Som. Quando um tambor é tocado, a pele vibra e as vibrações são transmitidas pelo ar na forma de ondas sonoras . Quando atingem o ouvido, essas ondas produzem a sensação de som.
Termos usados ​​no estudo do somAcústica é a ciência do som e de seus efeitos nas pessoas. Condensação é uma região de uma onda sonora em que o meio sonoro é mais denso que o normal.Decibel (dB) é a unidade usada para medir a intensidade do som. um som. Um tom de 3.000 hertz de 0 dB é o som mais suave que um ouvido humano normal pode ouvir. A frequência de um som é o número de ondas sonoras que passam por um determinado ponto a cada segundo. Hertz é a unidade usada para medir a frequência das ondas sonoras. Um hertz equivale a um ciclo (vibração ou onda sonora) por segundo. A intensidade de um som é uma medida da potência de suas ondas. irritante e perturbador.Tom é o grau de intensidade ou intensidade de um som conforme o ouvimos.Rarefação é uma região em uma onda sonora na qual a densidade do meio sonoro é menor que o normal.Freqüência de ressonância é a frequência na qual um o objeto vibraria naturalmente se fosse perturbado. O meio sonoro é uma substância na qual as ondas sonoras viajam. O ar, por exemplo, é um meio sonoro. A qualidade do som, também chamada de timbre, é uma característica dos sons musicais. A qualidade do som distingue entre notas da mesma frequência e intensidade produzidas por diferentes instrumentos musicais. O ultrassom é o som com frequências acima da faixa da audição humana - ou seja, acima de 20.000 hertz. ponto correspondente na próxima onda.
Tecnicamente, o som é definido como uma perturbação mecânica que viaja através de um meio elástico – um material que tende a retornar à sua condição original após ser deformado. O meio não precisa ser ar. Metal, madeira, pedra, vidro, água e muitas outras substâncias conduzem o som – muitas delas ainda melhor que o ar.


Conteúdo

1. Noções básicas de som
2. Ondas Sonoras
3. Velocidade do Som
4. O comportamento de uma onda sonora
5. Qualidade de som
6. História do Som

Os princípios básicos do som

Existem muitas fontes de som. Os tipos familiares incluem a vibração das cordas vocais de uma pessoa, cordas vibrantes (piano, violino), uma coluna vibratória de ar (trompete, flauta) e sólidos vibrantes (uma porta quando alguém bate). É impossível listá-los todos porque qualquer coisa que provoque perturbação a um meio elástico é uma fonte de som.

O som pode ser descrito em termos de altura – desde o estrondo baixo de um trovão distante até o zumbido agudo de um mosquito – e volume. O tom e o volume, entretanto, são qualidades subjetivas; eles dependem em parte do sentido de audição do ouvinte. As qualidades objetivas e mensuráveis ​​do som incluem frequência e intensidade, que estão relacionadas ao tom e ao volume. Esses termos, assim como outros usados ​​na discussão do som, são melhor compreendidos através do exame das ondas sonoras e de seu comportamento.



Velocidade do som em vários meios
Médio Velocidade em pés por segundo Velocidade em metros por segundo Ar a 59 graus F. (15 graus C) 1.116340 Alumínio 16.0005.000 Tijolo 11.9803.650 Água destilada a 77 graus F. (25 graus C) 4.9081.496 Vidro 14.9004.540 Água do mar a 77 graus F. (25 graus C)5.0231.531Aço17.1005.200Madeira (bordo)13.4804.110

Ondas Sonoras

O ar, como toda matéria, consiste em moléculas. Mesmo uma pequena região de ar contém um grande número de moléculas de ar. As moléculas estão em constante movimento, viajando aleatoriamente e em grande velocidade. Eles constantemente colidem e ricocheteiam uns nos outros e atacam e ricocheteiam em objetos que estão em contato com o ar.

