Reflexão do Som

Definição

Reflexão do som é a ação de uma onda sonora se propagar, encontrar um obstáculo, toca-o e retonar onde foi propagada.

Já que sabemos o que é o som, nada mais justo do que entender como o som se comporta. Vamos então explorar um pouco os fenômenos sonoros.

Na propagação do som observam-se os fenômenos gerais da propagação ondulatória. Devido à sua natureza longitudinal, o som não pode ser polarizado; sofre, entretanto, os demais fenômenos, a saber: difração, reflexão, refração, interferência e efeito Doppler.

Se você achar esta matéria cansativa, não se preocupe. Estaremos voltando a estes tópicos toda vez que precisarmos deles como suporte. Você vai cansar de vê-los aplicados na prática… e acaba aprendendo.

A DIFRAÇÃO é a propriedade de contornar obstáculos. Ao encontrar obstáculos à sua frente, a onda sonora continua a provocar compressões e rarefações no meio em que está se propagando e ao redor de obstáculos envolvidos pelo mesmo meio (uma pedra envolta por ar, por exemplo). Desta forma, consegue contorná-los. A difração depende do comprimento de onda. Como o comprimento de onda (?) das ondas sonoras é muito grande – enorme quando comparado com o comprimento de onda da luz – a difração sonora é intensa.

A REFLEXÃO do som obedece às leis da reflexão ondulatória nos meios materiais elásticos. Simplificando, quando uma onda sonora encontra um obstáculo que não possa ser contornado, ela “bate e volta”. É importante notar que a reflexão do som ocorre bem em superfícies cuja extensão seja grande em comparação com seu comprimento de onda.

A reflexão, por sua vez, determina novos fenômenos conhecidos como reforço, reverberação e eco. Esses fenômenos se devem ao fato de que o ouvido humano só é capaz de discernir duas excitações breves e sucessivas se o intervalo de tempo que as separa for maior ou igual a 1/10 do segundo. Este décimo de segundo é a chamada persistência auditiva.

Reflexão do som

Suponhamos que uma fonte emita um som breve que siga dois raios sonoros. Um dos raios vai diretamente ao receptor (o ouvido, por exemplo) e outro, que incide num anteparo, reflete-se e dirige-se para ao mesmo receptor. Dependendo do intervalo de tempo (?t) com que esses sons breves (Direto e Refletido) atingem o ouvido, podemos ter uma das três sensações distintas já citadas: reforço, reverberação e eco.

Quando o som breve direto atinge o tímpano dos nossos ouvidos, ele o excita. A excitação completa ocorre em 0,1 segundo. Se o som refletido chegar ao tímpano antes do décimo de segundo, o som refletido reforça a excitação do tímpano e reforça a ação do som direto. É o fenômeno do reforço.

Na reverberação, o som breve refletido chega ao ouvido antes que o tímpano, já excitado pelo som direto, tenha tempo de se recuperar da excitação (fase de persistência auditiva). Desta forma, começa a ser excitado novamente, combinando duas excitações diferentes.

Isso ocorre quando o intervalo de tempo entre o ramo direto e o ramo refletido é maior ou igual a zero, porém menor que 0,1 segundo. O resultado é uma ‘confusão’ auditiva, o que prejudica o discernimento tanto do som direto quanto do refletido. É a chamada continuidade sonora e o que ocorre em auditórios acusticamente mal planejados.

No eco, o som breve refletido chega ao tímpano após este ter sido excitado pelo som direto e ter-se recuperado dessa excitação. Depois de ter voltado completamente ao seu estado natural (completou a fase de persistência auditiva), começa a ser excitado novamente pelo som breve refletido. Isto permite discernir perfeitamente as duas excitações.

Ainda derivado do fenômeno da reflexão do som, é preciso considerar a formação de ondas estacionárias nos campos ondulatórios limitados, como é o caso de colunas gasosas aprisionadas em tubos.

O tubo de Kundt, abaixo ilustrado, permite visualizar através de montículos de pó de cortiça a localização de nós (regiões isentas de vibração e de som) no sistema de ondas estacionárias que se estabelece como resultado da superposição da onda sonora direta e da onda sonora refletida.

