Timbre

Em música, chama-se timbre à característica sonora que nos permite distinguir se sons de mesma frequência foram produzidos por fontes sonoras conhecidas e que nos permite diferenciá-las. Quando ouvimos, por exemplo uma nota tocada por um piano e a mesma nota (uma nota com a mesma altura) produzida por um violino, podemos imediatamente identificar os dois sons como tendo a mesma freqüência , mas com características sonoras muito distintas. O que nos permite diferenciar os dois sons é o timbre instrumental. De forma simplificada podemos considerar que o timbre é como a impressão digital sonora de um instrumento ou a qualidade de vibração vocal.

Embora as características físicas responsáveis pela diferenciação sonora dos instrumentos sejam bem conhecidas, a forma como ouvimos os sons também influencia na percepção do timbre. Este é um dos objetos de estudo da psicoacústica.

Fundamentação física do timbre

Embora este fenômeno seja conhecido há séculos, somente há algumas décadas, com o advento da eletrônica foi possível compreendê-lo com mais precisão.

O Lá central do piano possui a freqüência de 440Hz. A mesma nota produzida por um violino possui a mesma freqüência. O que permite ao ouvido diferenciar os dois sons e identificar sua fonte é a forma da onda e seu envelope sonoro.

Forma de onda

Quando uma corda, uma membrana, um tubo ou qualquer outro objeto capaz de produzir sons entra em vibração, uma série de ondas senoidais é produzida. Além da frequência fundamental, que define a nota, várias freqüências harmônicas também soam. O primeiro harmônico de qualquer nota tem o dobro de sua freqüência. O segundo harmônico tem freqüência uma vez e meia maior que o primeiro e assim por diante. Qualquer corpo em vibração produz dezenas de freqüências harmônicas que soam simultaneamente à nota fundamental. No entanto o ouvido humano não é capaz de ouvir os harmônicos com freqüencia superior a 20000Hz. Além disso, devido às características de cada instrumento ou da forma como a nota foi obtida, alguns dos harmônicos menores e audíveis possuem amplitude diferente de um instrumento para outro.

Se somarmos a amplitude da freqüência fundamental às amplitudes dos harmônicos, a forma de onda resultante não é mais senoidal, mas sim uma onda irregular cheia de cristas e vales. Como a combinação exata de amplitudes depende das características de cada instrumento, suas formas de onda também são muito distintas entre si. Veja os exemplos abaixo:

Envelope sonoro

Não é só a forma de onda que define que um som é produzido por determinado instrumento, mas também a forma como o som se inicia, se mantém e termina ao longo do tempo. Esta característica é chamada envelope sonoro ou envoltória sonora. Ainda que as formas de onda de dois instrumentos sejam muito parecidas, ainda poderíamos distingui-las pelo seu envelope. O envelope é composto basicamente de quatro momentos: Ataque, decaimento, sustentação e relaxamento. Este perfil, conhecido como envelope ADSR, é mostrado abaixo:

A imagem ao lado mostra o envelope característico de três instrumentos. O primeiro é de uma tabla, espécie de tambor da �ndia. Veja como o som surge quase instantaneamente após a percussão da pele pelas mãos do executante e como cada nota tem uma duração muito curta. A segunda onda mostra três notas produzidas por uma trompa. Aqui a nota se inicia com um aumento mais gradual de intensidade, sofre um pequeno decaimento após o início da nota e dura todo o tempo em que o trompista mantém o sopro, desaparecendo de forma bastante rápida ao final das notas. O terceiro exemplo mostra uma longa nota produzida por uma flauta. O som surge muito suavemente, mantém-se com amplitude quase constante e depois desaparece lentamente. Vejamos com mais detalhes cada um dos momentos presentes nestes exemplos:

Ataque: é o início de cada nota musical. Em um instrumento de corda tocado com arco, o som surge e aumenta lentamente de intensidade, assim como no exemplo da flauta. Se a mesma corda for percutida o som surgirá muito rapidamente e com intensidade alta. Dependendo do instrumento, o ataque pode durar de alguns centésimos de segundo até mais de um segundo.

Decaimento: em alguns instrumentos, após o ataque o som sofre um decaimento de intensidade antes de se estabilizar. Em um instrumento de sopro, por exemplo, isso pode se dever à força inicial necessária para colocar a palheta em vibração, após o que a força para manter a nota soando é menor. Normalmente dura apenas de alguns centésimos a menos de um décimo de segundo. Nos exemplos mostrados, o decaimento é claramente perceptível nas notas da tabla e levemente na segunda nota da trompa.

Sustentação: corresponde ao tempo de duração da nota musical. Na maior parte dos instrumentos este tempo pode ser controlado pelo executante. Durante este tempo a intensidade é mantida no mesmo nível, como as notas da trompa e da flauta na imagem. Alguns instrumentos (principalmente os de percussão) não permitem controlar este tempo. Em alguns casos o som nem chega a se sustentar e o decaimento inicial já leva o som diretamente ao seu desaparecimento, como na tabla.

Relaxamento: final da nota, quando a intensidade sonora diminui até desaparecer completamente. Pode ser muito brusco, como em um instrumento de sopro, quando o instrumentista corta o fluxo de ar, ou muito lento, como em um gongo ou um piano com o pedal de sustentação acionado. Na imagem acima, a nota da flauta tem um final suave devido à reverberação da sala onde a música foi executada, que fez o som permanecer ainda por um tempo, mesmo após o término do sopro.

A combinação entre os tempos de ataque, decaimento, sustentação e relaxamento é tão importante para permitir reconhecer o timbre de um instrumento, que em alguns casos usa-se um sintetizador ou sampler para alterar estes tempos e criar timbres totalmente novos a partir do som de instrumentos conhecidos.

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