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O que nos faz distinguir uma voz de outra?

Você já parou para pensar o que nos faz distinguir a voz de uma pessoa da voz de outra? E como conseguimos identificar diferentes instrumentos musicais que estão tocando a mesma nota?

Com treinamento musical, é possível inclusive distinguir diferentes marcas e qualidades de um mesmo tipo de instrumento musical, e identificar vários instrumentos sendo tocados simultaneamente em um concerto. A característica musical que nos permite distinguir todos estes aspectos é o timbre.

Música, acústica e psicoacústica

Algumas características do som podem ser facilmente traduzidas entre o “musiquês” e o “fisiquês”. Por exemplo, quando falamos sobre altura, em música, estamos nos referindo à frequência fundamental da nota que está sendo tocada. Quando falamos sobre intervalo, estamos nos referindo à relação entre as frequências fundamentais de duas notas, que geralmente são representadas por frações (no caso de afinações naturais) ou por produtos de frequências por números reais. Quando pensamos em “volume”, estamos nos referindo subjetivamente ao nível de pressão sonora. Mas quando falamos sobre timbre, as coisas ficam mais complicadas. É comum escutarmos e lermos em sites de divulgação científica que o timbre é o “formato da onda”. Mas o que isso quer dizer?

As grandezas que mencionamos, a frequência e o nível de pressão sonora, podem ser tanto medidos fisicamente, através do uso de microfones, quando avaliados em termos perceptivos, ou seja, perguntando-se a voluntários o “quão alto” ou “quão intenso” diferentes amostras sonora soam para eles. Com um número suficiente de voluntários e uma boa estatística, é possível encontrar padrões entre humanos com audição normal, e a ciência que estuda estes fenômenos é a Psicoacústica.

Figura 1 – O que nos faz distinguir diferentes instrumentos e vozes?.

Investigando o timbre

A fim de se estudar a percepção de timbre, vários modelos psicoacústicos foram propostos nas últimas décadas. Entende-se que o timbre é um conjunto de vários atributos auditivos, e portanto tem sido utilizadas modelagens multi-dimensionais, que são bastante úteis na síntese sonora utilizada em instrumentos musicais eletrônicos ou mesmo em música composta e executada com uso de computadores, além de trazer pistas sobre como nosso cérebro processa a música [1,2], ramo da neurociência que tem demonstrado cada vez mais ser extremamente complexo e interessante.

A composição espectral do som, ou seja, quais frequências fazem parte de determinada nota, e as proporções entre as amplitudes destas frequências, é uma das características mais importantes do timbre. Além disso, o fluxo espectral, ou seja, a forma como a composição espectral varia ao longo do tempo durante a execução de uma nota, também é fundamental para definir o que chamamos de timbre do instrumento [2].

Além destas características, e de muitas outras que podem ser estudadas e associadas ao termo guarda-chuva “timbre”, existe aquela que chamamos de “tempo de ataque”, que é o tempo entre o início da execução de um som até a identificação do mesmo, e que varia consideravelmente entre um instrumento e outro. As batidas percussivas, por exemplo, possuem um tempo de ataque inferior ao tempo de ataque das notas executadas por um violino [2].

Tempo de ataque – Testando seu ouvido

Quando o chamado “envelope” inicial do ataque é retirado artificialmente, nossa percepção de timbre pode ser consideravelmente alterada. E você, será que percebe a diferença entre pares de notas com e sem o tempo de ataque? Que instrumentos foram tocados? Em quais deles a diferença fica mais evidente quando o tempo de ataque é artificialmente retirado? clique aqui para descobrir. E conte para nós nos comentários! Aviso: Ajuste o volume antes de reproduzir.

Referências

[1] Thoret, E.; Depalle, P.; McAdams, S. (2017), Perceptually Salient Regions of the Modulation Power Spectrum for Musical Instrument Identification. Front. Psychol. 8:587. DOI: 10.3389/fpsyg.2017.00587. Disponível aqui.

[2] McAdams, S. (2012), , Musical Timbre Perception , capítulo em The Psychology of Music. Editado por Deutsch, D.; Terceira edição, Academic Press.

Créditos da figura
Figura 1 – Julia Freeman-Woolpert

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Você está ouvindo o que eu estou ouvindo?

Tudo o que percebemos através de nossos sentidos depende não só da natureza física do som, da luz, ou do calor, por exemplo, mas também da estrutura biológica que é responsável pela percepção destes fenômenos.

