Usuário(a):HMatos (FOB)/Testes/Introdução à Psicoacústica aplicada à Audição

Movimento Vibratório ou Oscilatório

Movimento Vibratório ou Oscilatório é o movimento repetitivo genérico, correspondente a qualquer trepidação ou tremor de um corpo (que se aproxime de um movimento de vai-e-vem). Por exemplo, o movimento das marés, da água do mar na praia, a trepidação de um terremoto, ou de um impacto.

Movimento Periódico

O Movimento Periódico é uma forma particular do Movimento Vibratório, em que as oscilações se realizam em tempos (períodos) iguais. São os mais comuns, por exemplo, o movimento de um pêndulo, de um navio, a vibração de um motor elétrico ou de combustão interna, o movimento das cordas de um violão ou piano, o movimento da membrana de um bumbo, e o movimento de vibração do ar na presença de um som.

Movimento Harmônico Simples (MHS)

O Movimento Harmônico Simples (MHS) é a forma mais particular do Movimento Vibratório. Corresponde ao movimento periódico retilíneo, equivalente à projeção de um movimento circular uniforme num plano, cuja amplitude em função do tempo é representada por uma senóide. São poucos os MHS encontrados na natureza, mas corresponde aos tons puros, como o diapasão e geradores de sinal.

Movimento Ondulatório

Movimento Ondulatório é o Movimento Vibratório que se propaga em meios elásticos. Por meio elástico entendemos aquele que deformado, volta ao seu estado primitivo, logo que cessa a causa deformadora. Ex.: gases, líquidos e sólidos. Abalo ou perturbação: se um ponto de um meio elástico contínuo recebe uma modificação qualquer em suas condições físicas (por ex. um movimento, um impulso, uma vibração) diz-se que houve uma ‘perturbação’ ou um ‘abalo’.

A energia da perturbação se propaga através desse meio em forma de ondas, em todas as direções. Eis alguns exemplos de perturbação em meios elásticos: ao tocarmos a corda de um violão, causamos um abalo, que se propaga por toda a corda; ao jogarmos uma pedra na superfície da água, a perturbação (em forma de ondas circulares) se propaga por toda superfície; numa explosão no ar, as ondas sonoras se propagam em todas as direções.

Formas de Propagação

A propagação da perturbação pelo meio elástico pode acontecer de duas formas: transversal e longitudinal.

Propagação Transversal: é aquela em que o movimento das partículas (em função do abalo) é perpendicular à direção de propagação.

Propagação Longitudinal: é aquela em que o movimento das partículas coincide com a direção da propagação.

Comprimento de Onda (λ)

Comprimento de Onda é o espaço percorrido pela perturbação, até o ponto em que a partícula passe a repetir o movimento. Também pode ser definido como a distância correspondente a uma oscilação completa. O comprimento de onda é representado por λ.

Propriedades da Propagação das Ondas

Reflexão

Quando a propagação de um trem de ondas é interrompida por uma superfície delimitadora do meio elástico, ele volta ao meio primitivo, mudando sua direção. Este fenômeno é chamado de reflexão. Quando o trem de ondas volta sobre a direção de incidência, acontece uma sobreposição das ondas. O sistema de ondas resultante é chamado de ondas estacionárias. A onda estacionária apresenta alternadamente pontos onde se anula (nós ou nodos), e pontos onde alcança o valor máximo (ventres). Esta onda é dita estacionária porque os nodos e os ventre aparecem sempre nas mesmas posições ao longo da onda.

Batimento

É o fenômeno resultante da sobreposição de dois trens de ondas com frequências muito próximas, se propagando na mesma direção. O trem de onda resultante assume, periodicamente, amplitudes máximas e mínimas, podendo estas serem nulas quando a amplitude dos dois movimentos forem iguais.

Ressonância

É o fenômeno pelo qual um corpo em movimento vibratório induz outros corpos, nas proximidades, a vibrarem em concordância com ele. Esta concordância corresponde a frequência e fase.

Princípio de Huyghens-Fresnel

Num movimento ondulatório, cada partícula em vibração se constitui como uma fonte de novas ondas de igual período, chamadas de ondas elementares. A perturbação, num ponto qualquer do meio elástico, é resultante da sobreposição das ondas elementares.