Ondas estacionárias

A distância (d) entre dois nós consecutivos é de meio comprimento de onda ( d = ? / 2 ). Sendo a velocidade da onda no gás Vgás = ?×f tem-se Vgás = 2×f×d, o que resulta num processo que permite calcular a velocidade de propagação do som em um qualquer gás! A freqüência f é fornecida pelo oscilador de áudio-freqüência que alimenta o auto-falante.

A REFRAÇÃO do som obedece às leis da refração ondulatória. Este fenômeno caracteriza o desvio sofrido pela frente da onda quando ela passa de um meio para outro, cuja elasticidade (ou compressibilidade, para as ondas longitudinais) seja diferente. Um exemplo seria a onda sonora passar do ar para a água.

Quando uma onda sonora sofre refração, ocorre uma mudança no seu comprimento de onda e na sua velocidade de propagação. Sua frequência, que depende apenas da fonte emissora, se mantém inalterada.

Como já vimos, o som é uma onda mecânica e transporta apenas energia mecânica. Para se deslocar no ar, a onda sonora precisa ter energia suficiente para fazer vibrar as partículas do ar. Para se deslocar na água, precisa de energia suficiente para fazer vibrar as partículas da água. Todo meio material elástico oferece uma certa “resistência” à transmissão de ondas sonoras: é a chamada impedância. A impedância acústica de um sistema vibratório ou meio de propagação, é a OPOSIÇÃO que este oferece à passagem da onda sonora, em função de sua frequência e velocidade.

A impedância acústica (Z) é composta por duas grandezas: a resistência e a reactância. As vibrações produzidas por uma onda sonora não continuam indefinidamente pois são amortecidas pela resistência que o meio material lhes oferece. Essa resistência acústica (R) é função da densidade do meio e, consequentemente, da velocidade de propagação do som neste meio.

A resistência é a parte da impedância que não depende da frequência. É medida em ohms acústicos. A reactância acústica (X) é a parte da impedância que está relacionada com a frequência do movimento resultante (onda sonora que se propaga). É proveniente do efeito produzido pela massa e elasticidade do meio material sobre o movimento ondulatório.

Se existe a impedância, uma oposição à onda sonora, podemos também falar em admitância, uma facilitação à passagem da onda sonora. A admitância acústica (Y) é a recíproca da impedância e define a facilitação que o meio elástico oferece ao movimento vibratório. Quanto maior for a impedância, menor será a admitância e vice-versa. É medida em mho acústico (contrário de ohm acústico).

A impedância também pode ser expressa em unidades rayls (homenagem a Rayleigh). A impedância característica do ar é de 420 rayles, o que significa que há necessidade de uma pressão de 420 N/m2 para se obter o deslocamento de 1 metro, em cada segundo, nas partículas do meio.

Refração do ar para a água

 

Para o som, o ar é mais refringente que a água pois a impedância do ar é maior. Tanto é verdade que a onda sonora se desloca com maior velocidade na água do que no ar porque encontra uma resistência menor.

Falta de ângulo impede a refração e leva à reflexão

Quando uma onda sonora passa do ar para a água, ela tende a se horizontalizar, ou seja, se afasta da normal, a linha marcada em verde (fig.6). O ângulo de incidência em relação à água é importante porque, se não for suficiente, a onda sonora não consegue “entrar” na água e acaba sendo refletida (fig.7).

Refração da água para o ar

A refração, portanto, muda a direção da onda sonora (mas não muda o seu sentido). A refração pode ocorrer num mesmo meio, por exemplo, no ar. Camadas de ar de temperaturas diferentes possuem impedâncias diferentes e o som sofre refrações a cada camada que encontra.

Da água para o ar, o som se aproxima da normal (fig.8). O som passa da água para o ar, qualquer que seja o ângulo de incidência.

Dada a grande importância da impedância, tratada aqui apenas para explicar o fenômeno da refração, ela possui um módulo próprio. É um assunto relevante na geração e na transmissão de sons.

INTERFERÊNCIA

A INTERFERÊNCIA é a conseqüência da superposição de ondas sonoras. Quando duas fontes sonoras produzem, ao mesmo tempo e num mesmo ponto, ondas concordantes, seus efeitos se somam; mas se essas ondas estão em discordância, isto é, se a primeira produz uma compressão num ponto em que a segunda produz uma rarefação, seus efeitos se neutralizam e a combinação desses dois sons provoca o silêncio.

