quarta-feira, 31 de agosto de 2011

A Natureza Física do Som


Noções de Física Acústica
(Do treinamento: A Natureza Física do Som)

Introdução

É comum a maioria das pessoas associarem a palavra som a um som agradável e a palavra ruído a um som desagradável. Porém ambos são dispersão de energia acústica, com harmonia no primeiro caso e desarmonia completa no segundo caso. E por esta última percepção objetiva que se define som e ruído.

A Natureza Física do Som

Som é energia acústica e para entender energia é preciso entender o que é trabalho. Fisicamente trabalho é a capacidade de realização de alguma coisa, é uma medida de uma forma de energia aplicada ou transferida como força ao longo de um deslocamento. Ou seja:

T = F*D,
onde: T é trabalho, F é força e D um deslocamento.

Verificam-se várias formas da energia se dissipar, em diversos meios. É possível definir dois grupos principais, os que não precisam de um meio material para se propagar e os que precisam. No primeiro grupo estão as formas de energia eletromagnéticas, e no segundo as mecânicas. Se para o primeiro grupo a primeira energia é a elétrica, ou eletromagnética, para o segundo é a acústica. Mas ainda existem outras formas de dissipação: Luminosa, Solar, Nuclear, Eólica, Térmica, Mecânica, Hidráulica e Pneumática.

É comum a energia transformar-se em várias formas para dissipar-se final e geralmente em calor.

O Som é a dissipação de energia através de ondas mecânicas que, em um determinado espaço e um dado tempo, possuem (ou não - ruído) uma lei harmônica que as rege e que as torna agradável ou desagradável ao ouvir.

A onda sonora define-se por pelo menos três elementos de onda:
  1. Intensidade.
  2. Freqüência.
  3. Comprimento da onda.


(a) Lê-se nas coordenadas verticais, ou ordenadas, os valores de volume sonoro, geralmente em dB; (b) nas abscissas ou eixo horizontal, estão expressos os valores de freqüência sonora, geralmente em Hz.

A onda acima é uma onda sonora plana. Este fenômeno ocorre principalmente em dutos muitíssimos compridos. Geralmente o som possui uma propagação esférica, com as mesmas características.

O som é uma onda mecânica e precisa de um meio físico para conseguir se propagar. E a medida que ele se afasta da fonte, em ambiente onde não há reflexões sonoras e nem obstáculos, a intensidade dele cai pela metade ao dobro da distância.
D=1/S,
Onde: D é distância e S intensidade sonora.

Se há propagação, movimento, existem também as referências de tempo (única) e de espaço (tripla). Ou seja, o som ocorre em momentos e locais diferentes a medida que se propaga. E pela lei do inverso do quadrado, acima citada, há também a perda da percepção de freqüências por perda de energia.

Sim, existem frequências diferentes na onda plana. Quanto maior o comprimento da onda, maior a percepção de sons graves e quanto menor, maior a percepção de sons agudos. Ouvimos uma coleção de freqüências juntas ao escutar uma fonte sonora qualquer.

Como normalmente a propagação do som ocorre no ar. E as condições do ar o influenciam. A velocidade de propagação do som no ar é diretamente proporcional à temperatura e à pressão sonora. Isso quer dizer que o som será mais veloz na região nordeste do Brasil do que no sul; também o som será mais veloz nos litorais que nas serras.

Porém a velocidade do som é inversamente proporcional à umidade relativa. Isso significa que em um dia chuvoso o som será mais lento que em dias secos.

Tal fenômeno é facilmente percebido em ambientes abertos. E é necessária a observação de tais fatores para a boa sonorização de um lugar qualquer.

Ambientes fechados também variam suas características quanto a sonorização por fatores naturais. Mas é preciso treinamento e eventualmente equipamentos para tal observação. Em ambiente fechado podem ocorrer outros fenômenos.

Acusticamente, em um ambiente fechado, quando o som é emitido por uma fonte, as várias freqüências se comportarão de forma diferente. Algumas tendem a encher o ambiente de forma mais lenta. Outras se chocam com as paredes e barreiras do ambiente e chegam ao ouvido humano em vários volumes e tempos (momentos) diferentes. Isso dá a sensação psicoacústica de espaço. Este efeito é chamado de reverberação.

Tal efeito pode ser agradável ou desagradável; pode inclusive tornar inteligível a palavra falada, e mais ainda a cantada. Por isso existem tratamentos acústicos especiais para ambientes fechados.

Não são apenas os fenômenos tipicamente acústicos que contribuem para a inteligibilidade da mensagem que quer se passar. Distorções devido às características do sistema de sonorização ou do ambiente ocorrem com freqüência.

O fenômeno da distorção por intermodulação pode acontecer quando há misturas de mais de uma onda sonora, defasadas entre si. Ocorrerão ondas sonoras de freqüências espúrias, surgidas das somas e diferenças das ondas originais, que interferirão podendo inclusive se formar uma sensação psicoacustica da existência de um som que na verdade não existe.

