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  Uma Entrevista com Jorge Knirsch

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SALA VIVA - SALA MORTA - SALA SECA
Qual a Melhor Sala Para se Ouvir Música?
1ª. Parte

Acústica

Jorge Knirsch
jorgeknirsch@byknirsch.com.br

Introdução

          No mercado de áudio e vídeo e também entre nós, amantes da música e da imagem, e inclusive entre os engenheiros acústicos, vigora o conceito, já profundamente arraigado e consolidado, que “uma boa sala de reprodução de música e shows necessariamente tem que ser viva ou, se não for para tanto, pelo menos semiviva”. Existem controvérsias na questão de quão viva a sala deva ser, mas todos concordam que ela precisa ser viva ou semiviva. E, colocada esta premissa em prática, constatamos uma interação entre a sala específica em questão e aquilo que está sendo reproduzido. Em outras palavras, instalando o nosso sistema de áudio em uma sala viva, criamos uma solução auditiva nova e particular, que se revela superior ao resultado sonoro advindo apenas do sistema.
          Hoje, se você observar bem, a maioria dos nossos ambientes tendem a serem vivos, principalmente ambientes públicos, como aeroportos, estações de ônibus e muitos outros, apesar das pouquíssimas exceções, como alguns cinemas e teatros. E não nos damos conta de que há uma grande influência destes ambientes sobre o nosso bem estar, aspecto muito relegado aqui entre nós.
          Pretendemos neste artigo, em primeiro lugar, estudar a onda sonora de uma forma abrangente, apresentando alguns conceitos físicos que normalmente não são mencionados, mas muito importantes para a acústica. Em seguida, vamos estudar e definir um dos parâmetros mais importantes da acústica que é o Tempo de Reverberação (RT = Reverbaration Time), e mostrar a sua influência na audição, para depois adequá-lo às diversas salas existentes. Iremos, nesta ocasião, definir os vários tipos de salas, as vivas, as mortas (também chamadas de salas surdas pelo pessoal de gravação), e as salas secas, para em seguida verificarmos qual delas é a melhor opção para nós. Analisaremos também o que vem a ser conforto auditivo, como alcançá-lo e quais as suas conseqüências para o nosso emocional. 

© 2010-2020 Jorge Bruno Fritz Knirsch
Todos os direitos reservados
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Ondas Sonoras

          De início, eu pensava em escrever um artigo inteiro sobre ondas sonoras, mas não deu tempo. Os acontecimentos têm atropelado as ações, de forma que, no momento, pretendo ser muito breve quanto a este tema, apesar do assunto ser de vital importância, e já entrar logo na análise do tempo de reverberação (RT). Faço isto para que vocês possam me acompanhar na colocação dos fenômenos físicos e dos aspectos técnicos que vamos tratar em seguida.
          Existem, na física, vários tipos de ondas. Entre elas, as ondas mecânicas, que são produzidas por distúrbios, ou seja, por partículas vibrando num vai e vem, em um determinado meio. Através destas vibrações é que as ondas mecânicas são transmitidas.
          As ondas mecânicas podem ser sentidas e vistas. Por exemplo, as observamos nas molas, nas cordas de um violão, na água. Não existem no vácuo, pois ali não há partículas. Elas são progressivas, ou seja, se afastam de sua emissão, transportando energia, sem transferir matéria. Possuem várias características como freqüência, comprimento, velocidade, amplitude e fase. Algumas destas características vamos ver com maior detalhe adiante. Também podem sofrer alguns processos físicos importantes como: reflexão, refração, difração, interferência ou sobreposição, e polarização. Alguns destes processos físicos vamos estudar agora.
          Existem dois tipos de ondas mecânicas: as transversais e as longitudinais.  Nas ondas mecânicas transversais, os distúrbios, ou seja, as vibrações de vai e vem, ocorrem perpendicularmente à transferência de energia. Em outras palavras, as vibrações são perpendiculares ao movimento de transmissão ou propagação. Por exemplo, vemos isto nas ondas que se propagam em cordas que estão presas por uma extremidade. Outro exemplo são as ondas que observamos na superfície da água.

Caixa acústica com duas pessoas: uma à frente e outra atrás dela, ambas olhando para a caixa no espaço livre.