Quando um objeto vibra, ele produz ondas sonoras no ar. Por exemplo, quando a pele de um tambor é atingida com um martelo, a pele vibra e produz ondas sonoras. A pele vibrante produz ondas sonoras porque se move alternadamente para fora e para dentro, empurrando e depois afastando-se do ar próximo a ela. As partículas de ar que atingem a pele enquanto ela se move para fora ricocheteiam com mais energia e velocidade do que o normal, tendo recebido um empurrão da pele.



Essas moléculas que se movem mais rapidamente movem-se para o ar circundante. Por um momento, a região próxima à pele do tambor apresenta uma concentração de moléculas de ar maior que o normal – torna-se uma região de compressão. À medida que as moléculas que se movem mais rapidamente ultrapassam as moléculas de ar no ar circundante, colidem com elas e transmitem a sua energia extra. A região de compressão se move para fora à medida que a energia da pele vibrante é transferida para grupos de moléculas cada vez mais distantes.

As moléculas de ar que atingem a pele enquanto ela se move para dentro ricocheteiam nela com menos energia e velocidade do que o normal. Por um momento, a região próxima à pele do tambor tem menos moléculas de ar do que o normal – torna-se uma região de rarefação. As moléculas que colidem com essas moléculas mais lentas também ricocheteiam com menos velocidade do que o normal, e a região de rarefação viaja para fora.
Características das ondas sonoras
A natureza do som é capturada através de suas características fundamentais:comprimento de onda (a distância entre os picos das ondas), amplitude (a altura da onda, correspondente ao volume), frequência (o número de ondas que passam por um ponto por segundo, relacionado ao tom), período de tempo (o tempo que leva para ocorrer um ciclo completo de onda) e velocidade (a velocidade com que a onda viaja através de um meio). Essas propriedades se entrelaçam para criar a assinatura única de cada som que ouvimos.

A natureza ondulatória do som torna-se aparente quando um gráfico é desenhado para mostrar as mudanças na concentração das moléculas de ar em algum ponto à medida que os pulsos alternados de compressão e rarefação passam por aquele ponto. O gráfico para um único tom puro, como aquele produzido por um diapasão vibrante, mostraria uma onda senoidal (ilustrada aqui). A curva mostra as mudanças na concentração. Começa, arbitrariamente, em algum momento em que a concentração está normal e um pulso de compressão acaba de chegar. A distância de cada ponto da curva ao eixo horizontal indica o quanto a concentração varia do normal.

Cada compressão e a seguinte rarefação constituem um ciclo. (Um ciclo também pode ser medido de qualquer ponto da curva até o próximo ponto correspondente.) A frequência de um som é medida em ciclos por segundo ou hertz (abreviado como Hz). A amplitude é a maior quantidade pela qual a concentração de moléculas de ar varia do normal.

O comprimento de onda de um som é a distância que a perturbação percorre durante um ciclo. Está relacionado à velocidade e frequência do som pela fórmula velocidade/frequência =comprimento de onda. Isso significa que os sons de alta frequência têm comprimentos de onda curtos e os sons de baixa frequência têm comprimentos de onda longos. O ouvido humano pode detectar sons com frequências tão baixas quanto 20 Hz e tão altas quanto 20.000 Hz. No ar parado à temperatura ambiente, os sons com essas frequências têm comprimentos de onda de 75 pés (23 m) e 0,68 polegadas (1,7 cm), respectivamente.

Intensidade refere-se à quantidade de energia transmitida pela perturbação. É proporcional ao quadrado da amplitude. A intensidade é medida em watts por centímetro quadrado ou em decibéis (db). A escala de decibéis é definida da seguinte forma:Uma intensidade de 10-16 watts por centímetro quadrado é igual a 0 db. (Escrito em formato decimal, 10-16 aparece como 0,0000000000000001.) Cada aumento de dez vezes em watts por centímetro quadrado significa um aumento de 10 db. Assim, uma intensidade de 10-15 watts por centímetro quadrado também pode ser expressa como 10 db e uma intensidade de 10-4 (ou 0,0001) watts por centímetro quadrado como 120 db.

