Por que a voz dá muitas linhas no espectro, e não uma só?

As cordas vocais fixam a frequência fundamental; o trato vocal reforça os harmônicos — múltiplos inteiros do fundamental. Esse conjunto de parciais é o timbre, diferente do tom puro de um diapasão.

O que significa a altura das barras do espectro?

A força relativa daquela frequência. Num tom puro uma barra é alta; numa palma muitas barras são quase iguais — o ruído preenche uma faixa larga.

Por que o oscilograma é complicado, se a nota é estável?

Uma nota estável ainda é a soma do fundamental e dos harmônicos. O período se repete, mas a forma já não é uma senoide. Um assobio chega mais perto da senoide pura.

Dá para medir assim a intensidade em decibéis?

Não: o eixo de amplitude está em unidades relativas, sem calibração por uma pressão de referência. Comparar «mais baixo / mais alto» dá; o nível absoluto de pressão sonora, não.

Forma e espectro do som

Oscilograma de pressão e espectro de frequências a partir do microfone: o sinal ao vivo decompõe-se pela transformada de Fourier.

Sobre o modelo

A forma e o espectro do som mostram a mesma onda de duas maneiras. O som é uma onda longitudinal de pressão no ar. O sinal do microfone aparece como oscilograma p(t) e como espectro de amplitudes em frequência. O espectro vem da transformada rápida de Fourier (FFT): o som complexo decompõe-se em senoides. Um tom puro é um só pico; a voz e a música, o fundamental mais os harmônicos (o timbre). A frequência liga-se à altura do som; a amplitude, à intensidade. A análise é numa janela curta, por isso o espectro é «instantâneo»; a propagação na sala e as ressonâncias do recinto não entram. O tamanho da FFT fixa a resolução em frequência: janela maior, faixas mais estreitas, atualização mais lenta.

Para quem: Ensino médio e início da graduação: som, superposição, espectro e transformada de Fourier.

Conceitos-chave

oscilograma
espectro de frequências
transformada rápida de Fourier
amplitude
frequência
altura do som
timbre

Como funciona

O microfone entrega a pressão em função do tempo. O oscilograma mostra p(t); o espectro, as amplitudes depois da FFT. Voz, palma ou nota aparecem como picos nas frequências em que a energia se concentra. São precisos permissão para o microfone e uma conexão segura.

Fórmulas principais

Faixa i ≈ i · (sampleRate / tamanho da FFT) Hz até a frequência de Nyquist f_N = sampleRate / 2

Perguntas frequentes

Por que a voz dá muitas linhas no espectro, e não uma só?: As cordas vocais fixam a frequência fundamental; o trato vocal reforça os harmônicos — múltiplos inteiros do fundamental. Esse conjunto de parciais é o timbre, diferente do tom puro de um diapasão.
O que significa a altura das barras do espectro?: A força relativa daquela frequência. Num tom puro uma barra é alta; numa palma muitas barras são quase iguais — o ruído preenche uma faixa larga.
Por que o oscilograma é complicado, se a nota é estável?: Uma nota estável ainda é a soma do fundamental e dos harmônicos. O período se repete, mas a forma já não é uma senoide. Um assobio chega mais perto da senoide pura.
Dá para medir assim a intensidade em decibéis?: Não: o eixo de amplitude está em unidades relativas, sem calibração por uma pressão de referência. Comparar «mais baixo / mais alto» dá; o nível absoluto de pressão sonora, não.

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