Noções de Acústica



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Encontro04.08.2016
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Noções de Acústica
Uma vez certos engenheiros de som (como é que o cara começa o assunto com uma história dessas?) resolveram fazer uma festinha no telhado do estúdio onde trabalhavam (um dos maiores de Los Angeles). Eles levaram para o telhado algumas caixas de som e notaram que o som era muito melhor lá em cima do que dentro do estúdio. Porque? Porque lá em cima eles tinha um ambiente sem reflexões ou reverberação; o som saída das caixas, passava pelos engenheiros e não retornava mais. Tente você mesmo, leve suas caixas de som para o quintal. Sendo assim, qual então seria o ambiente interno ideal para escutar alguma coisa? Uma boa resposta seria dentro de um carro, que possui a acústica planejada; eu geralmente avalio minhas gravações dentro do carro. Mas o que faz o carro soar tão bem? Existem vários fatores, entre eles:
- A forma: não existem paredes paralelas dentro do carro e as que existem são finas e curvas;

- As caixas: no carro as caixas são montadas em superfícies lisas como abaixo da janela traseira ou dentro dos painéis laterais das portas. Como resultado, não há sinais fora de fase chegando a nós por trás delas. Além disso, as caixas traseiras são montadas em uma grande câmara, o porta-malas.

- Altas freqüências: dentro do carro, as janelas são os maiores refletores de altas freqüências, mas estão todas em ângulos (aproximadamente 6 a 12 graus) e geralmente são curvas. As altas freqüências também são difundidas através da cabine pelos painéis. Além disso, o teto, lados e piso são cobertos com absorvedores de altas freqüências.

- Médias freqüências: os bancos, painéis da porta e passageiros são todos absorvedores de baixas-médias e altas-médias freqüências. Carros modernos possuem carpete espesso o que também atua como absorvedor de freqüências médias. A maioria dos tratamentos para reduzir o barulho do motor e da estrada está do lado de dentro do carro e atua também como tratamento acústico.

- Baixas freqüências: A maioria das baixas freqüências passa através das paredes e desaparece, conseqüentemente isso não soa dentro do carro causando problemas de fase. Qualquer vibração é amortecida pelas espumas e carpetes e as baixas freqüências dentro do carro são semelhantes a uma situação de ambiente aberto. Na próxima vez que você tocar seu CD saia do carro e escute o que sai de dentro dele (na maioria, especialmente se as janelas estão abertas, são sons de baixas freqüências).

Outro problema de gravar em estúdios é manter os sons externos do lado de fora e os internos do lado de dentro. Pessoas que constroem estúdios na cidade têm que se preocupar com sons de trens (aqui acho não temos esse problema), tráfego, aviões etc. Então, como criar o efeito de um carro, ou ambiente aberto, no seu estúdio? Usando acústica; tratando as paredes da sua sala de controle e estúdios, controlando assim o som e melhorando a qualidade das gravações. Uma boa acústica é muito melhor que muitas unidades de efeito e custa mais ou menos a mesma coisa. Vamos abordar então, os princípios da acústica:



Forma e Tamanho
O que acontece com o som em ambientes abertos? Primeiramente, o som direto das caixas é tudo o que você ouve. Não há reflexão vinda de paredes, teto, piso etc. Segundo, o som não retorna devido à existência de uma parede de fundo. Em ambientes abertos, não há tempos de reverberação (explicados mais adiante).
Ambiente aberto:


Ambiente fechado:


Como você pode ver as paredes realmente estragam as ondas sonoras, pois estas são refletidas tanto pela parede atrás das caixas quanto pelas paredes à frente delas, criando ondas sonoras que chegam ao ouvinte “em” e “fora” de fase. As freqüências altas e médias também sofrem reflexão nas paredes.

