Aula 17-18
Acústica: As ondas sonoras. Velocidade de Propagação Qualidades Fisiológicas do Som
NATUREZA DAS ONDAS SONORAS
O som é uma forma de energia, é uma onda mecânica longitudinal que, ao se propagar, abala o meio de propagação (o ar, geralmente). Por exemplo: ao gerarmos um som em um dado ponto, as moléculas próximas ao ponto são comprimidas. Essa compressão é uma perturbação que vai se propagando ao longo do meio, originando uma onda sonora. Nosso aparelho auditivo, ao ser atingido uma onda sonora, transforma a variação de pressão sofrida pela onda em estímulo nervoso que, ao chegar ao cérebro, nós dá a sensação auditiva.
Por ser uma onda mecânica, o som não se propaga no vácuo. Sabe-se, por meio de experimentos, que uma onda mecânica só sensibiliza o ouvido humano na faixa de 20 Hz a 20 kHz. Esses limites variam de indivíduo para indivíduo e, por isso, podemos encontrar valores ligeiramente diferentes dos aqui apresentados. Quando a onda do tipo sonora possui frequência menor que 20 Hz, dizemos que é um infra som. Quando a frequência é maior que 20 kHz, temos um ultra som.
No ouvido, as ondas atingem uma membrana chamada tímpano. O tímpano para a vibrar com a mesma frequência das ondas, transmitindo ao cérebro, por impulsos elétricos, a sensação denominada som. Podemos classificar as ondas sonoras em dois grandes grupos: -Os sons; -- os ruídos.
O som é uma onda periódica com certa harmonia; o ruído é uma onda sonora desarmônica. Abaixo, representamos uma onda típica de um som e de um ruído.
Velocidade de propagação: a maioria dos sons chega aos nossos ouvidos transmitida pelo ar, que age como meio de transmissão. Os sons não se transmitem no vácuo, porque exigem um meio material para sua propagação. De uma maneira geral, os sólidos transmitem o som melhor do que os líquidos, e estes, melhor do que os gases. Vsólidos > Vlíquidos > Vgases
Como as características dos materiais mudam com a temperatura, a velocidade de propagação do som em um dado meio varia com a temperatura. Por exemplo: a 15°C, a velocidade de propagação do som no ar é de 340 m/s; na água, de 1.450 m/s; e no ferro, de 5.130 m/s.
Qualidades Fisiológicas do Som: as qualidades fisiológicas do som são: altura, intensidade e timbre. Altura é a qualidade que permite classificar os sons em graves (baixos) e agudos (altos). A altura depende da frequência: • sons graves ou baixos -> frequência menor • sons agudos ou altos -> frequênica maior A voz do homem tem frequência que varia entre 100 Hz e 200 Hz e da mulher entre 200 Hz e 400 Hz. Portanto, a voz do homem geralmente costuma ser grave ou grossa, enquanto a da mulher costuma ser aguda ou fina.
Define-se intervalo (i) entre dois sons como o quociente entre suas frequĂŞncias: f1 i= f2
( f1 ≼ f 2 )
Intensidade é a qualidade que permite distinguir um som forte de um som fraco. A intensidade sonora I é a energia ∆E que atravessa uma superfície perpendicular à direção de propagação dividida pela área S da superfície na unidade de tempo:
∆E I= S .∆t A unidade de I no SI são: J/m2s ou W/m2.
A menor intensidade audível é denominada I0, e vale 10-12 W/m2. Este valor também é chamado de limiar de audibilidade. Para o ouvido humano, são audíveis os sons cuja intensidade varia de 10-12 W/m2 a 1 W/m2. Quando a intensidade ultrapassa 1 W/m2, provoca efeitos dolorosos.
Quando medimos o nível da intensidade de um som, comparamos sua intensidade com o limiar de audibilidade, usando uma escala logarítmica dada pela equação: I L = 10. log I0
Temos: L = nível da intensidade em decibéis. I = intensidade do som. I0 = intensidade do limiar da percepção auditiva (10 -12 W/m2).
Este nível é conhecido como SIL (Sound Intensity Level) ou NS (nível sonoro). A unidade de intensidade sonora é denominada bel e abrevia-se B. Podemos usar também um submúltiplo dessa unidade que é chamado decibel (dB).
Timbre Ê a qualidade que permite classificar o sons de mesma altura e de mesma intensidade, emitidos por fontes diferentes. O timbre estå relacionando com a forma de onda do som. Abaixo vemos a representação de mesma nota musical emitida por fontes diferentes, que se caracterizam por timbres diferentes.
A diferença sentida é devida ao fato de ouvirmos o som resultante da superposição de vários sons de frequências diferentes; no entanto, o som ouvido equivale ao de menor frequência, denominado som fundamental. Os sons que acompanham o som fundamental caracterizam o timbre da fonte e são denominados sons harmônicos.