Som nas Igrejas: As frequências sonoras que ajustamos na equalização

Pensando em frequências de áudio, o primeiro passo é conhecer como elas são organizadas no espectro dos sons que ouvimos. Aliás, de onde e que vem este termo “frequência”? Os sons surgem de movimentos vibratórios. Pense na pele de um tambor após bater nela, na corda de um violão, baixo ou guitarra que foi tocada e na vibração das suas cordas vocais. A energia gerada pela vibração é transmitida para as moléculas do ar que passam a oscilar. Quanto mais rápida for esta oscilação, mais aguda será a sua sonoridade. E quanto mais lenta ela for, mais grave nós a ouviremos. Como isto envolve o conceito da velocidade, e a velocidade está íntima e inseparavelmente associada ao tempo, padronizou-se o tempo de 1 segundo para definir as frequências.

A partir disto, identificamos uma frequência pela quantidade de vibrações completas, ciclos de onda inteiros, que ocorrem em 1 segundo. Não é difícil entender que quanto maior o número de ondas completas em 1 segundo, mais rápidas elas precisarão ocorrer e, portanto, menor será o comprimento de onda delas, serão ondas mais curtas. Daí temos que para frequências mais elevadas, aquelas que se aproximam das 20 mil oscilações em um segundo (20 quilohertz ou kHz), os comprimentos de onda ficam em torno de 2 cm. E para as frequências mais baixas, dos graves, os comprimentos de onda chegam a alguns metros. Por exemplo, o comprimento de onda de 20 kHz tem 17 mm e o de 60 Hz (Hertz agora sem o prefixo “k” de mil) tem 5,66 metros.

É relativamente simples saber o comprimento de onda de uma frequência sem precisar consultar uma tabela. Basta dividir a velocidade em que o som se propaga pela frequência para obter o comprimento de onda. No ar, o som se desloca a aproximadamente 340 metros por segundo, Esta velocidade não é fixa porque ela depende da temperatura. Se tomarmos a frequência de 1 mil Hertz (1kHz ou 1K), que fica bem no meio do espectro, por exemplo, a conta fica assim: 340 metros por segundo / 1000 Hertz = 0,340 metros ou 34 cm.

Uma característica bacana, que simplifica a nossa vida, é poder trabalhar com múltiplos e submúltiplos destes valores. Sabendo que uma onda de 1 kHz tem 34 cm, se dobrarmos a frequência indo em direção aos agudos para 2 kHz, podemos ter certeza de que o seu comprimento será o de metade da onda de 1 kHz ou 17 cm. Dobrando novamente para 4kHz, serão metade dos 17 cm ou 8,5 cm. Indo na direção oposta, se tomarmos a frequência de 1kHz e a dividirmos por dois para saber o comprimento de onda de uma frequência de 500Hz, ela terá o dobro dos 34 cm ou 68 cm. E se reduzirmos esta frequência pela metade, indo para 250Hz, o comprimento de onda já passará de 1 metro, ficando com 1,36m. Desta simples ginástica matemática, podemos perceber que os comprimentos de onda são inversamente proporcionais às frequências. Isto significa que quanto maior for a frequência, menor será o comprimento de onda e vice-versa. Embora este conceito de ondas senoidais seja ilustrado por amplitude e comprimento em 2D para simplificar a nossa compreensão, não se pode esquecer de que, na realidade, a energia das ondas sonoras é transmitida pelo ar em 3D, Ok?

Outra característica a observar é a de que o espectro de frequências segue uma divisão logarítmica que pode ser simplificada pela divisão em décadas (conjuntos de 10). Na ilustração abaixo, vemos a base da arte que ilustrou a nossa penúltima coluna, sem a sobreposição dos instrumentos.

Observe como os quatro retângulos vermelhos, de largura igual, indicam um conjunto ou década logarítmica de frequências (de 10 a 100 Hz, de 100 a 1000 Hz, de 1000 a 10.000 Hz e de 10.000 a 100.000 Hz). Nós não ouvimos frequências abaixo de 20 Hertz e nem acima de 20.000 Hertz, porém, este gráfico exibe como os conjuntos de frequências estão dispostos de modo logarítmico facilitando nossa compreensão da organização das frequências, pois os primeiros três retângulos se aproximam da divisão entre graves, médios e agudos que vemos logo aqui abaixo. Lembrando que a divisão entre graves, médios e agudos não é rígida, mas apenas conceitual, para facilitar a nossa compreensão e trabalho com as frequências.

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Como as cores demonstram na ilustração acima, não existe uma mudança rígida entre graves e médios e entre os médios e agudos. Esta transição é gradativa e pode variar conforme a audição e os conceitos de cada operador. Na parte superior do gráfico, vemos uma divisão arbitrária com os graves se estendendo de 20 a 100 Hz, os médios de 100 Hz a 4 kHz e os agudos de 4 a 20 kHz. Embaixo do gráfico, vemos possíveis descrições das frequências com cores de fundo. Estas se iniciam com o vermelho das frequências mais baixas, os graves, com seus comprimentos de onda maiores e passam gradativamente pelos médios amarelos, chegando nos azuis das frequências mais elevadas com curtos comprimentos de onda. E, sobrepostas a estas descrições, vemos o final de duas ondas senoidais maiores, digamos que sejam médio graves. Nesta ilustração, elas resultam de diversas divisões ao meio da frequência original aguda, ilustrada em azul claro na esquerda. Assim, se a senoide azul fosse uma onda de 4 kHz, a  verde equivaleria a uma onda de 2 kHz, a amarela a 1 kHz, a laranja clara 500 Hz e a laranja maior e mais escura a 250 Hz.

