e não harmónicos (ou inarmónicos), entende-se por espectro o conjunto de sons parciais, ordenados a partir de um som fundamental, segundo uma relação frequência/amplitude. Definindo o valor da frequência do som fundamental, é possível assinalar quais são e não são parciais harmónicos calculando, numa proporção de 2 para 1, os valores das frequências dos parciais harmónicos. Parciais inarmónicos são todos os outros que não obedecem à harmonia desta relação. O espectro de um som complexo caracteriza graficamente a forma da onda que o define, e está sempre presente ao distinguirmos uma voz de um instrumento musical, e estes dois de um carro a buzinar, entre outras situações. Esta onda resultante contribui para determinar a fonte (mecânica ou digital) de sons complexos a partir do som em si, para posteriormente poderem ser organizados por Timbre e outras propriedades.

Matematicamente, representa-se o espectro sonoro como uma série de Fourier (Fast Fourier Transform, FFT),^[1] uma função no domínio das frequências em oposição à forma de onda que é uma função no domínio do tempo (representação da frequência a partir da representação do tempo). Qualquer onda sonora, assim como qualquer outro fenômeno ondulatório, pode ser representado através de seu espectro. Um gráfico de espectro sonoro é composto de barras, cada uma delas representando a amplitude de uma das frequências componentes do som analisado. Este tipo de gráfico é utilizado em equipamentos eletrônicos, tais como analisadores de espectro ou em equalizadores. No caso dos analisadores digitais, o cálculo é realizado através da Transformada Rápida de Fourier - FFT (Fast Fourier Transform), um algoritmo bastante eficiente que permite calcular o valor de uma transformada discreta de Fourier, em tempo real.

Em 1807, foi criada a base teórica do espectro sonoro (e a análise de sinais periódicos) estabelecido com o matemático e físico francês Jean Baptiste Joseph Fourier, que desenvolveu a Série de Fourier: a decomposição de qualquer função periódica complexa em uma sequencia em componentes básicos, ondas senoidais simples (de diferentes frequências e amplitudes).^[2][3] Esta teoria é essencial para a análise de sinais, processamento de imagens, acústica.^[2]

Os sons de frequência inferior a 20 Hz chamam-se infrassom e provocam náuseas e perturbações intestinais e apoptose celular ao causar a troca de fosfatidilserina pela flopase para o lado extracelular. Os sons de frequência superior a 20 000 Hz são os ultrassom e são usados, por exemplo, nas ecografias e nos sonares.

• Humanos consegue ouvir sons entre 20 Hz e 20 000 Hz e, produzem sons entre 85 Hz e 1 100 Hz;
• Cães consegue ouvir sons entre os 15 Hz e os 50 000 Hz e, produzem sons entre os 452 Hz e os 1 800 Hz.
• Morcegos conseguem ouvir sons de frequências entre os 1000 Hz e os 120 000 Hz, mas só produzem sons a partir dos 10 000 Hz.

O analisador de espectro é um aparelho que faz medição em tempo real do som e vibração; mede a magnitude e potência do sinal de entrada versus a frequência. Usado para aquisição e análise de dados na faixa de frequência entre DC e vários megahertz, incluindo o infrasom e o ultrasom.^[1] Em algumas aplicações, o analisador de espectro é chamado de analisador de vibração e, é aplicado em: acústica; NVH (ruído, vibração e, aspereza); potência e energia; aeroespacial e defesa.^[1]

O analisador de vibração NVH é aplicado em: diagnóstico de máquinas rotativas; monitoramento da saúde; vigilância de ruído; Dinâmica Estrutural e Teste Modal; analise da qualidade do som, e; analise da acústica do ambiente.^[1]

Para medição na telecomunicação, onde a faixa de frequência é de MHz à GHz, o analisador de espectro é chamado de analisador de espectro de RF.^[1]

• Série harmônica
• Série de Fourier
• Espectro
• Processamento de sinal de áudio

Referências