Acústica é a área da física responsável pelo estudo do som. Ondas sonoras são ondas longitudinais que se propagam no ar e em outros meios. Elas têm origem mecânica e, portanto, não se propagam no vácuo.
A sensibilidade do ouvido humano varia de pessoa para pessoa, de acordo com a idade de cada um. Porém, costumamos adotar parâmetros médios, em que 20 Hz é a frequência mínima audível e 20 000 Hz a frequência máxima.
Abaixo de 20 Hz, as frequências são chamadas de infrassons, e acima de 20 000 Hz são chamadas de ultrassons.
Por ser uma onda mecânica, o som se propaga normalmente mais rápido nos sólidos do que nos líquidos, e nos líquidos mais rapidamente do que nos gases.
Como o som é uma onda, sua velocidade (v), sua frequência (f) e seu comprimento de onda (λ) se relacionam por: V = λ.f.
Uma onda sonora pode sofrer reflexão, refração ou interferência. Somente a polarização não pode ocorrer, porque o som se constitui de ondas longitudinais e não transversais.
Intensidade, altura e timbre
Há várias grandezas físicas que caracterizam um som. A intensidade é uma delas: as ondas sonoras podem ser mais intensas (“som forte”) ou menos intensas (“som fraco”).
A intensidade (l) é definida como a energia transportada perpendicularmente pela onda através de uma superfície por unidade de tempo e por unidade de área. A intensidade, no SI, é dada por watt por metro quadrado (W/m²).
Para expressar a intensidade de um som, utiliza-se uma grandeza mais apropriada, chamada de nível de intensidade ou nível sonoro (β), dada em decibel (dB), definida pela expressão:
O valor de referência, l0 = 10-12 W/m², é denominado limiar da audição (som mais fraco que se pode ouvir).
A altura é outra qualidade do som. É ela que permite diferenciar um som grave de um som agudo. O primeiro é um som de baixa frequência, e o segundo é um som de alta frequência.
Uma terceira qualidade do som é o timbre. O timbre nos permite distinguir entre sons de mesma frequência (mesma altura) e de mesma intensidade, emitidos por fontes diferentes. Por exemplo, percebemos se uma nota musical é produzida por um piano ou por uma flauta porque o timbre do som de um instrumento difere do timbre de outro instrumento, pois ambos produzem em nosso sistema auditivo sensações diferentes.
Reverberação e eco
Um aspecto comum a todas as nossas sensações é que elas não são instantâneas: começam, perduram por um pequeno intervalo de tempo e se vão.
Vamos admitir que, recebida uma vibração auditiva, por mais curta que seja, sua sensação perdure por um décimo de segundo. Esse intervalo de tempo (Δt = 1 s) é chamado remanescência.
Para entendermos o que é reverberação, suponha que uma pessoa (receptor) receba dois sons – o primeiro chega diretamente de uma fonte sonora, e o segundo após o som ter refletido em uma barreira qualquer. Quando uma pessoa recebe um segundo som enquanto não termina o tempo de remanescência do primeiro, acontece uma supercomposição de ambos. O resultado é uma sensação única, mais intensa e prolongada, chamada reverberação do som.
É o tempo de remanescência que nos dá a sensação de dimensões de um ambiente em que o som se propaga.
O tempo de reverberação poderá ser prolongado se tivermos vários sons refletidos. Duas superfícies frontais lisas e rígidas, como duas paredes, favorecem a ocorrência desse fenômeno.
Para que haja eco, o som refletido deve chegar ao receptor com um atraso maior do que o tempo de remanescência.
Analisando a situação de uma pessoa que esteja de frente para uma barreira. Ela pode ouvir o som da própria voz de duas maneiras: diretamente ou refletido da barreira.
O som refletido chega de volta até alguém após um intervalo de tempo dado por:
Ocorre o fenômeno do eco quando Δt > Δtr, sendo Δtr = 1,0 s.
Por exemplo, considerando a velocidade do som no ar 340 m/s, uma pessoa deve estar no mínimo a 17m de uma barreira para ouvir o eco da própria voz.
Efeito Doppler
O efeito Doppler ocorre quando existe movimento relativo entre a fonte emissora das ondas e o receptor, chamado de observador. Como toda velocidade é relativa a um determinado referencial, usaremos como referência o meio em que a onda se propaga.
Existem três situações:
- Quando o observador se movimenta: imagine que estamos na praia, parados. As ondas do mar chegam aos nossos pés com uma frequência da fonte fF. Quando corremos num sentido contrário as ondas, passamos por um número maior delas e a frequência percebida pelo observador fO se torna maior que a frequência das ondas. Quando corremos no mesmo sentido das ondas, a frequência percebida pelo observador fica menor que a frequência das ondas;
- Quando a fonte se movimenta: quando a sirene de um automóvel se aproxima mais do observador, o observador percebe o som mais agudo. Quando ela se afasta, o observador percebe um som mais grave;
- Quando há movimento relativo entre fonte e observador: quando há aproximação, fo > fF, o som fica mais agudo do que o da fonte. Quando fo <fF, o som fica mais grave do que o da fonte.