Para que toda esta ênfase nas frequências de comprimentos de onda? É porque constituem um dos fundamentos do áudio. A compreensão deste princípio precisa ser extremamente familiar para nós, e vir rapidamente à nossa quando consideramos o que é preciso fazer para corrigir um problema em determinada frequência.

É fácil memorizar a relação de múltiplos e submúltiplos de comprimentos de onda abaixo, a partir do fato de que a frequência de 1 kHz, localizada no centro do espectro, tem 34 cm.

Depois de memorizadas as primeiras 3 frequências, o próximo passo é preencher os pontos intermediários com frequências múltiplas ou submúltiplas das 3 iniciais:

Assim, sem muito trabalho, você conseguirá memorizar uma relação de frequências suficientes para ter uma noção aproximada dos comprimentos de onda ao longo do espectro. Agora, não deixe de fazer isto por imaginar que isto só serve para fins teóricos.

Primeiramente, observe que, como as ondas sonoras se refletem de superfícies duras, podemos entender que as frequências graves acabarão tendo a sua energia distribuída de forma bastante complexa dentro de uma sala. Isto ocorre por serem tipicamente maiores que o pé direito (altura do teto), normalmente uma das menores dimensões de um ambiente a ser sonorizado, e de outras dimensões como, por exemplo, as paredes laterais paralelas de um palco numa igreja. Também podemos entender que, por terem pequenos comprimentos de onda, as frequências agudas são mais direcionáveis e se refletem de forma mais direcional, seguindo a lei da física ótica que rege que ângulo de incidência é igual ângulo de reflexão.

Talvez você esteja pensando: “Mas qual é o efeito prático disto?”. Estamos considerando a equalização na sonorização ao vivo. Usando do conhecimento acima, se você tiver uma microfonia aguda em um microfone fixo, como num over na bateria, quando perceber este problema na hora de levantar o som, ao invés de ir logo cortando frequências na equalização do canal, que acabará alterando a relação de fase elétrica do sinal e o timbre original do instrumento, uma técnica mais coerente seria experimentar alterar o direcionamento do microfone para não captar estas frequências direcionais das superfícies próximas. No caso de uma microfonia de 4 kHz, por exemplo, com seu comprimento de onda de 8,5 centímetros, desviar a cápsula do microfone em uns 4,25 cm (meio comprimento de onda) pode evitar a captação desta frequência no ponto em que  a reflexão chega com maior energia, passando a cápsula do microfone para onde a onda chega num instante de menor energia em que não provocará a microfonia. Isto é relativamente simples nestas frequências mais direcionais. A microfonia surge da relação entre o comprimento de onda e a distância da superfície que reflete a sua energia. Identifique a superfície que reflete a onda e desloque a cápsula do microfone neste eixo.  

Para que a qualidade do nosso trabalho seja melhor, é preciso estarmos sempre atentos às possibilidades para melhorar o som e evitar problemas. Saber como o som se propaga, de acordo com as características das frequências que o compõem, é ferramenta essencial na bagagem que quem atua nessa área.  Além disto, para equalizar aproveitando os recursos visuais que as consoles digitais e processadores oferecem, é preciso conhecer como as frequências são apresentadas nas suas telas que se embasam no fundamento dos gráficos logarítmicos.

Quanto mais bem fundamentado se está, mais fácil fica entender outros conceitos do áudio. O chamado Ruído Rosa, é uma ferramenta que ajuda a deixar um sistema de som com uma resposta de equalização plana. Porém, a sua curva, quando vista no gráfico logarítmico de frequências, não é plana. Isto é porque ela contém energia igual por oitavas de frequência.  Ela se aproxima mais da nossa curva de sensibilidade auditiva, em que precisamos de maior energia no extremo grave do espectro de frequências, conforme ilustrado pelas curvas do limiar da audição em azul claro e limiar da dor vermelho na ilustração abaixo.

Já se tivermos energia igual por frequência, deixando o gráfico plano, teremos o ruído branco. Este é caracterizado por ter um som menos grave. Ele tende para o agudo porque existem muito mais frequências na parte superior do espectro do que na porção inferior. Dos 20 Hz aos 4 mil Hz temos 3980 frequências enquanto dos 4 mil aos 20 mil temos 16 mil frequências, quase 4 vezes mais. Abaixo, vemos o gráfico plano do Ruído Branco sobreposto ao do Ruído Rosa .

Vamos fechando por aqui. Bons estudos e boa fundamentação! E sempre que tiver um tempo livre com um sistema de som montado, não desperdice a oportunidade de experimentar com estas teorias e firmar o seu conhecimento teórico com base na prática. Chegue mais cedo para os ensaios em sua igreja para poder montar, testar e, depois que tudo estiver pronto para receber a banda, dedique um tempo para experimentar e aprimorar a sua técnica.

Até a próxima!