Trombone de Quincke

O trombone de Quincke é um dispositivo que permite constatar o fenômeno da interferência sonora além de permitir a determinação do comprimento de onda. O processo consiste em encaminhar um som simples produzido por uma dada fonte (diapasão, por exemplo) por duas vias diferentes (denominados ‘caminhos de marcha’) e depois reuni-los novamente em um receptor analisador (que pode ser o próprio ouvido).

Observando a fig.9 percebe-se que o som emitido pela fonte percorre dois caminhos: o da esquerda (amarelo), mais longo, e o da direita (laranja), mais curto. As ondas entram no interior do trombone formando ondas estacionárias dentro do tubo. Como o meio no tubo é um só e as ondas sonoras são provenientes de uma mesma fonte, é óbvio que as que percorrem o caminho mais curto cheguem primeiro ao receptor. Depois de um determinado período de tempo, chegam as ondas do caminho mais longo e se misturam às do caminho mais curto: é a interferência. De acordo com as fases em que se encontram as ondas do caminho mais longo e as ondas do caminho mais curto, o efeito pode ser totalmente diverso.

   
Interferência construtiva    Interferência destrutiva

Se as ondas amarelas chegarem em concordância de fase com as ondas laranja, ocorre uma interferência construtiva e, o que se ouve, é um aumento na intensidade do som (fig.10).

Se as ondas amarelas chegarem em oposição de fase com as ondas laranja, ocorre uma interferência destrutiva, o que determina o anulamento ou extinção delas. O resultado é o silêncio.

Dois sons de alturas iguais, ou seja, de freqüências iguais, se reforçam ou se extinguem permanentemente conforme se superponham em concordância ou em oposição de fase.

Batimento

Se suas freqüências não forem rigorosamente iguais, ora eles se superpõem em concordância de fase, ora em oposição de fase, ocorrendo isso a intervalos de tempo iguais, isto é, periodicamente se reforçam e se extinguem. É o fenômeno de batimento e o intervalo de tempo é denominado período do batimento.

Distingue-se um som forte de um som fraco pela intensidade. Distingue-se um som agudo de um som grava pela altura. Distingue-se o som de um violino do som de uma flauta pelo timbre.

EFEITO DOPPLER

O EFEITO DOPPLER é conseqüência do movimento relativo entre o observador e a fonte sonora, o que determina uma modificação aparente na altura do som recebido pelo observador.

Efeito Doppler

O efeito doppler ocorre quando um som é gerado ou refletido por um objeto em movimento. Um efeito doppler ao extremo causa o chamado estrondo sônico. Se tiver curiosidade, leia mais sobre o assunto em “A Barreira Sônica”. A seguir, veja um exemplo para explicar o efeito doppler.

Imagine-se parado numa calçada. Em sua direção vem um automóvel tocando a buzina, a uma velocidade de 60 km/h. Você vai ouvir a buzina tocando uma “nota” enquanto o carro se aproxima (como o observador 2 da fig.13) porém, quando ele passar por você (como o observador 1 da fig.13), o som da buzina repentinamente desce para uma “nota” mais baixa – o som passa de mais agudo para mais grave. Esta mudança na percepção do som se deve ao efeito doppler.

A velocidade do som através do ar é fixa. Para simplificar, digamos que seja de 300 m/s. Se o carro estiver parado a uma distância de 1.500 metros e tocar a buzina durante 1 minuto, você ouvirá o som da buzina após 5 segundos pelo tempo de 1 minuto.

Porém, se o carro estiver em movimento, vindo em sua direção a 90 km/h, o som ainda será ouvido com um atraso de 5 segundos, mas você só ouvirá o som por 55 segundos (ao invés de 1 minuto). O que ocorre é que, após 1 minuto o carro estará ao seu lado (90 km/h = 1.500 m/min) e o som, ao fim de 1 minuto, chega até você instantaneamente. Da sua perspectiva, a buzinada de 1 minuto foi “empacotada” em 55 segundos, ou seja, o mesmo número de ondas sonoras foi comprimida num menor espaço de tempo. Isto significa que a frequência foi aumentada e você percebe o som da buzina como mais agudo.

Quando o automóvel passa por você e se distancia, ocorre o processo inverso – o som é expandido para preencher um tempo maior. Mesmo número de ondas num espaço de tempo maior significa uma frequência menor e um som mais grave.

