sábado, 2 de novembro de 2019

As Origens da Psicoacústica

Além de ser uma homenagem a Herman L. F. von Helmholtz, este artigo explica as bases de nossa audição musical, tanto físicas como psicológicas.


Helmholtz
Quando, há mais de 100 anos o cientista Herman von Helmholtz insistia que a percepção do som envolvia fatores físicos, fisiológicos e psicológicos, sua atitude gerou grandes controvérsias. Hoje, verificamos que ele estava lançando as bases da psicoacústica.

O livro de Helmholtz, On the Sensation of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music, mostrou pela primeira vez que a música não era criação de matemáticos ou metafísicos, mas sim o que o ouvido percebia e como o cérebro interpretava o que era percebido pelos órgãos de audição.

Helmholtz deu não só uma nova e radical dimensão à estética da música de seu tempo, como projetou para o futuro sua concepção. Era um devotado estudante da natureza dos sons, amante da música e um gênio matemático, além de pensador instintivo e severo analisador dos fatos. Em suma, era um homem à frente de seu tempo.

Segundo ele, cada teoria escrita e cada abstração cerebral deveriam ser postas em teste contra o ouvido - o que frequentemente resultava em sons musicais, que muitas vezes não eram ouvidos outra vez, até o advento de John Cage. É por essa razão, mais do que qualquer outra, que ao ouvirmos música, hoje em dia, devemos lembrar nossa dívida a Helmholtz.

Trajetória - Até certo ponto, as especulações de Helmholtz no que chamamos atualmente de "psicoacústica" originaram-se do conflito de mentalidades entre as gerações do final do século XIX e início do século XX, época em que florescia o Romantismo. Em 1852, quando Helmholtz iniciou suas pesquisas, as ciências e as artes viviam às turras. Darwin, Faraday e Gustavo Magnus eram criticados e combatidos por um grupo hostil de arqui-românticos, que achavam ser a simples exposição das raízes artísticas das coisas, como extensão da matéria, a destruição de sua beleza.

Felizmente, existia um pequeno grupo intermediário, formado por médicos, em sua maioria, que se encarregou de demonstrar como funcionava o organismo humano e de como ele era capaz de transformar um fenômeno natural em manifestação artística. Foi a esse seleto grupo que se juntou Helmholtz, que incluía o fisiologista francês Claude Bernard, o anatomista alemão Wilhelm His e o clínico americano Oliver Wendell.

O que fez o cientista alemão iniciar seu formidável trabalho foi uma violenta controvérsia entre físicos e músicos sobre a significância das harmônicas que, na época, eram chamadas de "parciais". Os adversários concordavam em um único ponto: que só era possível ouvir até a quarta ou, no máximo, até a sexta harmônica - medidas em instrumentos de corda, pianos ou órgãos, através dos aparelhos de médica acústica existentes na época.

Desse ponto em diante, porém, era o caos. Os físicos diziam que se uma lei física provava a existência das harmônicas, elas existiam de fato; e, se o ouvido humano não as registrava, a culpa era dele e não da física do som. Os músicos, por outro lado, insistiam em que as harmônicas eram simples abstrações, criadas pelos absurdos da matemática; aquelas que não podiam ser ouvidas simplesmente não existiam e as que eram ouvidas não passavam de ilusões produzidas pelo ouvido. No fim, o culpado era sempre o ouvido, com suas limitações e deficiências...

Essa argumentação irritava sobremodo Helmholtz, ainda mais porque nenhum dos lados tivera o trabalho de examinar melhor o pobre "culpado", ou seja, o próprio ouvido. Desde que iniciou seus estudos de medicina, em 1838, ele devotou sua atenção ao fenômeno da "fisiologia das sensações". Seus estudos o levaram à convicção de que qualquer manifestação perceptível de energia física era recebida e registrada pelos órgãos sensoriais humanos adequados a cada função. Além disso, sabia ele que essa percepção era idêntica à que existia na natureza e, se havia algum mistério nela, era devido ao desconhecimento da anatomia e fisiologia do órgão receptor - ou da maneira em que o mesmo convertia energia física em nervosa, no cérebro.

As três acústicas - Desde o início de suas pesquisas sobre o som, Helmholtz enfatizou a divisão  em acústica física, ou física dos sons, acústica fisiológica, ou a percepção dos sons pelo ouvido, e acústica psicológica, ou a interpretação dos sons recebidos pelo cérebro. Esta última provaria ser a mais importante, mas o pesquisador estava mais interessado, na época, na fisiologia da audição. Tanto a função fisiológica como a psicológica dependem da forma como as harmônicas são percebidas, como se provou mais tarde. De fato, estava Helmholtz tão preocupado com as "parciais", que foi vítima de zombaria de seus contemporâneos. Brahms o chamava de diletante tolo, enquanto Emílio Chevé, outro médico acústico, o "apelidava de pontifício dos parciais".

Ele não era nada disso, porém, como provou de modo lógico e irrefutável. Sua primeira providência foi a de fabricar ressonadores de vidro, que atuavam em frequências exatas e possuíam terminações de metal, facilmente ajustáveis aos ouvidos. Esses ressonadores pareciam-se com os atuais bulbos de lâmpadas incandescentes, só que com orifícios extremos.

Quando era produzido um tom composto, com o ressonador "sintonizado" no comprimento de onda de uma determinada harmônica, esta tornava-se mais potente que as demais. Assim, com esse dispositivo era possível escutar até a 16ª harmônica - coisa totalmente impraticável a "ouvido nu". Hoje em dia, o ressonador de Helmholtz poderia ser chamado de filtro passa-banda, pois ficava sintonizado fisicamente em uma certa frequência, enquanto rejeitava ou reduzia as demais.