A intensidade do som cai rapidamente com o aumento da distância da fonte. Para uma pequena fonte sonora que irradia energia uniformemente em todas as direções, a intensidade varia inversamente com o quadrado da distância da fonte. Isto é, a uma distância de 60 centímetros da fonte a intensidade é um quarto maior do que a uma distância de 30 centímetros; com um metro é apenas um nono do tamanho de um pé, etc.

Argumento de venda

O tom depende da frequência; em geral, um aumento na frequência causa uma sensação de aumento do tom. A capacidade de distinguir entre dois sons de frequência próxima, entretanto, diminui nas partes superior e inferior da faixa de frequência audível. Também existe variação de pessoa para pessoa na capacidade de distinguir entre dois sons com quase a mesma frequência. Alguns músicos treinados podem detectar diferenças de frequência tão pequenas quanto 1 ou 2 Hz.

Devido ao funcionamento do mecanismo auditivo, a percepção do tom também é afetada pela intensidade. Assim, quando um diapasão vibrando a 440 Hz (a frequência de lá acima do dó médio no piano) é aproximado do ouvido, ouve-se um tom ligeiramente mais baixo, como se o diapasão estivesse vibrando mais lentamente.

Quando a fonte de um som está se movendo a uma velocidade relativamente alta, um ouvinte parado ouve um som de tom mais alto quando a fonte está se movendo em sua direção e um som de tom mais baixo quando a fonte está se afastando. Este fenômeno, conhecido como efeito Doppler, é devido à natureza ondulatória do som.

Volume

Em geral, um aumento na intensidade causará uma sensação de aumento de volume. Mas o volume não aumenta em proporção direta com a intensidade. Um som de 50 dB tem dez vezes a intensidade de um som de 40 dB, mas é apenas duas vezes mais alto. A intensidade dobra a cada aumento de 10 dB na intensidade.

A intensidade também é afetada pela frequência porque o ouvido humano é mais sensível a algumas frequências do que a outras. O limiar de audição – a intensidade sonora mais baixa que produzirá a sensação de audição para a maioria das pessoas – é de cerca de 0 dB na faixa de frequência de 2.000 a 5.000 Hz. Para frequências abaixo e acima desta faixa, os sons devem ter maior intensidade para serem ouvidos. Assim, por exemplo, um som de 100 Hz é quase inaudível a 30 dB; um som de 10.000 Hz é quase inaudível a 20 dB. Entre 120 e 140 dB, a maioria das pessoas sente desconforto físico ou dor real, e esse nível de intensidade é conhecido como limiar da dor.
Ondas Transversais vs. Ondas Longitudinais
Quando visualizamos ondas, muitas vezes pensamos em ondas transversais – como as ondas ondulantes numa praia – onde o movimento da onda é perpendicular à direção da transferência de energia. No entanto, as ondas sonoras são de um tipo totalmente diferente – uma onda longitudinal. Em ondas sonoras longitudinais, como as ondas sonoras produzidas por uma pele vibrante ou por nossas cordas vocais, as partículas do meio se movem paralelamente à direção de deslocamento da onda. Este movimento cria áreas de compressão e rarefação no meio – seja ar, água ou um sólido – que os nossos ouvidos interpretam como som. Compreender a diferença entre ondas longitudinais e transversais é fundamental para a compreensão do som.

Velocidade do Som

A velocidade do som depende da elasticidade e da densidade do meio através do qual ele viaja. Em geral, o som viaja mais rápido em líquidos do que em gases e mais rápido em sólidos do que em líquidos. Quanto maior a elasticidade e menor a densidade, mais rápido o som se move no meio. A relação matemática é velocidade =(elasticidade/densidade).