Fonte: www.numaboa.com.b

Reflexão do Som

Se você joga uma bola de borracha perpendicularmente contra uma parede, ela bate na parede e volta na mesma direção. Se a bola é jogada obliquamente contra a parede, depois de bater ela se desvia para outra direção. Nos dois casos a bola foi refletida pela parede. O mesmo acontece com as ondas sonoras.

Timbre: o “documento de identidade” dos instrumentos

Todo instrumento musical tem o seu timbre, isto é, seu som característico. Assim, o acordeão e o violão podem emitir uma mesma nota musical, de mesma freqüência e intensidade, mas será fácil distinguir o som de um e do outro.

Na música, o importante não é a freqüência do som emitido pelos diversos instrumentos, mas sim a relação entre as diversas freqüências de cada um. Os, por exemplo, um dó e um mi são tocados ao mesmo tempo, o som que ouvimos é agradável e nos dá uma sensação de música acabada. Mas, se forem tocadas simultaneamente o fá e o sí, ou sí e o ré, os sons resultantes serão desagradáveis, dando a sensação de que falta alguma coisa para completá-las. Isso acontece porque, no primeiro caso, as relações entre freqüências são compostas de números pequenos, enquanto no segundo, esses números são relativamente grandes.

Com o progresso da eletrônica, novos instrumentos foram produzidos, como a guitarra elétrica, o órgão eletrônico etc., que nos proporcionam novos timbres.

O órgão eletrônico chega mesmo a emitir os sons dos outros instrumentos. Ele pode ter, inclusive, acompanhamento de bateria, violoncelo, contrabaixo e outros, constituindo-se numa autentica orquestra eletrônica, regida por um maestro: executante da música.

Características das ondas

As ondas do mar são semelhantes às que se formam numa corda: apresentam pontos mais elevados – chamados cristas ou montes – e pontos mais baixos – chamados vales ou depressões.

As ondas são caracterizadas pelos seguintes elementos:

Amplitude – que vai do eixo médio da onda até o ponto mais auto de uma crista ou até o ponto mais baixo de um vale.

Comprimento da onda – distâncias entre duas cristas sucessivas ou entre dois vales sucessivos.

Freqüência – números de ondas formadas em 1s; a frequência é medida em hertz: 1 Hz eqüivale a uma onda por segundo;

Período – tempo gasto para formar uma onda. O período é o inverso da freqüência.

Tipos de onda

Ondas como as do mar ou as que se formam quando movimentamos uma corda vibram nas direções vertical, mas se propagam na direção horizontal. Nessas ondas, chamadas ondas transversais, a direção de vibração é perpendicular à direção de propagação.

Existem ondas que vibram na mesma direção em que se propagam: são as ondas longitudinais. Pegue uma mola e fixe uma de suas extremidades no teto. Pela outra extremidade, mantenha a mola esticada e puxe levemente uma das espirais para baixo. Em seguida, solte a mola. Você verá que esta perturbação se propaga até o teto prodazido na mola zonas de compressão e distensão.

Estudo do som

Encoste a mão na frente de seu pescoço e emita um som qualquer. Você vai sentir a garganta vibrar enquanto dura o som de sua voz. O som produzido resulta de um movimento vibratório das cordas vocais, que provoca uma perturbação no ar a sua volta, cujo efeito é capaz de impressionar o ouvido.

Quando uma lâmina de aço vibra, ela também provoca uma perturbação no ar em sua volta. Propagando-se pelo ar, essa perturbação produz regiões de compressão e distensão. Como nosso aparelho auditivo é sensível e essa vibração do ar, podemos percebê-las sob a forma de som.

Além das cordas vocais e lâminas de aço, existem inúmeros outros corpos capazes de emitir som. Corpos com essa capacidade são denominados fontes sonoras. Como exemplo, podemos citar os diapasões, os sinos, as membranas, as palhetas e os tubos.

Freqüência do som audível

O ouvido humano só é capaz de perceber sons de freqüências compreendidas entre 16Hz e 20.000Hz, aproximadamente. Os infra-sons, cuja freqüência é inferior a 16Hz, e os ultra-sons, cuja freqüência é superior a 20.000Hz, não são captados por nosso olvido, mas são percebidos por alguns animais, como os cães, que ouvem sons de 25.000Hz, e os morcegos, que chegam a ouvir sons de até 50.000Hz.

Propagação do som

O som exige um meio material para propagar-se. Esse meio pode ser sólido, líquido ou gasoso.