Ondas Estacionárias

Um problema que ocorre entre paredes paralelas é o das ondas estacionárias. Elas ocorrem quando o som reflete em duas paredes paralelas e possuem comprimento de onda igual a distancia entre elas. Conforme você se move pela sala com ondas estacionárias você pode ouvi-las. Em alguns lugares o som está alto e em outros mal se pode ouvi-lo. Funciona mais ou menos assim:



O que acontece aqui é que se você fica em um ponto onde a onda está em fase (in phase) você escuta o som dobrado e se fica em um ponto fora de fase (as ondas se anulam) você não escuta nada. É difícil descobrir em que freqüência isso ocorre, pois ela depende da distância entre as paredes. Se ela acontece (por exemplo) em 440Hz ela também ocorre em 880Hz, 1760Hz e assim por diante. É um problema em um estúdio se seu microfone estiver bem em cima de uma onda fora de fase. Então, a primeira coisa a fazer é erradicar todas as paredes paralelas do estúdio. Eu acredito que a parede deve ter pelo menos uma diferença de 12 graus de paralelismo para interromper a interferência de ondas estacionárias. Pode ser tanto uma parede com 12 graus quanto duas com 06 graus cada (ver texto sobre construção). Se você pode pagar por uma construção de ângulo maior, faça isso. Você também pode criar paredes anguladas em uma sala quadrada usando tratamento acústico (o que será demonstrado mais à frente). Nota: possuir paredes não paralelas não impede inteiramente a formação de ondas estacionárias – elas podem se formar em diferentes linhas de repetição. O efeito também acontece entre o teto e o piso, então é aconselhável inclinar um dos dois (espero que não o piso). Como inclinar o teto custa caro, eu recomendo a utilização de tratamento acústico.

Coeficientes de Absorção

Para que um instrumento soe bem você deve ouvir um balanço entre suas altas e baixas freqüências. Se sua sala é fraca em altas freqüências, o instrumento soa em vida e baixo; se for muito rica em altas freqüências, o instrumento soa distante e sem presença. Para balancear uma sala você deve conseguir um verdadeiro balanço entre as altas e baixas freqüências, com a quantidade certa de vivacidade.

O coeficiente de absorção é a base do tratamento acústico e representa a quantidade de energia sonora que a superfície absorve e reflete, e é medido em várias freqüências. Se dissermos que a superfície tem coeficiente de absorção de 0,25 isto quer dizer que 25% da energia incidente será absorvida e 75% será refletida. Isso pode ser mostrado em um diagrama como esse:

Se você olhar para os diagramas de parede (brick wall) verá que as paredes refletem praticamente toda energia sonora enquanto que uma parede recoberta com rockwool de 25mm de espessura absorverá de 80 a 90% das energias de altas freqüências, mas somente de 35 a 60% das energias de baixas freqüências. Enquanto a maioria das pessoas pensa que cortinas pesadas (heavy curtains) são bons isolantes, de acordo com o diagrama notamos que elas trabalham apenas de maneira razoável (45% de absorção a altas freqüências e pouca absorção a baixas freqüências).

Esse é o maior problema encontrado em estúdios, que geralmente tratam suas salas com cortinas, carpetes ou caixas de ovos. Basicamente isso diminui a reflexão (tempos de reverberação) da sala, mas não diminui significativamente a absorção de altas freqüências. As baixas freqüências continuam circulando pela sala e o campo de reverberação resultante é o que chamamos de “barrento” (muddy). Como alternativa, olhem o diagrama de absorção do produto chamado Insulco Semi Rigid, com 50mm de espessura, um produto feito de fibra de vidro comprimida.

Como vocês podem ver, esse material realmente funciona. Ele absorve a mesma quantidade a 125Hz que cortinas absorvem a altas freqüências. Notem que essas figuras mostram que ele absorve mais do que 100% do som, o que sinceramente é esquisito, mas mostra a qualidade do material. Quando você for comprar materiais isolantes, peça os diagramas de absorção.

Esses coeficientes são medidos com o material montado diretamente sobre a superfície. Outro aspecto a considerar é o de como montar o material sobre a superfície. A figura abaixo mostra o que acontece, se você não encostar o material isolante na parede:


Assim, há uma vantagem se o material isolante for colocado ligeiramente separado da parede, pois o ponto de maior energia em uma onda está a cerca de ¼ do seu comprimento.


