Conceitos físicos sobre acústica

ACÚSTICA DE AUDITÓRIOS

Conceitos físicos sobre acústica

Conceito de som

O ramo da Física que estuda os sons é a Acústica.

Em acústica distinguem-se os sons musicais, e os ruídos. Os sons musicais nos dão uma sensação contínua, geralmente agradável, e podem ser comparados entre si. Ocorrem devido a vibrações regulares e bem definidas. Os ruídos nos dão impressões muito curtas e confusas. São vibrações irregulares ou uma mistura de vários sons discordantes. O som musical pode ser simples, quando corresponde a uma única onda harmônica ou composto quando compõe-se de duas ou mais ondas harmônicas.

Som simples e composto

Figura retirada de: http://www.feiradeciencias.com.br/sala10/10_T01.asp

Os sons simples distinguem-se uns dos outros por duas características, a saber, intensidade e altura, já os sons compostos, além daquelas, diferenciam-se pelo timbre (qualidade que nos faz distinguir os sons de diversas origens).

O som é resultado de um movimento vibratório da matéria transmitido através de meios materiais e elásticos. Os meios de propagação são denominados meios elásticos por serem capazes de se deformarem à passagem das ondas sonoras e restaurarem sua forma original após a passagem das mesmas. Qualquer meio material que propague uma onda sonora é considerado elástico.

Para ser ouvido, o som necessita de um meio de propagação, pois é uma onda mecânica. É importante dizer que há apenas transferência de energia mecânica, e não há transferência de matéria. Portanto, eles não se transmitem no vácuo, porque não há um meio material para sua propagação.

Há dois conceitos para som: o som vibração, ou perturbação física, que percorre um meio qualquer de propagação e o som sensação sonora, psico-fisiológica, que é captado pelo nosso ouvido.

O meio normal de propagação do som, para chegar até ao nosso ouvido, é o ar que nos envolve. Nas pequenas altitudes, os sons são bem audíveis, o que não ocorre em altitudes maiores, onde o ar é menos denso. O ar denso é melhor transmissor do som que o ar rarefeito, pois as moléculas gasosas estão mais próximas e transmitem a energia cinética da onda de umas para outras com maior facilidade.

De uma maneira geral, os sólidos transmitem o som melhor que os líquidos, e estes, melhor do que os gases.

O som, perturbação física, pode ser percebido tanto pela nossa vista, como pelo tato, como no caso de colocarmos nossa mão sobre a caixa de um piano que está sendo tocado.

Propagação do som

Quando um objeto vibra na atmosfera, ele movimenta partículas de ar ao seu redor. Estas partículas de ar, por sua vez, movimentam outras partículas de ar ao seu redor. Desta forma, o movimento das partículas carrega e transmite a vibração.

Quando o sino é tocado, por exemplo, o metal vibra - se expande e se contrai. Ao se expandir, ele empurra as partículas de ar ao seu redor. Estas partículas colidem com outras à sua frente, as quais colidem com as seguintes, e assim sucessivamente. Esta é a chamada compressão e corresponde à pressão máxima da propagação sonora.

Quando o metal se contrai, ele puxa as partículas de ar ao seu redor. Isto acarreta uma queda na pressão, o que puxa ainda mais partículas de ar, acarretando nova queda de pressão e assim por diante. Esta diminuição de pressão é chamada de rarefação e corresponde à pressão mínima da propagação sonora.

A sucessão dessas zonas comprimidas e rarefeitas forma o que chamamos movimento ondulatório.

As partículas não caminham para fora de sua zona de equilíbrio. Elas, apenas, oscilam para um lado e para o outro, em relação ao ponto central, onde permanecem na ausência de movimento.

MEIO VELOCIDADE

(m/s)

Dióxido de Carbono (CO2) 259

Oxigênio a 0ºC 316

Ar seco a 0ºC 331

Ar seco a 20ºC 343

Hélio a 0ºC 965

Clorofórmio a 20ºC 1.004

Etanol a 20ºC 1.162

Água doce a 8ºC 1.435

Mercúrio a 20ºC 1.450

Água doce a 20ºC 1.482

Água do mar 1.522

Cobre 5.010

Vidro (Pyrex) 5.640

Vidro 5000

Aço 5.960

Granito 6.000

Ferro 3170

Alvenaria 3000

Madeira 1000 a 4000

Cortiça 500

Borracha 100

Freqüência

Chama-se freqüência o número de oscilações completas por segundo. Isto é, ao número de idas e voltas completas da partícula vibrante. A freqüência é medida em ciclos por segundo (c.p.s.) ou em Hertz (Hz). As ondas têm sempre a mesma frequência da fonte que as emitiu, independentemente do meio em que se propagam.

O período T é o tempo necessário para que se realize uma oscilação completa. A frequência é o inverso do período, logo F=1/T, e vice-versa.

O aparelho auditivo humano é sensível a sons cujas freqüências estão compreendidas na região de 16 Hz a 20 kHz, conhecida como espectro de audiofreqüências.

Fenômenos sonoros

Na propagação do som observam-se os fenômenos gerais da propagação ondulatória. Devido à sua natureza longitudinal, o som não pode ser polarizado; sofre, entretanto, os demais fenômenos, a saber: difração, reflexão, refração, ressonância interferência e efeito Doppler.

Difração

A difração é a propriedade de contornar obstáculos. Ao encontrar obstáculos à sua frente, a onda sonora continua a provocar compressões e rarefações no meio em que está se propagando e ao redor de obstáculos envolvidos pelo mesmo meio. Desta forma,