Cordas que vibram, energia que se transforma

Rock in Rio chegando e não tem como não pensar em música, diversão e, claro, muita energia. Mas, e se parte dessa energia estiver justamente nos instrumentos que fazem a música acontecer? É essa pergunta que move a pesquisa da engenheira e mestranda Laura Lima, da Coppe/UFRJ, que investigou o potencial de transformar em eletricidade a energia presente na vibração das cordas de uma guitarra.

Durante seu mestrado no Programa de Engenharia Mecânica (PEM) da Coppe, Laura pesquisa o potencial energético das vibrações mecânicas produzidas por instrumentos musicais. A ideia é investigar quanta energia pode ser aproveitada dessas vibrações e como ela pode ser convertida em energia elétrica.

O tema faz parte de uma área de pesquisa que vem ganhando espaço nos últimos anos: a colheita de energia mecânica, ou energy harvesting. O princípio é aproveitar pequenas quantidades de energia presentes em movimentos e vibrações — em vez de simplesmente deixá-las se dissiparem — para alimentar sensores e dispositivos eletrônicos.

Durante a graduação, Laura começou a estudar esse potencial a partir de um instrumento que tem lugar garantido nos grandes festivais de música: a guitarra. No Centro de Mecânica Não-Linear (Mecanon), do PEM, ela investigou a energia envolvida na vibração das cordas e sua conversão em energia elétrica.

Nos instrumentos elétricos, como a guitarra, os captadores transformam a vibração mecânica das cordas em um sinal elétrico, que é enviado ao amplificador e depois convertido novamente em som. Laura decidiu olhar para todo esse processo e entender quanta energia está envolvida nessa transformação.

“A ideia é explorar a energia disponível para transmitir ou amplificar o som. Para isso, usei um modelo matemático para descrever o problema e investigar as potências transmitidas por diferentes músicas. A investigação se baseou nas frequências e amplitudes geradas por cada nota musical, e as simulações numéricas foram realizadas para avaliar as potências associadas a diversos estilos musicais”, explica Laura.

E o que uma guitarra pode revelar sobre energia?

Para realizar os estudos, Laura desenvolveu um modelo computacional capaz de analisar diferentes músicas a partir das características das notas e das vibrações produzidas pelas cordas da guitarra.

Alguns números ajudam a entender a pesquisa:

• 🎸 6 cordas e 22 casas consideradas no modelo;
• 🎵 138 notas diferentes analisadas;
• 🎶 5 estilos musicais comparados: pop lento, rock leve, pop animado, blues e rock pesado;
• 📈 potências média, mínima e máxima associadas às músicas;
• ⚡ correntes elétricas médias geradas e sua relação com a corrente necessária para alimentar um amplificador.

E foi aí que o gênero musical começou a fazer diferença.

Os resultados mostraram que músicas de rock pesado e blues apresentaram frequências próximas de 600 Hz, enquanto as músicas pop analisadas chegaram a cerca de 500 Hz. Uma das explicações está em um elemento bastante conhecido pelos fãs de rock e blues: o solo de guitarra.

“Esses solos utilizam notas agudas e, geralmente, muitos efeitos de distorção, e fica evidente que o solo faz grande diferença nos resultados de potência de uma música. Tendo em vista que altas frequências são associadas a sons mais agudos, e que sons graves possuem baixas frequências, estimamos que quanto mais aguda for a música, maiores serão as frequências e, consequentemente, maiores serão as potências energéticas associadas”, explica Laura.

A partir das simulações, a pesquisadora também pôde analisar as correntes elétricas médias geradas por diferentes músicas e compará-las com a corrente necessária para alimentar um amplificador de som comum.

Os resultados ainda não foram testados em uma aplicação prática, mas apontam para um potencial que Laura pretende investigar mais profundamente durante o mestrado, com orientação do professor do PEM Marcelo Savi, coordenador do Mecanon.

Agora, a pesquisa vai além das cordas da guitarra e deverá envolver também outros instrumentos musicais, isoladamente ou em conjunto.

A possibilidade de aproveitar essa energia ganha ainda outra dimensão quando se pensa em grandes eventos musicais. Segundo Laura, uma das perspectivas da pesquisa é avaliar se energias renováveis e fontes alternativas, como a energia obtida das vibrações dos próprios instrumentos, poderiam contribuir para a autonomia energética de determinados sistemas eletrônicos utilizados em eventos, como amplificadores.

A ideia não é nova para a engenharia. A colheita de energia mecânica já é estudada em diferentes situações, como em sensores, dispositivos eletrônicos e sistemas associados ao transporte, nos quais movimentos e vibrações podem ser transformados em energia útil.

No caso da música, porém, há algo especialmente interessante: o que faz o público vibrar também pode gerar energia.

E, enquanto o público se prepara para mais uma edição do Rock in Rio, Laura continua investigando, no laboratório, uma pergunta que combina perfeitamente engenharia e música: quanta energia existe por trás de uma guitarra tocando?

Confira a monografia de Laura: Analise da energia de vibração em cordas de uma guitarra elétrica