          Nas ondas mecânicas longitudinais, os distúrbios, ou seja, as vibrações de vai e vem das partículas, se realizam na direção do movimento. Um exemplo deste tipo de ondas é encontrado em molas, onde as ondas se propagam longitudinalmente, na direção da transmissão de energia. A onda sonora também é uma onda mecânica longitudinal. Ela pode, por exemplo, ser gerada em um alto-falante ou em algum instrumento qualquer.
          Uma onda sonora representa uma frente de onda mecânica, com variação de pressão no ar, mas que, no entanto, se propaga, a partir de sua emissão, em todas as direções. Contrário ao que vi escrito em muitos sites na Internet, a onda sonora é longitudinal, porém sua propagação é esférica. Este é o primeiro conceito físico importantíssimo:
a onda sonora é uma onda mecânica longitudinal com propagação esférica, difundindo-se em todas as direções a partir do seu ponto de emissão.

          Este aspecto, pouco conhecido e também pouco mencionado, está representado na figura ao lado, em um só plano, mas procurem visualizá-lo agora de forma esférica: imaginem uma caixa acústica colocada no espaço, cercada de ar em toda a sua volta, e sem nenhuma superfície refletora por perto. Imaginem também uma pessoa sendo posicionada a alguns metros à frente desta caixa acústica e outra a alguns metros atrás dela, ambas acompanhando uma linha imaginária perpendicular ao alto falante. Vamos agora supor que o alto-falante comece a emitir uma onda sonora de, por exemplo, 20Hz, que é esférica, a um volume agradável ao nosso ouvido. Qual das duas pessoas vocês acham que vai ouvi-la? A da frente somente, ou ambas? Pensem um pouco, a pergunta é realmente interessante, pois nos faz tomar consciência de algo que intuitivamente já sabemos! É claro que ninguém vai duvidar que a pessoa à frente da caixa vai ouvir o som de 20Hz, mas o mais importante para nós é que a pessoa atrás da caixa vai ouvir a mesma onda sonora, com menor intensidade, é verdade, porém vai ouvi-la também! Este processo físico chama-se difração.  
          Um segundo conceito físico muito importante e, com certeza, uma novidade para muitos de nós é que: Uma onda sonora de baixa freqüência tem a capacidade física de se refazer, ou seja, de se difratar, se reconstituindo atrás de objetos ou anteparos. Mas, à medida que a freqüência sonora aumenta, este fenômeno se reduz. Como colocado, este segundo conceito é especialmente válido para as baixas freqüências do espectro audível e um grande desafio no tratamento acústico de salas e estúdios. Portanto, não é qualquer anteparo colocado na sala de audição que irá resolver o problema dos graves.
         
O alcance e a magnitude destes dois conceitos físicos é muito grande, a ponto de afetar profundamente a forma de tratamento acústico de uma sala. Para explicarmos isto um pouco melhor, vamos analisar a fórmula básica de uma onda sonora:

          Explicando, a velocidade do som no meio é uma constante, que é o comprimento da onda multiplicado pela sua freqüência. A velocidade do som varia com a temperatura ambiente. Vamos adotá-la em 344m/s para uma temperatura em torno de 20°C. Independentemente da sua freqüência, o som se propaga no ar com a mesma velocidade, variando o seu comprimento de onda em função da sua freqüência.
          Para explicar um pouco melhor estes termos, vejam a figura abaixo. Toda onda sonora pode ser representada por uma onda senoidal, sendo emitida evidentemente em todas direções, a partir do ponto de emissão, o que não está representado aqui. A onda senoidal tem uma parte superior e uma parte inferior. Podemos considerar a parte superior com sendo a área de sobrepressão do ar no ambiente e a parte inferior como sendo a de subpressão. Na crista superior temos a pressão máxima e na crista inferior temos uma rarefação do ar (subpressão). No eixo horizontal temos a pressão em repouso do ambiente, que está em torno de uma atmosfera de pressão. Vamos comentar um pouco os aspectos físicos destas colocações, de forma prática. Tomando, por exemplo, a nossa onda de 20Hz, que é, em geral, a freqüência mais baixa que conseguimos ouvir e sentir, vamos estudá-la um pouco mais de perto.

