Som E Audição

1 INTRODUÇÃO

Nesse artigo vamos estudar o som e audição, vamos analisar sua propagação, frequências de ondas sonoras, reflexão sonora, que envolvem conceitos físicos.

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 SOM E SUA PROPAGAÇÃO

O som é definido como a propagação de uma frente de compressão mecânica ou onda longitudinal, se propagando tridimensionalmente pelo espaço e apenas em meios materiais, como o ar ou a água.

Para que esta propagação ocorra, é necessário que aconteçam compressões e rarefações em propagação do meio. Estas ondas se propagam de forma longitudinal.

Quando passa, a onda sonora não arrasta as partículas de ar, por exemplo, apenas faz com que estas vibrem em torno de sua posição de equilíbrio.

Como as ondas sonoras devem ser periódicas, é válida a relação da velocidade de propagação:

A audição humana considerada normal consegue captar freqüências de onda sonoras que variam entre aproximadamente 20Hz e 20000Hz. São denominadas ondas de infra-som, as ondas que tem freqüência menor que 20Hz, e ultra-som as que possuem freqüência acima de 20000Hz.

De maneira que:

A velocidade do som na água é aproximadamente igual a 1450m/s e no ar, à 20°C é 343m/s.

A propagação do som em meios gasosos depende fortemente da temperatura do gás, é possível inclusive demonstrar experimentalmente que a velocidade do som em gases é dada por:

Onde:

k=constante que depende da natureza do gás;

T=temperatura absoluta do gás (em kelvin).

Como exemplo podemos tomar a velocidade de propagação do som no ar à temperatura de 15° (288K), que tem valor 340m/s.

Exemplo:

Sabendo que à 15°C o som se propaga à 340m/s, qual será sua velocidade de propagação à 100°C?

Lembrando que:

15° = 288K

100° = 373K

2.2 INTERVALO ACUSTICO

A audição humana é capaz de diferenciar algumas características do som como a sua altura, intervalo e timbre.

A altura do som depende apenas de sua frequência, sendo definida como a diferenciação entre grave e agudo.

Um tom de maior freqüência é agudo e um de menor é grave.

Os intervalos entre dois sons são dados pelo quociente entre suas frequências. Ou seja:

Como o intervalo é um quociente entre duas medidas de mesma unidade, este não tem dimensão.

Na música é dada uma nomenclatura para cada intervalo:

Intervalo Acústico Razão de freqüência

Uníssono 1:1

Oitava 2:1

Quinta 3:2

Quarta 4:3

Terça maior 5:4

Terça menor 6:5

Sexta maior 5:3

Sexta menor 8:5

Tom maior (M) 9:8

Tom menor (m) 10:9

Semitom (s) 16:15

As notas musicais de mesmo nome são separadas por um intervalo de uma oitava (2:1)

O timbre de um som é a característica que permite diferenciar dois sons de mesma altura e mesma intensidade, mas que são emitidos por instrumentos diferentes.

Desta forma, uma música executada por um violino e um piano se diferencia pelo timbre.

2.3 INTENSIDADE SONORA

A intensidade do som é a qualidade que nos permite caracterizar se um som é forte ou fraco e depende da energia que a onda sonora transfere.

A intensidade sonora (I) é definida fisicamente como a potência sonora recebida por unidade de área de uma superfície, ou seja:

Mas como a potência pode ser definida pela relação de energia por unidade de tempo:

Então, também podemos expressar a intensidade por:

As unidades mais usadas para a intensidade são J/m² e W/m².

É chamada mínima intensidade física, ou limiar de audibilidade, o menor valor da intensidade sonora ainda audível:

É chamada máxima intensidade física, ou limiar de dor, o maior valor da intensidade sonora suportável pelo ouvido:

Conforme um observador se afasta de uma fonte sonora, a intensidade sonora ou nível sonoro (β)diminui logaritmicamente, sendo representado pela equação:

A unidade utilizada para o nível sonoro é o Bel (B), mas como esta unidade é grande comparada com a maioria dos valores de nível sonoro utilizados no cotidiano, seu múltiplo usual é o decibel (dB), de maneira que 1B=10dB.

2.4 REFLEXÃO DO SOM

Assim como para qualquer outra onda, as ondas sonoras, ao atingirem um obstáculo fixo, como uma parede, são refletidas.

A reflexão do som acontece com inversão de fase, mas mantém a mesma velocidade de propagação, mesma freqüência e o mesmo comprimento