Acústica é o estudo das ondas sonoras

Produção do Som

Fixemos uma lâmina de aço muito fina para que ela possa oscilar conforme indica a figura ao lado. Quando a lâmina desloca-se para a direita, ela comprime o as moléculas do ar que estão à sua frente e descomprime aquelas que estão atrás dela. No retorno, a lâmina faz o fenômeno inverso. Como o movimento é oscilatório, tal fato permitirá gerar ondas de compressão e rarefação do ar.

Vejamos como surge o som!

As ondas sonoras são produzidas por deformações provocadas pela diferença de pressão em um meio elástico qualquer (ar, metais, isolantes, etc), precisando deste meio para se propagar. Desta forma, percebemos que o som é uma onda mecânica, não se propagando no vácuo. A maioria dos sons acaba sendo obtido através de objetos que estão vibrando, como é o caso do alto-falante. Quando o diafragma contido no alto-falante se movimenta para fora da caixa acústica ele cria uma região de alta pressão pois comprime o ar que está nas proximidades. Da mesma forma, ocorre uma rarefação quando o diafragma se move para dentro da caixa.

Quando as variações de pressão chegam aos nossos ouvidos, os tímpanos são induzidos a vibrar e nos causam a sensação fisiológica do som.

Um ouvido normal consegue ouvir uma faixa de freqüências que varia aproximadamente entre 20 e 20000 Hz, sendo que as ondas que apresentam freqüencias inferiores a 20 Hz são denominadas infra-sônicas ao passo que os sons superiores a 20000 Hz são chamadas de ultra-sônicas. Já outros animais podem produzir e ouvir sons em freqüências inacessíveis aos ouvidos humanos como é o caso do morcego.

Toda onda sonora só chegará ao ouvido humano se existir algo que provoque essa propagação, seja gás, líquido ou sólido. Assim, é impossível haver som no vácuo, visto que nesta condição não há ar para que haja a propagação das ondas sonoras.

Em termos de freqüência, cada onda pode apresentar um número específico. Chamamos de som grave, aquele que é emitido por uma fonte sonora que vibra com baixa freqüência e som agudo, o que vibra com uma alta freqüência. Para entender melhor basta perceber a diferença entre a voz masculina (grave) e a voz feminina (agudo). Essa caracterização em relação à freqüência de um som é chamada de altura.

Quando um som possui uma grande quantidade de energia por unidade de tempo e a onda sonora possui uma grande amplitude, dizemos que o som possui uma grande intensidade. Falando de forma mais clara, a intensidade está relacionada ao volume do som. Essa intensidade é medida em dB (decibéis), onde se estabeleceu que ao som de menor intensidade que o ser humanos fosse capaz de escutar seria atribuído o valor de 0 dB e o de maior intensidade, de 120 dB.

Timbre é a característica sonora que nos permite distinguir sons de uma mesma freqüência, porém emitidos por fontes sonoras conhecidas, permitindo-nos identificar o emissor do som.

Os Trovões

Os trovões são fenômenos sonoros gerados pelo movimento de cargas elétricas na atmosfera. Os sons dos trovões ocorrem em razão do aquecimento brusco e a rápida expansão do ar, produzindo assim uma forte pressão que se manifesta através de som, denominado de trovão. Os trovões, que na maioria das vezes causam apenas um susto nas pessoas, podem se propagar tanto no ar quanto no solo. Como já se sabe, eles são ondas sonoras e, como tais, possuem uma freqüência que depende do meio no qual se propagam.

O som do trovão vem sempre depois do relâmpago, que é a parte luminosa visível ao olho humano. Isso se deve ao fato de a velocidade da luz ser bem maior do que a do som. O som que o ouvido humano escuta é uma combinação de três momentos que ocorrem muito rápido durante a propagação da descarga do ar.

Primeiro ocorre um estalo curto (um som agudo que pode deixar uma pessoa surda), em segundo um som intenso e de maior duração que o primeiro, e por último a expansão de sons graves pela atmosfera ao redor do relâmpago. Às vezes a percepção do som pode ser diferente, mas a ordem de grandeza do trovão é a mesma do relâmpago. Por isso deve-se ficar longe de regiões possíveis de serem atingidas por relâmpagos.

Por causa da freqüência das ondas sonoras no ar, os trovões são mais graves no ar do que no solo. Esses trovões que se propagam no ar se assemelham muito a uma batida de bumbo, e o tempo de duração de um trovão é, em média, de 5 a 20 segundos.

Reflexão do Som

As ondas sonoras obedecem às mesmas leis da reflexão da ondulatória. A reflexão de uma onda sonora acontece quando ela encontra um obstáculo e retorna para o meio de origem de propagação. O acontecimento desse fenômeno pode dar origem a dois outros fenômenos que são chamados de eco e reverberação. O eco acontece quando o som refletido retorna após o som original ser extinto totalmente.

o reconhecimento da presença do peixe por um golfinho

Na reverberação o som que foi refletido chega ao ouvido antes da extinção do som original, dessa forma ocorre o reforço do som emitido.

Refração do Som

A refração do som também obedece às leis da refração da ondulatória. A refração em uma onda ocorre quando ela passa de um meio para outro com índice de refração diferente, ocorrendo, dessa forma, a variação da velocidade de propagação e a variação do comprimento de onda, mas nunca a variação da freqüência, pois se trata de uma característica da fonte que está emitindo a onda.

Difração do Som

A difração é a propriedade que as ondas têm de contornar obstáculos e que depende do comprimento da onda que está se propagando. Através da razão entre o comprimento de onda e a largura do obstáculo podemos calcular o grau de difração de uma onda específica, matematicamente podemos escrever:

r = λ/d

Quanto maior for a razão maior será a extensão da curva de difração. Esse é o fenômeno que explica o fato de podermos ouvir atrás da porta quando uma pessoa fala do outro lado dela, além de ser um acontecimento largamente aplicado nas montagens de sistemas de alto-falantes.

Você já deve ter ouvido falar que cantores líricos conseguem quebrar uma taça de cristal usando apenas o som emitido por sua voz. Será que isso é possível?

Como já sabemos, o som é uma onda mecânica que se propaga em meios materiais, essa onda produz vibrações no meio em que se propaga.

Toda e qualquer onda sonora é capaz de produzir vibrações que estimulam oscilações em corpos situados nas proximidades das fontes. Quando a frequência de oscilação da fonte coincide com a frequência de oscilação natural do corpo, a amplitude de oscilação desse corpo atinge valores elevados, pois a fonte progressivamente cede energia ao corpo. Esse fenômeno é conhecido como ressonância.

Quando a frequência da voz de uma cantora lírica atinge a mesma frequência de vibração das moléculas de uma taça de cristal, a quantidade de energia das moléculas se eleva gradativamente e a taça se quebra.

Em 1940, uma ponte sobre o rio Tacoma, nos Estados Unidos, ruiu quando uma ventania imprimiu sobre ela impulsos periódicos com frequência igual à frequência natural de vibração da ponte.

Em um violão, o ar contido dentro da caixa de madeira, chamada de caixa de ressonância, vibra com a mesma intensidade do som produzido pela corda, intensificando o som.

Boa pesquisa, turma 901!