          O comprimento de uma onda de 20Hz é 17,2m. Vejam bem, vou repetir: o comprimento da onda de 20Hz é algo em torno de dezessete metros. É algo muito grande! Quero comentar que a distância entre uma das cristas de sobrepressão e a crista seguinte é 17m. É uma distância enorme! E a distância entre uma crista de sobrepressão e a de subpressão é a metade disto, ou seja, 8,5m.
          Muitos perguntam se irão ouvir uma onda de 20Hz numa sala cujas dimensões (altura, largura e comprimento) sejam menores que este comprimento de onda. A resposta é sim, sem dúvida nenhuma. Vamos ouvir os 20Hz em uma sala pequena. O alto-falante, quando emite essa onda, não sabe o tamanho da sala, ele apenas a emite. A onda, agora, devido à sala ser menor que o seu comprimento, ao encontrar as paredes, continua se formando, retornando da parede para a direção da fonte, e fica neste vai e vem, se refletindo em todas as direções. E começa a ocorrer também o encontro entre as ondas que vão e as que voltam, criando somas e subtrações, gerando interferências: o encontro de duas cristas cria uma pressão dobrada, o encontro de uma crista e um vale cria uma região de pressão normal e o encontro de dois vales cria uma região de dupla subpressão, e entre estas três graduações existem todas as outras possíveis. Como vocês estão percebendo, em salas pequenas, digamos abaixo de 100m3, os graves são um problema realmente grave! Se esta onda, ainda for uma ressonância da sala, então o assunto se torna mais complexo ainda, mas isto é um problema que iremos estudar no capítulo de ondas estacionárias, quando chegarmos lá.
          Agora vamos imaginar uma onda de 200Hz. Esta onda tem um comprimento de 1,72m, ou seja ela tem um comprimento dez vezes menor do que a onda de 20Hz. Vocês vão concordar comigo que a diferença é muito grande. Se tomarmos agora uma onda sonora de 2000Hz o seu comprimento será de apenas 17,2cm. A redução, em relação aos 17,2m da onda de 20Hz, agora é de um centésimo. É uma redução enorme! Sem dúvida alguma, a forma de realizar o tratamento acústico, para os diversos comprimentos de ondas, de magnitudes tão diferentes, deve ser bastante diferenciada.
          Como havíamos falado, a onda sonora é esférica nas baixas freqüências, mas à medida que a freqüência aumenta, ela inicia um ganho em diretividade. Este é o terceiro conceito físico muito importante: à medida que a freqüência aumenta, o ângulo esférico em 360 graus vai diminuindo para um ângulo cônico cada vez menor, indo de um ângulo obtuso para um ângulo mais agudo, tornando-se uma onda direcional nas altas freqüências já acima do campo auditivo humano. Então, em 20.000Hz, limite da nossa audição, a onda já começa a ser diretiva, porém, contrário ao que se diz, ela ainda se propaga em um cone sonoro agudo. Isto é muito importante, pois a partir das médias freqüências e depois, nas altas, já podemos tratar as ondas sonoras conforme as leis da ótica, na reflexão, difusão, refração e difração, o que simplifica o tratamento. Isto não é de todo correto, mas já permite uma boa aproximação do fenômeno físico real.

          Somente para recapitular o que são graves, médios e agudos, colocamos o diagrama abaixo:

Graves, médios e agudos na percepção musical

          Os graves começam em 20Hz e vão até algo em torno de 160Hz, onde começam os médios, que vão até algo em torno 1300Hz, e aí, é onde se iniciam os agudos. Estes valores são flexíveis. Muitos adotam a freqüência limite entre graves e médios como sendo 200Hz e entre médios e agudos como 2000Hz.

Resumo

          Neste segundo artigo, a respeito de acústica, analisamos alguns aspectos pouco comuns das ondas sonoras, porém de grande relevância para a solução técnica de tratamentos acústicos, principalmente em salas pequenas (menores que 100m3) destinadas à audição normal ou crítica. Complementando o que diversos sites e vários livros didáticos publicam, a onda sonora é longitudinal, mas a sua difusão (propagação) é esférica, com progressivo aumento do seu diâmetro e redução da sua intensidade ( com o quadrado da distância) após a emissão. Repetimos abaixo os três conceitos básicos da onda sonora, para que não sejam esquecidos, pois vamos usá-los por inúmeras vezes mais à frente.

  •             A onda sonora é uma onda mecânica longitudinal, com propagação esférica, difundindo-se em todas as direções, a partir do seu ponto de emissão.
  •             Uma onda sonora de baixa freqüência tem a capacidade física de se refazer, ou seja, de se difratar, se reconstituindo atrás de objetos ou anteparos. E, à medida que a freqüência aumenta, este fenômeno se reduz.
  •             À medida que a freqüência sonora aumenta, o ângulo esférico de sua propagação em 360 graus vai diminuindo para um ângulo cônico cada vez menor, indo de um ângulo obtuso para um ângulo mais agudo, tornando-se uma onda direcional, nas altas freqüências, já acima do campo auditivo humano.

          Estes três conceitos básicos a respeito de ondas sonoras são fundamentais para explicar mais adiante porque algumas técnicas funcionam e outras não. Vamos derrubar alguns mitos que existem nos tratamentos acústicos e mostrar um caminho mais seguro e correto para fazê-lo, trazendo mais informação ao nosso meio.
         
Desejo a todos aquela sala corretamente tratada, para que vocês possam ouvir o que realmente foi gravado!!! Uma excelente audição e aquele abraço!!!!

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