Ondas sonoras e áudio digital

Som é vibração, vibração é número

Som é variação de pressão no ar — o alto-falante empurra moléculas de ar para a frente e para trás, criando ondas que chegam ao tímpano. A frequência (Hz) determina o tom: 440 Hz é o Lá4, 880 Hz é uma oitava acima. A amplitude determina o volume.

Para um computador, som é um array de números — cada número representa a amplitude da onda naquele instante. Um segundo de áudio CD tem 44.100 números (amostras), cada um com 16 bits de precisão. Esse formato é chamado PCM (Pulse Code Modulation) — é o que está num arquivo WAV ou numa faixa de CD.

Gerador de formas de onda

Escolha uma forma de onda, ajuste frequência e amplitude, e clique em Tocar som para ouvir usando o Web Audio API.

PCM e superposição de ondas

// Som como array de floats (PCM — Pulse Code Modulation)
const sampleRate = 44100;   // amostras por segundo
const duration   = 1;        // 1 segundo
const freq        = 440;      // Lá4 = 440 Hz

// Gera uma senoide de 440 Hz
const buffer = new Float32Array(sampleRate * duration);
for (let i = 0; i < buffer.length; i++) {
  const t = i / sampleRate;  // tempo em segundos
  buffer[i] = Math.sin(2 * Math.PI * freq * t);
}

// Web Audio API: toca o buffer
const ctx = new AudioContext();
const ab  = ctx.createBuffer(1, buffer.length, sampleRate);
ab.copyToChannel(buffer, 0);
const src = ctx.createBufferSource();
src.buffer = ab;
src.connect(ctx.destination);
src.start();

Timbre e harmônicos

// Superposição: somando ondas para criar timbres

// Onda quadrada = senoide fundamental + harmônicos ímpares
function squareWave(t, freq, harmonics = 10) {
  let sum = 0;
  for (let k = 1; k <= harmonics; k++) {
    const h = 2*k - 1;           // 1, 3, 5, 7...
    sum += Math.sin(2 * Math.PI * h * freq * t) / h;
  }
  return (4 / Math.PI) * sum;
}

// Por que instrumentos musicais têm timbre diferente?
// Cada instrumento tem um padrão único de harmônicos (loudness por harmônico)
// Flauta: poucos harmônicos → som puro
// Violino: muitos harmônicos → som rico e complexo
// Piano: transiente forte + decaimento de harmônicos variável

Sintetizador com Web Audio

Mini projeto: use o Web Audio API para criar um teclado virtual de uma oitava (C4 a C5). Cada tecla toca um OscillatorNode com a frequência correta. Calcule as frequências com 440 * 2^((n-69)/12) onde n é o número MIDI da nota.

Projeto principal: implemente envelope ADSR: ao pressionar uma tecla, a amplitude sobe em attack ms, desce ao nível sustain em decay ms, e ao soltar a tecla, cai a zero em release ms. Use gain.gain.linearRampToValueAtTime().

Desafio extra: crie um arpejador — toque uma progressão de acordes automaticamente, variando a ordem das notas (up, down, random). Use AudioContext.currentTime para agendar os eventos sonoros com precisão de sample.

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