O som não se propaga no vácuo, o q poder ser comprovado pela seguinte experiência: colocando um despertador dentro de uma campânula onde o ar é rarefeito, isto é, onde se fez “vácuo”, o som da campainha praticamente deixa de ser ouvido.

Velocidade do som

A propagação do som não é instantânea. Podemos verificar esse fato durante as tempestades: o trovão chega aos nossos ouvidos segundos depois do relâmpago, embora ambos os fenômenos (relâmpago e trovão) se formem ao mesmo tempo. (A propagação da luz, neste caso o relâmpago, também não é instantânea, embora sua velocidade seja superior à do som.)

Assim, o som leva algum tempo para percorrer determinada distância. E a velocidade de sua propagação depende do meio em que ele se propaga e da temperatura em que esse meio se encontra.

No ar, a temperatura de 15ºC a velocidade do som é de cerca de 340m/s. Essa velocidade varia em 55cm/s para cada grau de temperatura acima de zero. A 20ºC, a velocidade do som é 342m/s, a 0ºC, é de 331m/s.

Na água a 20ºC, a velocidade do som é de aproximadamente 1130m/s. Nos sólidos, a velocidade depende da natureza das substâncias.

Qualidades fisiológicas do som

A todo instante distinguimos os mais diferentes sons. Essa diferenças que nossos ouvidos percebem se devem às qualidades fisiológicas do som: altura, intensidade e timbre.

Altura

Mesmo sem conhecer música, é fácil distinguir o som agudo (ou fino) de um violino do som grave (ou grosso) de um violoncelo. Essa qualidade que permite distinguir um som grave de um som agudo se chama altura. Assim, costuma-se dizer qu o som do violino é alto e o do violoncelo é baixo. A altura de um som depende da freqüência, isto é, do número de vibrações por segundo. Quanto maior a freqüência mais agudo é o som e vice versa. Por sua vez, a freqüência depende do comprimento do corpo que vibra e de sua elasticidade; Quanto maior a atração é mais curta for uma corda de violão, por exemplo, mais agudo vai será o som por ela emitido.

Você pode constatar também a diferença de freqüências usando um pente que tenha dentes finos e grossos. Passando os dentes do pente na bosta de um cartão você ouvirá dois tipos de som emitidos pelo cartão: o som agudo, produzido pelos dentes finos (maior freqüência), e o som grave, produzido pelos dentes mais grossos (menor freqüência).

Intensidade

é a qualidade que permite distinguir um som forte de um som fraco. Ele depende da amplitude de vibração: quanto maior a amplitude mais forte é o som e vice versa.

Na prática não se usa unidades de intensidade sonora, mas de nível de intensidade sonora, uma grandeza relacionada à intensidade sonora e à forma como o nosso ouvido reage a essa intensidade. Essas unidades são o bel e o seu submúltiplo o decibel (dB), que vale 1 décimo do bel. O ouvido humano é capaz de suportar sons de até 120dB, como é o da buzina estridente de um carro. O ruído produzido por um motor de avião a jato a poucos metros do observador produz um som de cerca de 140dB, capaz de causar estímulos dolorosos ao ouvido humano. A agitação das grandes cidades provocam a chamada poluição sonora composta dos mais variados ruídos: motores e buzinas de automóveis, martelos de ar comprimido, rádios, televisores e etc. Já foi comprovado que uma exposição prolongada a níveis maiores que 80dB pode causar dano permanente ao ouvido. A intensidade diminui à medida que o som se propaga ou seja, quanto mais distante da fonte, menos intenso é o som.

Timbre – imagine a seguinte situação: um ouvinte que não entende de música está numa sala, ao lado da qual existe outra sala onde se encontram um piano e um violino. Se uma pessoa tocar a nota dó no piano e ao mesmo tempo outra pessoa tocar a nota dó no violino, ambas com a mesma força os dois sons terão a mesma altura (freqüência) e a mesma intensidade. Mesmo sem ver os instrumentos, o ouvinte da outra sala saberá distinguir facilmente um som de outro, porque cada instrumento tem seu som caracterizado, ou seja, seu timbre.

Podemos afirmar, portanto, que timbre é a qualidade que nos permite perceber a diferença entre dois sons de mesma altura e intensidade produzidos por fontes sonoras diferentes.

Fonte: www.crazymania.com.br