O efeito da elasticidade e da densidade na velocidade do som pode ser visto comparando a velocidade do som no ar, no hidrogênio e no ferro. O ar e o hidrogênio têm quase as mesmas propriedades elásticas, mas a densidade do hidrogênio é menor que a do ar. O som viaja mais rápido (cerca de 4 vezes mais rápido) no hidrogênio do que no ar. Embora a densidade do ar seja muito menor que a do ferro, a elasticidade do ferro é muito maior que a do ar. O som viaja mais rápido (cerca de 14 vezes mais rápido) no ferro do que no ar.



A velocidade do som num material, particularmente num gás ou líquido, varia com a temperatura porque uma mudança na temperatura afecta a densidade do material. No ar, por exemplo, a velocidade do som aumenta com o aumento da temperatura. A 32°F. (0 °C), a velocidade do som no ar é 1.087 pés por segundo (331 m/s); a 68°F. (20 °C), é 1.127 pés por segundo (343 m/s).

Os termos subsônico e supersônico referem-se à velocidade de um objeto, como um avião, em relação à velocidade do som no ar circundante. A velocidade subsônica está abaixo da velocidade do som; uma velocidade supersônica está acima da velocidade do som. Um objeto viajando em velocidade supersônica produz ondas de choque em vez de ondas sonoras comuns. Uma onda de choque é uma onda de compressão que, quando produzida no ar, geralmente pode ser ouvida como um estrondo sônico.

As velocidades dos objetos supersônicos são frequentemente expressas em termos do número Mach – a razão entre a velocidade do objeto e a velocidade do som no ar circundante. Assim, um objeto viajando a Mach 1 está viajando à velocidade do som; em Mach 2, ele viaja a uma velocidade duas vezes maior que a do som.

O comportamento de uma onda sonora

Assim como as ondas de luz e outras ondas, as ondas sonoras são refletidas, refratadas e difratadas e exibem interferência.

Reflexão

O som é constantemente refletido em muitas superfícies diferentes. Na maioria das vezes, o som refletido não é percebido, porque dois sons idênticos que chegam ao ouvido humano com menos de 1/15 de segundo de intervalo não podem ser distinguidos como sons separados. Quando o som refletido é ouvido separadamente, é chamado de eco.



O som é refletido de uma superfície no mesmo ângulo em que atinge a superfície. Este fato permite focar o som por meio de superfícies refletoras curvas, da mesma forma que espelhos curvos podem ser usados ​​para focar a luz. Também explica os efeitos das chamadas galerias de sussurros, salas nas quais uma palavra sussurrada num ponto pode ser ouvida distintamente em algum outro ponto bastante distante, embora não possa ser ouvida em nenhum outro lugar da sala. (O National Statuary Hall do Capitólio dos Estados Unidos é um exemplo.) A reflexão também é usada para focar o som em um megafone e ao chamar com as mãos em concha.

A reflexão do som pode representar um sério problema em salas de concerto e auditórios. Numa sala mal concebida, a primeira palavra de um orador pode reverberar (ecoar repetidamente) durante vários segundos, de modo que os ouvintes possam ouvir todas as palavras de uma frase ecoando ao mesmo tempo. A música pode ser distorcida de forma semelhante. Tais problemas geralmente podem ser corrigidos cobrindo as superfícies refletoras com materiais absorventes de som, como cortinas ou telhas acústicas. As roupas também absorvem o som; por esta razão, a reverberação é maior numa sala vazia do que numa sala cheia de gente. Todos esses materiais absorventes de som são porosos; as ondas sonoras que entram nos pequenos espaços cheios de ar saltam neles até que sua energia se esgote. Eles estão, na verdade, presos.

A reflexão do som é usada por alguns animais, principalmente morcegos, para ecolocalização – localizar e, em alguns casos, identificar objetos através do sentido da audição, e não do sentido da visão. Os morcegos emitem rajadas de som em frequências muito além dos limites superiores da audição humana. Sons com comprimentos de onda curtos são refletidos mesmo em objetos muito pequenos. Um morcego pode localizar e capturar infalivelmente até mesmo um mosquito na escuridão total. Sonar é uma forma artificial de ecolocalização.