Propriedades Físicas do Som

O som é um fenômeno vibratório resultante de variações da pressão no ar. Essas variações de pressão se dão em torno da pressão atmosférica e se propagam longitudinalmente, à velocidade de 344 m/s para 20 º C. Qualquer fenômeno capaz de causar ondas de pressão no ar é considerado uma fonte sonora. Pode ser um corpo sólido em vibração, uma explosão, um vazamento de gás a alta pressão, etc. Basicamente, todo som se caracteriza por três variáveis físicas: frequência, intensidade e timbre.

Frequência

A frequência (f) é o número de oscilações por segundo do movimento vibratório do som. Para uma onda sonora em propagação, é o número de ondas que passam por um determinado referencial em um intervalo de tempo. Chamando de λ o comprimento de onda do som e V a velocidade de propagação da onda, pode-se escrever:

$V=\lambda \ .f$

A unidade de frequência (SI) é ciclos por segundo, ou Hertz (Hz). Portanto, um som de 32 Hz tem uma onda de 10,63 m e, um som de 20.000 Hz tem um comprimento de onda de 1,7 cm. O nosso ouvido é capaz de captar sons de 20 a 20.000 Hz. Os sons com menos de 20 Hz são chamados de infra-sons e os sons com mais de 20.000 Hz são chamados de ultra-sons. Esta faixa de frequências entre 20 e 20kHz é definida como faixa audível de frequências ou banda audível.

Dentro da faixa audível, verificamos que o ouvido percebe as frequências de uma maneira não linear. Experiências demonstram que o ouvido humano obedece a Lei de Weber, de estímulo/sensação, ou seja, as sensações como cor, som, odor, dor, etc., variam como o logaritmo dos estímulos que as produzem.

Assim, os intervalos entre os sons de 100 e 200 Hz, 200 e 400 Hz, 400 e 800 Hz parecerão iguais ao nosso ouvido. Portanto, pela Lei de Weber, concluímos que o intervalo entre frequências não se mede pela diferença de frequências, mas pela relação entre elas. Desta maneira, se define uma oitava como sendo o intervalo entre frequências cuja relação seja igual a 2.

Esta é a razão que intervalos entre as notas DÓ sucessivas de um teclado de piano parecem sempre iguais, constituindo o intervalo de uma oitava. Em qualquer representação gráfica (figuras ou gráficos) colocamos a frequência em escala logarítmica, por ser a forma que mais se aproxima da sensação do nosso ouvido.

Atualmente, usamos como frequência de referência (padronizada pelo SI), o valor de 1000 Hz, ficando as oitavas com frequência central em 500, 250, 125, 62,5, 31,25, e 2.000, 4.000, 8.000 e 16.000 Hz. As freqüências audíveis são divididas em três faixas:

Baixas frequências ou sons graves as 4 oitavas de menor freqüência, ou seja, 31,25 , 62,5 125 e 250 Hz.

Médias frequências ou sons médios as três oitavas centrais, ou seja, 500, 1000 e 2000 Hz.

Altas frequências ou sons agudos as três oitavas de maior freqüência, ou seja, 4.000, 8.000 e 16.000 Hz.

Intensidade

A intensidade do som é a quantidade de energia contida no movimento vibratório. Essa intensidade se traduz com uma maior ou menor amplitude na vibração ou na onda sonora. Para um som de média intensidade essa amplitude é da ordem de centésimos de milímetros. A intensidade de um som pode ser medida através de dois parâmetros: a energia contida no movimento vibratório (W/cm2) a pressão do ar causado pela onda sonora (BAR = 1 dina/cm2) Como valor de referência para as medições, fixou-se a menor intensidade sonora audível.

Como valor de referência para as medições, fixou-se a menor intensidade sonora audível.

Esse valor, obtido da média da população, foi de:

Para energia = 10 -16 W/cm2

Para pressão = 2 x 10 -4 BAR

Como podemos notar, do ponto de vista físico, a energia contida num fenômeno sonoro é desprezível. A energia sonora contida num grito de "gol" de um estádio de futebol lotado, mal daria para aquecer uma xícara de café. Se a energia da voz de toda a população de uma cidade como Bauru fosse transformada em energia elétrica, seria o suficiente apenas para acender uma lâmpada de 50 ou 60 Watts.

