Som Show Ultra-som e Infra-som
Escala das Ondas Mecânicas
Como citamos na tabela acima, os ultra-sons de altas potencias podem ser produzidos por emissores piezelétricos (quartzo vibrante) e encontram larga aplicação nos sonares. Em Química, os ultra-sons provocam oxidações e despolimerizações; em Físico-Química, fazem cessar estados de equilíbrio instáveis (superfusão, supersaturação) e impressionam a chapa fotográfica. Em Física, provocam a coagulação dos aerossóis, determinam nos líquidos o fenômeno de cavitação, excitam a luminescência de certos líquidos. Em Biologia, determinam a segmentação dos microrganismos e, por vezes, sua destruição (aplicação a esterilização do leite). Sons Musicais e Ruídos Fisicamente, entende-se por som musical ao resultado da superposição de ondas sonoras periódicas ou aproximadamente periódicas; ruídos correspondem a ondas sonoras não-periódicas e breves, que mudam imprevisivelmente de características. O som musical pode ser simples, quando corresponde a uma única onda harmônica e composto quando compõe-se de duas ou mais ondas harmônicas.
Superposição de 3 sons musicais simples (lá3,lá4 e lá5) resultando num som composto. Fontes Sonoras
Qualidades Fisiológicas do Som A intensidade fisiológica do som esta ligada à amplitude das vibrações (e, portanto à energia transportada pela onda sonora); é a qualidade pela qual um som forte (grande amplitude — muita energia) se distingue de um som fraco (pequena amplitude — pouca energia). Apesar de variarem num mesmo sentido, é preciso não confundir intensidade fisiológica (ou intensidade auditiva ou ainda nível sonoro) com a intensidade física (ou intensidade sonora, quando se trata de onda sonora) da onda que é uma grandeza física associada ao fenômeno vibratório. Vamos detalhar isso um pouco mais. Vale lembrar que, durante a propagação das ondas tem lugar um transporte de energia, no entanto, as partículas do meio não se deslocam no sentido da propagação das ondas, limitando-se a realizar movimentos oscilatórios nas proximidades da posição de equilíbrio (quando a amplitude das ondas é pequena e o meio em que se propagam não é viscoso). A grandeza que é numericamente igual à energia média transportada pela onda, por unidade de tempo, através de uma unidade de área da superfície da onda é denominada intensidade física da onda. Essa intensidade é medida em W/m2. A intensidade das ondas acústicas é denominada intensidade física do som ou, simplesmente, intensidade sonora. Durante a propagação das ondas mecânicas, a velocidade e a aceleração das partículas do meio variam de acordo com a mesmo tipo da lei do deslocamento (espaço, elongação), ou seja, uma lei harmônica. Quando a 'amplitude' do deslocamento (elongação máxima) das partículas durante a propagação de uma onda harmônica plana de pulsação w apresenta o valor a, a 'amplitude' máxima da velocidade da oscilação terá o valor vmáx. = w.a a 'amplitude' máxima da aceleração da oscilação terá o valor gmáx.= w2.a e a intensidade física da onda será dada por I = (1/2).V.r.w2.a2 onde r é a massa específica do meio onde a onda se propaga, V é a velocidade de propagação. I = k.f2.a2 --- para
uma dada frequência, a intensidade física é diretamente proporcional ao quadrado da amplitude; O nível de variação da intensidade fisiológica (DS) cuja unidade é o bell (b) e a intensidade física (I) cuja unidade é o W/m2 relacionam-se mediante uma lei experimental ou lei de Weber-Fechner: A variação da intensidade fisiológica (DS), na zona central do campo de audibilidade é proporcional à variação dos logaritmos das intensidades físicas correspondentes. Assim, seja So uma intensidade fisiológica de referência e Io a correspondente intensidade física. Se S é outra intensidade fisiológica qualquer e I a intensidade física correspondente, a lei de Weber-Fechner permite escrever: adotando-se So ==> Io e tomando-se S ==> I vem S - So = log(I/Io), em bell (b). Exemplo: Numa conversação fraca (conversa baixa), seja I1 = 10 mW/cm2 a intensidade física recebida por um ouvinte. Calcular qual será a variação da intensidade auditiva percebida pelo ouvinte, quando a intensidade da onda sonora da conversação aumentar para I2 = 100 mW/cm2. Solução: I1 = 10 mW/cm2 ==> S1 e I2 = 100 mW/cm2 ==> S2 , pergunta-se o valor de DS = S2 - S1 ; pomos DS = log10(I2/I1) = log10(100/10) = log1010 = 1 bell Comumente, em vez de usarmos o bell como nível de variação de intensidade auditiva, usa-se o decibel, de modo que, podemos por: DS = S2 - S1 = 10.log10(I2/I1) (db) Por convenção internacional, definiu-se So= 0, para Io = 10-12 W/m2 como sendo a intensidade auditiva de referência, relativa a um som simples de frequência 1000 Hz. Essa intensidade corresponde ao limiar de audição. A intensidade do som captada pelo ouvido corresponde à sensação do que se denomina popularmente de volume do som. Quando o som tem uma determinada intensidade mínima, o ouvido humano não capta o som. Essa intensidade mínima é denominada nível mínimo de audição, ou como colocamos acima, limiar de audição e esse mínimo difere segundo a frequência dos sons. Quando a intensidade é elevada, o som provoca uma sensação dolorosa. A intensidade mínima a que um som ainda provoca sensação dolorosa tem o nome de limiar da sensação dolorosa. A intensidade auditiva também pode ser referida em fons e, para tanto, basta que se fixe as seguintes referências: frequência de 1000 Hz; intensidade física de 10-12 W/m2 ==> So = 0 fon. Com essas convenções a lei de Weber-Fechner torna-se: S (em fons) = 10.log10 (I/10-12), com I em W/m2 . Exemplo: Sabendo-se que uma onda sonora apresenta intensidade física de 1 W/m2 dizer, em fons, a intensidade auditiva percebida por um observador. Solução: So = 0 ==> 10-12 W/m2 S = 10.log10(1/10-12) = 10.log101012 = 120 fons Notas: A altura do som está ligada unicamente à sua frequência; é a qualidade pela qual um som grave (som baixo --- frequência baixa) se distingue de um som agudo (som alto --- frequência alta). É fácil perceber que essa característica do som depende tão somente da frequência; sabe-se, por exemplo, que encurtando-se uma lamina elástica (gilete presa no bordo da mesa), aumenta-se a frequência de suas vibrações e, correlativamente, constata-se que o som emitido se torna mais e mais agudo. O quociente das frequências de dois sons, define um
intervalo sonoro (i), em particular, se i = 2, ou seja, f2/f1 = 2, teremos um intervalo de uma oitava — a frequência do som mais agudo é o dobro da frequência do outro.
