A voz e as frequências de áudio

[Cristiano]

Qual a importância das diversas frequências de áudio na voz?

Na voz, as puras vogais são caracterizadas por serem de formato periódico; as puras consoantes não o são, e possuem formato de transição, isto é, são sinais transitórios e que não se repetem. Isto se verifica facilmente.

Consideremos uma vogal pura, por exemplo, o 'e' da língua portuguesa, Pode-se emitir seu som indefinidamente (só limitado pelo fôlego da pessoa), mostrando sua periodicidade. Tente emitir continuamante o som de uma consoante pura, o 't', por exemplo.

Não é possível (ver nota). Tente falar a palavra 'beleza' sem as vogais: o resultado é o som 'blz', razoavelmente inteligível.

Agora fale-a sem as consoantes ('eea'): não dá para entender, pois pode ser confundida com outras palavras como 'cereja', 'peleja', 'vereda', etc, que geram o mesmo som ('eea') quando se lhes tira as vogais.

A periodicidade ou não de um som pode ser facilmente confirmada também num osciloscópio. Teoricamente, pelas transformações de Fourier, sabe-se que, para se construir as formas de onda transitórias, são necessárias freqüências altas, no sentido de que, quanto mais explosivo for o som, isto é, com transições mais abruptas, mais freqüências altas se necessita para construí-lo
fielmente. As formas periódicas audíveis são menos abruptas e, portanto, não tão exigentes quanto à necessidade de freqüências altas em sua composição.

Dessa forma, vê-se que as vogais puras (periódicas) podem ser razoavelmente construidas com freqüências relativamente baixas, mas as consoantes puras (transitórias) necessitam das mesmas.
Como experimentalmente se verificou que as consoantes puras são as responsáveis pela inteligibilidade do som, justamente será esta a prejudicada pela diminuição da resposta de freqüências altas. Sem as vogais, a potência da voz cai, ou seja, o chamado 'talking power' diminui.

Como exemplo bastante conhecido, temos o fato de que, entender uma língua estrangeira que não se domina perfeitamente via telefone, é muito mais difícil do que pessoalmente. Porque? Justamente porque o sistema telefônico não tem alta-fidelidade, isto é, há grande limitação das freqüências altas, caindo a resposta às consoantes. Outro exemplo é que, quando a idade vai avançando, fica mais difícil se compreender o que os outros dizem devido à menor resposta de altas freqüências do ouvido do idoso.

Nos transmissores de HF, especialmente os utilizados pelos radioamadores, comumente se encontram os chamados processadores de voz (na verdade compressores que podem atuar no áudio diretamente ou na envoltória de RF modulada, nesse caso gerando menos intermodulação e distorção). A finalidade desses processadores é aumentar o 'talking power' do sinal, efetuando novo balanço de freqüências altas e baixas, permitindo maior potência média do sinal modulado, sendo melhor copiado em situação de interferência e/ou ruído. Se exagerado o nível de processamento, a distorção resultante acaba por diminuir a inteligibilidade apesar de se ter maior penetração do sinal.

Nota: são aqui chamadas de vogais puras justamente as que podem ser emitidas indefinidamente; a vogal da língua inglesa, por exemplo o 'i' com som de 'ai', é constituido, na verdade de duas vogais puras, o 'a' e o 'i' e, portanto, não é uma vogal pura; não se consegue emitir o som 'ai' continuamente.

As consoantes puras são as que possuem sons transitórios apenas; por exemplo, o 'x' na nossa língua, quando tem o som de 'ch', pode ser emitido continuamente e, portanto, não é uma consoante pura]
Uma Interferência muito conhecida

Geralmente todo mundo conhece essa interferência, mas não sabe realmente sua orígem.

Qualquer radioamador que tenha operado, especialmente à noite, nas faixas de 80 e 160 metros, já observou com toda a certeza a interferência (EMI) produzida pelos aparelhos de TV nos seus receptores, ou mesmo as pessoas que escutam as rádios de AM em ondas médias e tropicais já as notaram. São sinais ruidosos que ocorrem em múltiplos da freqüência Fh de varredura horizontal das TV's (próxima de 15,7 KHz) que caem de intensidade a medida que a freqüência sintonizada aumenta e que, muitas vezes, bloqueiam a estação de interesse ou impedem o comunicado. TV's maiores normalmente interferem mais do que as de menor potência de consumo.

O QUE SÃO?

Sempre que se faz esta pergunta obtém-se como resposta que são meramente os harmônicos do sinal de varredura horizontal que produzem EMI conduzida e/ou irradiada. Realmente. A forma da corrente de corrente da varredura horizontal de uma TV é realmente rica em harmônicos por ser uma dente de serra1 e a intensidade dos harmônicos cai aproximadamente2 de maneira proporcional à ordem do harmônico, isto é, a intensidade do harmônico de ordem N é inversamente proporcional a N. Além disso, a separação entre os sinais interferentes é exatamente aquele que separa os harmônicos.

Mas aqui surge uma dificuldade que nem todos percebem. A forma de onda e a freqüência de tal sinal dente de serra é constante, isto é, invariável para um canal sintonizado, independendo do brilho ou da cena que esteja na tela. Assim, todos os seus harmônicos seriam 'portadoras não moduladas' separadas por Fh. Mas não é o que se observa ao se escutar uma das freqüências interferidas! Além de não serem portadoras não moduladas, pois são ruidosas, essa modulação depende tanto do brilho como da cena observada3.

