Física da voz

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Frank Sinatra e Tom Jobim

A explicação do funcionamento do corpo humano em termos científicos, na sua enorme complexidade, não foge da elaboração de teorias, semelhante às teorias físicas. A hemácia ou qualquer substância que percorre nossas artérias, o mecanismo da visão e audição, entre outros fenômenos, são descritos pelas leis da Física em seus diversos ramos: Eletromagnetismo, Termodinâmica, Óptica, Acústica, Mecânica, etc. Apesar de muito utilizado, o método científico prova-se insuficiente na construção de um modelo ideal de descoberta, visto que a priori, várias criações estabeleceram-se sem seu uso.

No post de hoje, irei discutir como se dá o processo sonoro das cordas vocais, a partir de um tema bem difundido para os estudantes de Ensino Médio, o de tubos sonoros.

A composição da laringe até a boca na formação da voz pode ser tratada como parcialmente fechada em uma extremidade (cordas vocais) e aberta na boca (conforme figura ao lado), de forma que possamos aplicar o estudo dos tubos sonoros, mas antes disso vou falar sobre alguns conceitos fundamentais.

Onda : transmissão de uma pertubação em um meio com velocidade definida.

Comprimento de onda : distância entre dois vales ou cristas.

Amplitude : Deslocamento máximo da onda na direção do eixo Y.

No nosso caso, a onda é sonora (criada por meios mecânicos, leia-se corda vocal) e propaga-se no ar (evidenciando a participação do pulmão) contido na cavidade oral.

Frequência : Quantidade de ciclos por unidade de tempo.

O conceito de frequência fica claro, aliado com a definição de Período que é o tempo necessário para completar um ciclo. A frequência nos dá quantas partes do ciclo foram feitas numa unidade de tempo, enquanto o período elucida o tempo necessário para um ciclo. Matematicamente significa que o período é o inverso da frequência.

Ressonância : Fenômeno que ocorre quando a frequência natural do sistema aproxima-se da frequência externa.

Exemplo clássico de ressonância é o da ponte de Tacoma :

A ponte balança na  frequência dos ventos que nela se choca.

Harmônico: É uma  frequência de onda que é um múltiplo inteiro da frequência fundamental (primeiro harmônico).

Os harmônicos são ondas estacionárias.

A depender do comprimento do tubo e da frequência de onda, pode-se ter infinitos harmônicos. A voz normal de um adulto ocorre entre o primeiro e terceiro harmônico.

Primeiro harmônico : 

primeiro harmônico

Segundo harmônico :

segundo harmônico

Terceiro harmônico:

terceiro harmônico

Se considerarmos que a velocidade do som no ar é 340 m/s, a frequências dos harmônicos para tubos fechados é dada por :

          * (2n-1) do lado esquerdo é um índice.

Sendo:

  • n o número de harmônicos
  • v a velocidade da onda
  • l o comprimento do tubo

Pela equação fundamental de onda :  e substituindo f da equação acima, determinamos o comprimento de onda :

.

Para o primeiro harmônico n=1 e λ=4L, temos :

Fazendo o mesmo procedimento para o segundo (n=2 e λ=4L/3) e terceiro harmônico (n=3 e λ=4L/5), encontra-se 1500 Hz e 2500 Hz, respectivamente. Concluímos que a frequência da voz de um ser humano varia entre 500 Hz e 2500 Hz. Curioso não? Alguns cantores super-humanos alcançam notas de frequência tão altas que não são captados pelo nossos ouvidos, um exemplo tupiniquim é o da cantora Georgia Brown, confira :

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O tema foi tratado com mínimas representações sobre a fisiologia/morfologia do corpo para a formação da voz, tendo no seu principal próposito a contextualização de fênomenos físicos de maneira didática.

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Sobre Douglas Aleodin

Mestre em Física pela Universidade Federal da Bahia.
Esse post foi publicado em Exercícios resolvidos, Física, Física do dia-a-dia e marcado , , , , , , , , , , , , , , . Guardar link permanente.

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