Difusão
Até aqui discutimos a reflexão do som em superfícies planas. Existem três coisas que acontecem com o som quando ele atinge uma parede. Ele pode ser refletido, absorvido ou difundido. Se você tiver uma superfície multifacetada como uma parede de pedra, o som refletido também será difundido. A difusão espalha o som reverberante por toda a sala, o que não só impede ondas estacionárias como também elimina pontos mortos (lugares onde os componentes do som não aparecem devido a interferências de fase (como discutido anteriormente)). Superfícies planas podem ser “quebradas” colocando-se difusores nas mesmas.
Difusão na Sala de Controle
Eu devo dizer aqui que eu tenho problema com difusão na sala de controle. É claro que o difusor dispersa o som pela sala e soa de maneira agradável, mas eu descobri que quando trabalhando em uma sala de controle com difusão ocorre distorção na quantidade de “vida” do som. A difusão faz tudo soar mais aberto, mas o que está na gravado na fita não deve ser assim. Na sala de controle você quer ouvir exatamente o que está gravado e você quer ser capaz de analisar isso completamente, de modo que você possa adicionar os componentes necessários, como equalização, reverberação, compressão etc. O som vindo direto das caixas é a chave para uma boa sala de controle e eu sinto que a difusão dificulta esse processo.

Difusão no Estúdio


Difusão no estúdio é uma grande idéia e um ótimo jeito de obtê-la é ter paredes de pedra em seu estúdio. Não pedras planas, mas irregulares, que criam uma superfície rígida de difusão randômica. A reverberação criada em tal sala será rica e difusa, o que é desejável numa unidade com boa reverberação (lembre-se que algumas unidades de efeito possuem controle sobre difusão em seus programas de reverberação).

As formas escolhidas para difusores são realmente questão de gosto e custo. Evite curvas côncavas, que focam o som ao invés de dispersá-lo; escolha formas piramidais ou randômicas. A profundidade do difusor determina a mais baixa freqüência que será afetada. Um difusor com 30cm de profundidade espalhará sons pela faixa dos 160Hz. Eu recomendo paredes com difusores profundos na sala de bateria se você deseja sons de bateria bem vivos.

Difusores podem ser construídos pelo próprio proprietário do estúdio simplesmente criando uma superfície multi-planos. A típica é formada de muitos blocos de madeira de diferentes alturas colados em uma placa (coluna do meio, abaixo):

Os três primeiros exemplos acima são chamados de absorvedores-difusores porque são tanto absorvedores de baixas freqüências quanto difusores. Os outros três tipos de difusores são difusores puros e não realizam outra função. No estúdio caseiro o tamanho das salas é geralmente menor e as baixas e baixas-médias freqüências são o maior problema; então tratar paredes com somente difusores é uma perda de espaço. Neste caso é melhor utilizar absorvedores-difusores. O melhor lugar para utilizar difusores puros é em uma sala aberta, se você tem espaço para tal. Para melhores entendimentos sobre o uso de absorvedores e difusores é recomendável ler o texto sobre construção de estúdios.
Reverberação
Imagine alguém cantando numa sala vazia. Onde o som está indo e o que o microfone está ouvindo?

Todo som que sai do cantor reflete nas paredes, piso e teto. Inicialmente o som emitido pelo cantor atinge diretamente o microfone, seguido pelas primeiras reflexões. Assim, após a emissão do som pelo cantor, o microfone continua recebendo ondas sonoras que estão refletindo pela sala. Então, o que o microfone escuta?

O microfone receberá primeiro o cantor, depois as reverberações primárias (linhas cinzas na figura), as reverberações secundárias (linha vermelha na figura) seguidas do campo reverberante. De maneira geral, teremos algo parecido com isso:

Mas há mais. Calculando-se a reverberação para as dimensões da sala da figura, temos o tempo de reverberação para diferentes freqüências:

Assim, notamos que o tempo de reverberação é diferente a diferentes freqüências. Algumas das unidades de reverberação e softwares atuais possibilitam um controle individual sobre o tempo de reverberação.





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