No caso da audição, nós e todos os demais mamíferos percebemos o som através da orelha (antigamente chamada de ouvido), que é responsável pela captação e transmissão do som, além de realizar a transdução para nosso sistema nervoso, ou seja, transformar sinais sonoros em sinais elétricos de forma que nossos cérebros sejam capazes de interpretar os sons que escutamos. Além disso, a orelha é responsável por parte da nossa percepção de movimentação da cabeça e da gravidade. Pessoas com labirintite possuem uma inflamação no labirinto, que é parte da orelha interna, o que causa a sensação de tontura e de movimentação mesmo quando se está parado.

Figura 1 – Algumas partes que constituem nossa orelha (Chittka L, Brockmann / CC BY 2.5).

Também na orelha interna acontece a transformação do sinal mecânico em sinal elétrico, que é mediada pelo órgão de Corti, localizado dentro da cóclea [1]. Sob o órgão de Corti encontra-se a membrana basilar, que decompõe os sons que escutamos em frequências separadas, processo que, junto com as etapas anteriores do processamento do som em nossa orelha, causa algumas distorções no sinal. Dessa forma, escutamos melhor ou pior determinadas frequências, mesmo que elas cheguem à nossa orelha com exatamente a mesma intensidade. Esta distorção varia conforme envelhecemos e é por isso que, tempos atrás, tornou-se moda entre adolescentes tocar tons puros extremamente agudos durante as aulas para testar se os professores conseguiriam escutar. Você pode testar um pouco da sua audibilidade de uma mesma intensidade sonora em diferentes faixas de frequência clicando aqui. Alerta: Sons potencialmente irritantes! Ajuste o volume antes de reproduzir.

Esta distorção varia sutilmente entre um indivíduo e outro, e geralmente varia muito entre uma espécie e outra. Contudo, um estudo recente [2] avaliou a percepção de frequências em macacos da espécie Callithrix jacchus, nativa do Brasil [3], e constatou algumas similaridades com a percepção humana.


Figura 2 – Indivíduo da espécie Callithrix jacchus (Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0).

Os primatas foram treinados previamente para responder a variações nas frequências fundamentais (frequência de maior intensidade, responsável pela nossa percepção de “nota” dos instrumentos musicais), e em seguida foram submetidos a uma série de testes que utilizaram estímulos com diversas variações harmônicas e temporais.

Um dos resultados obtidos foi que esta espécie de macaco apresenta sensibilidade à qualidade espectral – ou seja, à proporção em que as frequências não fundamentais são executadas simultaneamente à fundamental – similar à de humanos. Além disso, a taxa de acertos para determinados tipos de estímulo são condicionados à sua distribuição no tempo de forma similar à nossa [2].

Estas semelhanças sugerem que a nossa percepção de frequências teria se desenvolvido em estágios evolutivos no mínimo tão antigos quanto a separação entre as espécies de primatas conhecidas como primatas “do novo mundo” (como é o caso da espécie estudada) e “do velho mundo”, que sabidamente possuem outras características, há aproximadamente 40 milhões de anos. Contudo, para uma avaliação mais precisa desta interpretação, será necessário avaliar a percepção de frequências em outros primatas [2].

 

Referências

[1] RUGGERO, M. A.; RICH, N. C. Application of a commercially-manufactured doppler-shift laser velocimeter to the measurement of basilar-membrane vibration. Hearing Research, v. 51, n. 2, p. 215 – 230, 1991. Disponível em:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/037859559190038B.

[2] SONG, X.., OSMANSKI, M. S., GUO, Y., WANG, X. Complex pitch perception mechanisms are shared by humans and a New World monkey. PNAS 2016 113 (3) 781-786. Disponível em http://www.pnas.org/content/113/3/781.full.

[3] Wikipedia – Marmoset.

 

Créditos das figuras

Figura 1 – Chittka L, Brockmann – Perception Space—The Final Frontier, A PLoS Biology Vol. 3, No. 4, e137 doi:10.1371/journal.pbio.0030137 (Fig. 1A/Large version), vectorised by Inductiveload, CC BY 2.5, Link

Figura 2 – Raimond Spekking / CC BY-SA 4.0 (via Wikimedia Commons), Weißbüschelaffe (Callithrix jacchus), bearbeitet, CC BY-SA 4.0