Intervalos fundamentais: 1°) tom maior = 9/8 ... (f2/f1 = 9/8)
A fim de que os diversos instrumentos musicais possam dar as mesmas notas,foi necessário fixar a altura absoluta de uma certa nota, isto é, sua frequência. Um congresso internacional fixou: frequência do lá3 = 435 Hz Em musica, utilizam-se nove oitavas, cada uma delas sendo caracterizada por um índice compreendido entre -1 e +9 (não se usa o índice zero): -1__1__2__3__4__5__6__7__8__9. Exemplo: Conhecida a frequência do lá3 = 435 Hz, determinar a frequência do si-1. Solução: Inicialmente deve-se determinar a frequência do lá-1(que pertence à mesma gama do si-1):
Os limites extremos da voz humana são cerca de 60 e 550 Hz para o homem e 110 e 1300 Hz para a mulher. Imagine a 'incompatibilidade auditiva' que deve existir entre um casal cujo homem fala na base dos 60 Hz e a mulher na base dos 1300 Hz! [Nota: Nos E.U.A. há casos de divórcios baseados em incompatibilidade auditiva.] O timbre depende dos harmônicos associados ao som fundamental no caso dos sons musicais ou das ondas que se superpõem, no caso dos sons compostos em geral. No caso dos sons musicais, é a qualidade que
permite distinguir dois sons de mesma altura emitidos por fontes sonoras diferentes; uma flauta e um violino, por exemplo, ambos emitindo, digamos, o dó3. Abaixo, esquerda, ilustramos a forma de onda denominada
dente de serra. O som correspondente é produzido à partir do som fundamental de frequência f ao qual se superpõem os sons de frequências 2f, 3f, 4f, ..., respectivamente, com amplitudes 1/2, 1/3, 1/4, ... f(t)=sin(2·p·440·t)+sin(2·p·880·t)/2+sin(2·p·1320·t)/3+sin(2·p·1760·t)/4+.... Nesse exemplo, a frequência fundamental é a de 440 Hz. Fazendo 2·p·440·t = x, 2·p·880·t = 2x, etc. a função será: y = f(x) = sinx + (sin2x)/2 + (sin3x)/3 + (sin4x)/4 + ... Acima, direita, ilustramos a forma de onda denominada onda
quadrada. O som correspondente é produzido à partir do som fundamental de frequência f ao qual se superpõem os sons de frequências 3f, 5f, 7f, ..., respectivamente, com amplitudes 1/3, 1/5, 1/7, ... f(t)=sin(2·p·440·t)+sin(2·p·1320·t)/3+sin(2·p·2200·t)/5+sin(2·p·3080·t)/7+... Nesse exemplo, a frequência fundamental é a de 440 Hz. Qual a frequência audível ao ser humano?O ouvido humano é capaz de perceber sons de frequências entre 20 Hz e 20 000 Hz, embora estes limites não sejam absolutos. Abaixo e acima desta faixa estão infrassom e ultrassom, respectivamente.
Quantos Hz é prejudicial?Sons na frequência de 2.000 a 5.000 Hz são os mais desagradáveis para o ouvido humano.
Qual a faixa audível de um ser humano normal entre 20 e 20.000 Hz entre 20 e 200 Hz entre 20 e 4.000 Hz entre 20 e 2.000 Hz?A faixa de freqüência audível ao ser humano varia de 20Hz (mais grave) a 20.000 Hz (mais agudo). As freqüências mais graves do que 20 Hz são percebidas pelo homem como vibração (sensação tátil) e são chamadas infra-sons. As freqüências acima de 20.000 Hz são denominadas ultra-sons (inaudíveis para a orelha humana).
O que entendemos por intervalo audível?A audição humana apresenta um intervalo característico de frequências para as quais o ouvido é estimulado. Os sons que possuem frequência com valor dentro do intervalo característico são chamados de sons audíveis.
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