Refração

Quando uma onda passa de um material para outro em determinado ângulo, ela geralmente muda de velocidade, fazendo com que a frente da onda se dobre. A refração do som pode ser demonstrada em um laboratório de física usando um balão em forma de lente cheio de dióxido de carbono para focar as ondas sonoras.

Difração

Quando as ondas sonoras passam ao redor de um obstáculo ou através de uma abertura em um obstáculo, a borda do obstáculo ou da abertura atua como uma fonte sonora secundária, enviando ondas da mesma frequência e comprimento de onda (mas de menor intensidade) que a fonte original. A propagação das ondas sonoras da fonte secundária é chamada de difração. Devido a esse fenômeno, o som pode ser ouvido nos cantos, apesar do fato de que as ondas sonoras geralmente viajam em linha reta.

Interferência

Sempre que as ondas interagem, ocorre interferência. Para as ondas sonoras, o fenómeno talvez seja melhor compreendido pensando em termos das compressões e rarefações das duas ondas à medida que chegam a algum ponto. Quando as ondas estão em fase de modo que suas compressões e rarefações coincidem, elas se reforçam (interferência construtiva). Quando estão fora de fase, de modo que as compressões de um coincidem com as rarefações do outro, tendem a enfraquecer-se ou até mesmo anular-se (interferência destrutiva). A interação entre as duas ondas produz uma onda resultante.

Nos auditórios, a interferência destrutiva entre o som do palco e o som refletido de outras partes da sala pode criar pontos mortos nos quais tanto o volume quanto a clareza do som são ruins. Essa interferência pode ser reduzida pelo uso de materiais absorventes de som em superfícies refletoras. Por outro lado, a interferência pode melhorar as qualidades acústicas de um auditório. Isto é feito organizando as superfícies refletoras de tal forma que o nível do som seja realmente aumentado na área onde o público está sentado.

A interferência entre duas ondas de frequências quase iguais, mas não exatamente iguais, produz um tom de intensidade alternadamente crescente e decrescente porque as duas ondas entram e saem de fase continuamente. As pulsações ouvidas são chamadas de batidas. Os afinadores de piano fazem uso desse efeito, ajustando o tom de uma corda em relação ao de um diapasão padrão até que as batidas não possam mais ser ouvidas.
O som é uma onda de pressão
As ondas sonoras são fundamentalmente ondas de pressão, viajando através da compressão e rarefação de partículas dentro de um meio. As ondas sonoras consistem em áreas onde as partículas estão agrupadas, seguidas por áreas onde estão espalhadas. Estas regiões de alta e baixa pressão propagam-se através de ambientes como ar, água ou sólidos, à medida que a energia da onda sonora se move de partícula para partícula. É a rápida variação de pressão que um tímpano detecta e o cérebro decodifica nos sons que ouvimos.

Qualidade de som

Sons de uma única frequência pura são produzidos apenas por diapasões e dispositivos eletrônicos chamados osciladores; a maioria dos sons é uma mistura de tons de diferentes frequências e amplitudes. Os tons produzidos pelos instrumentos musicais têm uma característica importante em comum:são periódicos, ou seja, as vibrações ocorrem em um padrão repetitivo. O traço do osciloscópio do som de uma trombeta mostra esse padrão. Para a maioria dos sons não musicais, como os de um balão estourando ou de uma pessoa tossindo, o traçado do osciloscópio mostraria um padrão irregular e irregular, indicando uma confusão de frequências e amplitudes.

Uma coluna de ar, como a de uma trombeta, e uma corda de piano têm uma frequência fundamental – a frequência na qual vibram mais prontamente quando colocadas em movimento. Para uma coluna vibratória de ar, essa frequência é determinada principalmente pelo comprimento da coluna. (As válvulas da trombeta são usadas para alterar o comprimento efetivo da coluna.) Para uma corda vibrante, a frequência fundamental depende do comprimento da corda, sua tensão e sua massa por unidade de comprimento.