Com suas pesquisas, Helmholtz provou ainda que o fato de não se ouvir certas harmônicas devia-se à energia das mesmas, quase imperceptível e assim superada (porém não eliminada) pelas harmônicas de menor ordem.

Conclusões - Uma primeira importante conclusão resultou de todas essas pesquisas: a qualidade e coloratura de um tom composto advinham de suas harmônicas. O som puro, por si só, não tem cor e precisa de outros componentes para tornar-se "cheio" e "colorido". Na prática, é possível treinar o ouvido para escutar até a 16ª harmônica, mesmo sem ressonadores; essa façanha é facilmente realizável por aqueles que possuem o chamado "ouvido absoluto", capaz de distinguir frequências de poucos hertz entre si.

Helmholtz fez, então, uma série de experiências com toda espécie de tons, de todos os instrumentos conhecidos e da voz humana. Chegou a conclusões interessantes e bastante importantes, levando-se em conta a falta de instrumentos eletrônicos na época em que foram feitas as pesquisas. Esses estudos foram denominados "Aproximação analítica à percepção do som".

O aparelho que construiu para essas experiências era deveras engenhoso, e já mereceu até uma descrição na revista High Fidelity Magazine, em sua edição de abril de 1963. Nesse artigo verifica-se como, sem dispor dos recursos da eletrônica, Helmholtz teve condições até de descrever os fenômenos da acústica física e a composição das fibras nervosas, que constituem nosso sensorial da audição. Atribuindo a cerca de 300 fibras a audição fora da faixa musical, o experimentador estimava que aproximadamente 4200 delas permitiam a percepção de várias oitavas musicais - o que dava em torno de 600 fibras por oitava e 50 para cada semitom, mais que suficiente para se perceber pequenas variações nos timbres.

Pesquisas audiológicas subsequentes demonstraram que Helmholtz havia se equivocado um pouco sobre as funções das chamadas fibras cocleares, mas estava certo sobre a fisiologia do som.

 As harmônicas na música - Quando dois ou mais tons compostos são produzidos simultaneamente, ocorre uma sensação de batimento, onde o número de batimento é igual a diferença aritmética entre as frequências dos sons fundamentais e as harmônicas. Assim, se  os tons contêm harmônicas que sejam iguais, em sua maioria, os batimentos são reduzidos ao mínimo e os intervalos resultantes são consonantes.

De modo inverso, quanto mais desiguais são as harmônicas entre dois tons, maior é a sensação de batimento e também maiores os intervalos dissonantes - explicando-se, dessa forma, porque a dissonância aumenta com harmônicas mais elevadas. Tais fatos são importantes para a teoria musical, que era a meta principal de Helmholz; hoje, porém, também são importantíssimos na reprodução acústica.

Pelo fato de as harmônicas de um violino terem mais energia que as de outros instrumentos musicais, são mais proeminentes e influenciam o timbre do instrumento de forma mais marcante do que ocorre, por exemplo, com o violão. Isso talvez explique porque, nos quartetos de cordas, os executantes necessitam de muito tempo de prática para produzirem um som bonito - mesmo que toquem instrumentos relacionados, porém distintos.

Em orquestras o problema é mais complexo. Nesse caso, é preciso que os executantes treinem para que seus instrumentos de sopro, cordas e percussão produzam harmônicas consonantes mais elevadas, apesar de tocarem instrumentos distintos.

Ainda de acordo com Helmholtz, os compositores deveriam ter uma perfeita compreensão das qualidades de todos os instrumentos musicais presentes na partitura, incluindo suas frequências fundamentais e harmônicas. Isto porque, por exemplo, o que é um intervalo ortodoxo em um instrumento poderá ser dissonante em outro. Quando essa técnica foi empregada por um gênio musical como Beethoven, o efeito foi eletrizante - embora ele tenha sofrido severas críticas, no início, por sua atitude "audaciosa"... A invenção de novos instrumentos musicais, com uma faixa mais ampla de harmônicas, resultou nas composições em que Wagner utilizou o trompete baixo e Adolphe Sax, as dissonâncias propositais, para produzir os efeitos musicais que os imortalizaram.

Efeitos como os introduzidos na Heróica, de Beethoven, no Réquiem, de Berlioz, ou no Gotterdammerung, Wagner, são a prova de como Helmholtz estava certíssimo ao escrever em seu livro On the Sensations of Tone: " Onde uma combinação de tons é áspera ou suave em relação a outras, depende somente da estrutura anatômica do ouvido e não tem nada a ver com motivos psicológicos. Porém, o grau de aspereza que o ouvinte está preparado para suportar, como meio de expressão musical, depende do gosto e do hábito; assim, os limites entre consonância e dissonância modificam-se muito e não se apoiam apenas em leis naturais, mas são também o resultado de princípios estéticos, que já se modificaram e continuarão a se modificar, com o desenvolvimento progressivo da humanidade".

Baseada nesses princípios, estabeleceu-se a psicoacústica. Fosse Helmholtz vivo com certeza seus termos de referência incluiriam não só os compositores "avant garde", como também, sem dúvida, os amplificadores de muitos watts por canal...

Bibliografia
- The Origins of Psychoacoustics (S. J. London, M.D.)
- The Prospects for Psychoacoustics (Irving M. Friend)
- On the Sensation of Tone (Helmholtz)

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