Em ambiente aberto ocorre o efeito Doppler. Ele é a sensação gerada por uma fonte sonora em movimento sobre um observador parado. A impressão é que a tonalidade do som se modifica a medida que  fonte sonora se movimenta. Quando se quer garantir que a fonte permanece a mesma para todos os ouvintes este distúrbio causa transtornos.

Conclusão

O som é a conseqüência psicoacustica da dissipação da energia acústica. Percorre toda a matéria desde a fonte que p gera, dissipando energia que ao final será percebida como calor. Para que haja entendimento da mensagem do som é preciso, em muitos casos, cuidar para que a onda sonora se propague adequadamente.

Referencias
*  BISTAFA, Sylvio R., Acústica Aplicada Ao Controle do Ruído, 1ª edição – 2006. Ed Edgard Blücher
*  CYSNE, Luiz Fernando O., A Bílbia Do Som, 1ª edição – 2006. Ed. Cysne.

domingo, 10 de abril de 2011

Fatores de atenuação

Noções de acústica para ambientes abertos.
Acústica e ambientes abertos: Fatores de atenuação.


Podem ser considerados vários mecanismos de atenuação sonora em ambiente aberto. Alguns deles são:

  • Absorção atmosférica.
  • Temperatura, vento e outras condições do ambiente.
  • Solo.
  • Barreiras como muros e outras construções.
  • Vegetação densa.
  • Reverberação urbana.

Vegetação densa

Noções de acústica para ambientes abertos.
Acústica e ambientes abertos: Vegetação densa.


Observa-se que a vegetação mais rasteira provoca a atenuação sonora por absorção da energia acústica, enquanto a vegetação superior provoca a atenuação sonora por espalhamento da seguinte forma:

  •   Folhas: freqüências mais agudas.
  •   Galhos e troncos: freqüências médias.
  •   Solo macio e raízes: freqüências mais graves.



sexta-feira, 8 de abril de 2011

Absorção sonora atmosférica

Noções de acústica para ambientes abertos.
Acústica e ambientes abertos: Absorção sonora atmosférica.


Quando a onda acústica bombardeia as moléculas do ar há um desequilíbrio energético enquanto a energia acústica for maior que a inércia do ar. Porém, a medida que a onda sonora avança, perde energia para o meio na forma de calor e ocorrerá um momento onde a inércia será maior que a energia acústica. Neste momento forma-se o silêncio. 


domingo, 3 de abril de 2011

Reflexões sonoras no solo.

Noções de acústica para ambientes abertos.
Acústica e ambientes abertos: Reflexões sonoras no solo.



Quando o solo é estudado como barreira refletora sonora é possível classificá-lo como duro ou macio. 

Solos como terra batida, água e cimento liso são solos duros e produzem muita reflexão. Isso significa que haverá no ambiente muita interferência do som refletido no som direto.

Solos macios são aqueles onde há vegetação, ou terra arada, ou muitas fissuras. Este tipo de solo atenua a reflexão diminuindo as interferências.



domingo, 27 de março de 2011

Mecanismos de audição

Noções de Acústica para ambientes abertos
Mecanismos da audição



O ser humano possui duas orelhas e isso implica em:

  •  Ouvir. O sentido mais comum e mais reconhecido pelo ser humano em relação as suas orelhas.
  •  Equilibrar-se. É comum existir tonteira ou vertigens quanto a pessoa tem otite – inflamação da orelha média. Estes sintomas configuram o mau funcionamento do sistema de equilíbrio humano, que envolve a orelha.
  •  Localizar-se no espaço. Não é necessário olhar para algum lado para saber de qual lugar outra pessoa nos chama. As orelhas fazem a localização de onde vem o som. 


O ouvido humano é dividido em três partes. Cada uma destas partes possui uma função específica. 

Bel e decibel

Noções de acústica para ambiente aberto
Matemática envolvida no som: Bel e Decibel


O Bel é uma comparação entre valores, sendo um o comparado e o outro a referência. o decibel equivale a 10% do Bel.

Logaritmo

Noções de acústica para ambiente aberto
Matemática envolvida no som: Logaritmo



A maioria dos fenômenos físicos é explicada dentro do universo decimal (escala aritmética), 1, 2, 3, 4... Porém fenômenos como os sonoros demandam muito trabalho quando determinados por este domínio. Em uma escala linear dois eventos com uma diferença de 10 sempre terão a mesma distância. Na escala logarítmica não. Esta última representa melhor a sensação que o som provoca no ser humano.

Efeito Doppler

Noções de acústica para ambiente aberto
Comportamento sonoro: Efeito Doppler



É sensação gerada por uma fonte sonora em movimento sobre um observador parado. A impressão é que a tonalidade do som se modifica a medida que  fonte sonora se movimenta. A principio quanto mais longe a fonte está mais grave é a sensação de som. 

A lei do inverso com o quadrado da distância

Noções de acústica para ambiente aberto
Comportamento sonoro: A  lei do inverso do quadrado da distância



Em um campo livre, onde não há reflexões, se dobrarmos a distância em relação a uma fonte sonora, temos a sensação que o som diminui a metade de sua intensidade, cerca de 6 dB.