Além de sua frequência fundamental, uma corda ou coluna vibratória de ar também produz tons harmônicos com frequências que são múltiplos de números inteiros da frequência fundamental. É o número de tons produzidos e sua força relativa que confere ao tom musical de uma determinada fonte sua qualidade ou timbre distinto. A adição de mais tons produziria um padrão complicado, como o do traço do osciloscópio do som da trombeta.

Como a frequência fundamental de uma corda vibrante depende do comprimento, tensão e massa da corda por unidade de comprimento é descrita por três leis:

1. A frequência fundamental de uma corda vibrante é inversamente proporcional ao seu comprimento.

Reduzir o comprimento de uma corda vibrante pela metade dobrará sua frequência, aumentando o tom em uma oitava, se a tensão permanecer a mesma.

2. A frequência fundamental de uma corda vibrante é diretamente proporcional à raiz quadrada da tensão.

Aumentar a tensão de uma corda vibrante aumenta a frequência; se a tensão for quatro vezes maior, a frequência será duplicada e o tom será aumentado em uma oitava.

3. A frequência fundamental de uma corda vibrante é inversamente proporcional à raiz quadrada da massa por unidade de comprimento.

Isso significa que de duas cordas do mesmo material e com o mesmo comprimento e tensão, a corda mais grossa tem a frequência fundamental mais baixa. Se a massa por unidade de comprimento de uma corda for quatro vezes maior que a da outra, a corda mais grossa terá uma frequência fundamental metade da da corda mais fina e produzirá um tom uma oitava abaixo.

História do Som

Uma das primeiras descobertas sobre o som foi feita no século VI a.C. pelo matemático e filósofo grego Pitágoras. Ele notou a relação entre o comprimento de uma corda vibrante e o tom que ela produz – o que hoje é conhecido como a primeira lei das cordas. Pitágoras também pode ter entendido que a sensação do som é causada por vibrações. Não muito tempo depois, reconheceu-se que essa sensação depende de vibrações que viajam pelo ar e atingem o tímpano.

Por volta de 1640, o matemático francês Marin Mersenne conduziu os primeiros experimentos para determinar a velocidade do som no ar. Mersenne também é responsável pela descoberta da segunda e terceira leis das cordas. Em 1660, o cientista britânico Robert Boyle demonstrou que a transmissão do som exigia um meio — mostrando que o toque de um sino numa jarra de onde o ar tinha sido bombeado não podia ser ouvido.



Ernst Chladni, um físico alemão, fez extensas análises de vibrações sonoras durante o final do século XVIII e início do século XIX. No início de 1800, o matemático francês Fourier descobriu que ondas complexas como as produzidas por uma corda vibrante com todos os seus tons harmônicos consistem em uma série de ondas periódicas simples.

Uma importante contribuição para a compreensão da acústica foi feita por Wallace Clement Sabine, físico da Universidade de Harvard, no final da década de 1890. Sabine foi convidada a melhorar a acústica da sala de aula principal do Fogg Art Museum de Harvard. Ele foi o primeiro a medir o tempo de reverberação – que descobriu ser de 5 segundos e meio na sala de aula. Experimentando primeiro almofadas de assento de um teatro próximo e, mais tarde, outros materiais de absorção de som e outros métodos, Sabine lançou as bases para a acústica arquitetônica. Ele projetou o Boston Symphony Hall (inaugurado em 1900), o primeiro edifício com acústica formulada cientificamente.

Na segunda metade do século XX, o nível crescente de ruído no mundo moderno — particularmente nas áreas urbanas — motivou toda uma nova série de investigações, tratando em grande parte dos efeitos fisiológicos e psicológicos do ruído nos seres humanos.

Este artigo foi atualizado em conjunto com a tecnologia de IA, depois verificado e editado por um editor do HowStuffWorks.