Podemos concluir que, a simples ocorrência de radiação/condução dos harmônicos da dente de serra horizontal, não é suficiente para se explicar o fenômeno. Se varia com a cena e com o brilho, é algo que está dependendo de alguma forma também do feixe de elétrons do tubo, o que não acontece com a dente de serra. É bem conhecido o fato de que cargas aceleradas irradiam ondas eletromagnéticas4.

Os elétrons constituintes do feixe interno do tubo de imagens têm uma componente de aceleração na direção do próprio feixe devida à alta tensão, porém estática, mais ou menos constante e independente da varredura, mas têm também acelerações mais ou menos perpendiculares à direção do feixe devidas às próprias varreduras e, durante a mudança de direção do feixe numa varredura, é que ocorrem as maiores acelerações dos elétrons.

Nesse caso a intensidade da radiação é dependente da intensidade do feixe (brilho) que é a carga acelerada e da própria cena. Como o feixe, além da aceleração horizontal, também possui uma aceleração vertical, o resultado da radiação termina por conter modulação também na freqüência vertical Fv, ou 60 Hz5, o que pode ser facilmente observado escutando-se o zumbido característico que acompanha as interferências.

CONCLUSÃO

A interferência em baixas freqüências de RF produzida pelos aparelhos de TV (vale também para os monitores de computadores) possui duas componentes essencialmente distintas: os harmônicos diretos da corrente de varredura horizontal6 e a radiação pela aceleração do feixe de elétrons devida às varreduras, ambas componentes, a princípio, podendo resultar em EMI irradiada e conduzida.

São, de uma maneira geral, interferências difíceis de serem eliminadas (talvez a componente conduzida possa ser atenuada com um bom filtro de linha, como um toróide no cabo de alimentação) porque ocorre indução também no condutor de antena e porque é bastante complicado bloquear-se a radiação que é gerada pelo feixe de elétrons, visto que se torna inviável blindar o tubo completamente e continuar-se a assistir aos programas de TV.

Além disso, toda a vizinhança de modo geral possui um aparelho de TV e aí a coisa se complica! Na minha experiência pessoal consegui atenuar bastante a interferência num receptor de radioamador produzida por uma TV de 10 polegadas usada como monitor de meu sistema digital de RTTY. Simplesmente colei papel de alumínio em toda a caixa por dentro, tendo o cuidado de ligá-lo ao chassis do televisor e conservar desobstruídos todos os rasgos de ventilação da caixa plástica.

Interferência solar na transmissão de rádio O sol distante a 150 milhões de quilômetros e com um volume de um milhão de vezes maior que a terra, possui seu diâmetro na casa de 1.392.000 quilômetros. Constituído em sua maior parte por gás Hélio e Hidrogênio, estes aquecidos a 6.000 graus na superfície solar liberam elétrons e formam o chamado "plasma". Já no interior do sol, em seu núcleo a temperatura chega a quinze milhões de graus permitindo a ocorrência de reação nuclear.

Um calculo aproximado evidencia que o sol converte em seu interior quatro milhões de toneladas em energia por segundo e gera um média de energia em por volta de 3.860.000.000.000.000.000.000.000.000.000 watts. Para gerar todas esta potencia ocorre muita atividade no interior e na superfície do sol, estas atividades oscilam em períodos com maior e menor intensidade.

Freqüentemente ocorrem as chamadas "explosões solares" que lançam no espaço uma pequena parte de elétrons, energia subatômica e uma série de outras atividades. Um dos ciclos que possuem interferência marcante na terra é o dos onze anos, conhecido como ciclo das manchas solares. Neste ciclo a cada onze anos a terra é bombardeada em maior intensidade por partículas que influenciam nas telecomunicações e nos aparelhos eletrônicos.

As partículas carregadas ao chegarem na terra sofrem influencia do campo magnético terrestre e mudam sua trajetória acompanhando o sentido das linhas de força terrestres, concentrando-se principalmente nos pólos e emitindo uma luz característica conhecida como Aurora Boreal.

A Aurora Boreal é um fenômeno que pode ser observado freqüentemente próximo aos pólos tendo sua origem em partículas eletrizadas provenientes do sol. A faixa de freqüência mais afetada pela tempestade solar está nas ondas curtas, estas se
beneficiam da ionosfera para sua propagação e quando a tempestade chega é na ionosfera onde ocorre maior concentração de partículas.

Estas partículas eletrizadas podem gerar ruídos elétricos em toda a faixa de rádio, podendo aparecer em linhas telefônicas comuns e também em outros sistemas elétricos. Através da radioastronomia, (Estudo dos astros/espaço pela observação das freqüências de rádio) é possível monitorar as estrelas, incluindo o sol.

Uma freqüência bastante usada por astrônomos amadores é a de 137Mhz, é comum entre os estudiosos do assunto a modificação de rádios FM para a freqüência acima na intenção de captar as emissões solares que ocorrem em grande quantidade nesta faixa de freqüência. Assim estes pesquisadores "escutam" o sol.

As ondas de rádio geradas pelos eventos solares levam entre oito a dez minutos para percorrer o espaço entre o sol e a terra, já os efeitos da eletrização ocorrem em várias horas depois das emissões, estes eventos são mais lentos demorando horas para chegar a terra.

Independente do ciclo de onze anos, diariamente a terra recebe interferências relacionadas aos eventos solares, porém em menor intensidade. Os colegas radioamadores que transmitem em ondas curtas conhecem bem este fenômeno e programam suas transmissões conforme previsões sobre as tempestades solares, algo semelhante às previsões do tempo.

Por: Luiz Amaral / Sidney (Editor)
Postagem de 21/01/2009