Ao fazermos uma relação entre a intensidade sonora e a audição, novamente nos encontramos com a Lei de Weber, ou seja, conforme aumentamos a intensidade sonora o nosso ouvido fica cada vez menos sensível; ou ainda, precisamos aumentar a intensidade de maneira exponencial para que o ouvido "sinta" o som de maneira linear. Desta maneira, quando escutamos um aparelho de som que esteja reproduzindo 20 Watts de potência elétrica, e aumentamos instantaneamente a sua potência para 40 Watts, o som nos parecerá mais intenso.

Se quisermos agora, aumentar mais uma vez o som para que o resulte a mesma sensação de aumento, teremos que passar para 80 Watts. Portanto, usamos uma escala logarítmica para a intensidade sonora, da mesma maneira que usamos para a frequência. Para sentirmos melhor o problema, onde temos intensidades sonoras desde 10-16 W/cm2 (limiar de audibilidade), até 10-2 W/cm2 (limiar da dor).

Nota-se que o nosso ouvido tem capacidade de escutar sons cuja diferença de intensidade seja de cem trilhões de vezes. Se quiséssemos usar a escala linear de intensidade sonora, teríamos que dizer, por exemplo, que o ruído da rua de uma cidade é 100 milhões de vezes mais intenso que o menor som audível. Logo se vê a improbidade desses números: matematicamente são impraticáveis e, fisiologicamente, não refletem a sensação audível.

Para contornar esses problemas lançamos mão da escala logarítmica. Vamos usar apenas o expoente da relação e dizer que o ruído da rua está 8 BELs acima do limite de audibilidade (com valor de 0 BEL). O nome BEL foi dado em homenagem a Alexandre Graham Bell, pesquisador de acústica e inventor do telefone.

Agora a escala ficou reduzida em excesso pois, entre o limiar de audibilidade e o ruído da rua existem mais de 8 unidades de sons audíveis. Foi criado, então, o décimo do BEL, ou seja , o decibel: dizemos agora que o ruído da rua está 80 dB (com o "d" minúsculo e o "B" maiúsculo), acima do valor de referência. Portanto, o número de decibels (dB) nada mais é que aquele expoente da relação das intensidades físicas, multiplicado por 10. A intensidade sonora medida em decibels é definida como Nível de Intensidade Sonora (NIS) ou Sound Intesity Level (SIL), em inglês.

Timbre

Se nós tocarmos a mesma nota (mesma frequência ) com a mesma intensidade, em um piano e em um violino, notamos claramente a diferença. Em linguagem comum, dizemos que os seus timbres são diferentes. Portanto, o timbre nos permite reconhecer a fonte geradora do som. Tecnicamente, o timbre é a forma de onda da vibração sonora.

Ruído

A definição de ruído é um tanto ambígua. De um modo geral pode ser definida como um som indesejável. Assim vamos apresentar duas definições para o ruído.

Definição Subjetiva: Ruído é toda sensação auditiva desagradável ou insalubre.

Definição Física: Ruído é todo fenômeno acústico não periódico, sem componentes harmônicos definidos.

Fisicamente falando, o ruído é um som de grande complexibilidade, resultante da superposição desarmônica de sons provenientes de várias fontes. Seu espectro sempre será uma confusa composição de harmônicas sem qualquer classificação ou ordem de composição.

Normalmente seu espectro é de banda larga (de frequências), compacto e uniforme, sendo comum aparecer uma maior predominância de uma faixa de frequências (graves, médias ou agudas). O espectro de frequências de um ruído tem um difícil interpretação, preferindo-se a densidade espectral.

Nas últimas décadas os ruídos se transformaram em uma das formas de poluição que afeta a maior quantidade de pessoas. A partir de 1989 a Organização Mundial da Saúde (OMS) já passou a tratar o ruído como problema de saúde pública.

Por conter um grande número de frequências, alguns ruídos foram padronizados, sendo usados em testes e calibração de equipamentos eletroacústicos. Os principais são:

Ruído aleatório: é o ruído cuja densidade espectral de energia é próxima da distribuição de Gauss.

Ruído branco: é o ruído cuja densidade espectral de energia é constante para todas as frequências audíveis. O som de um ruído branco é semelhante ao de um televisor ‘fora do ar’.

Ruído rosa: é o ruído cuja densidade espectral de energia é constante para todas as frequências.