Som

Nós explicamos o que o som, suas características, como ocorre e os tipos que são

figura 1. Ruptura da barreira do som

Qual é o som?

Ele som É definido como um distúrbio que, ao se espalhar em um ar médio, produz alternadamente compressões e expansões. Essas mudanças na pressão e na densidade do ar atingem a orelha e são interpretadas pelo cérebro como sensações auditivas.

Os sons acompanham a vida desde a sua criação, fazendo parte das ferramentas que os animais precisam se comunicar e com o ambiente. Algumas pessoas dizem que as plantas também ouvem, mas, em qualquer caso.

Além de usar o som para se comunicar através da fala, as pessoas o usam como uma expressão artística através da música. Todas as culturas, antigas e recentes, têm manifestações musicais de todos os tipos, através dos quais suas histórias, costumes, crenças religiosas e sentimentos.

Características de som (propriedades)

Na sua forma mais simples, uma onda sonora pode ser descrita como uma onda sinusoidal, espalhando -se com o tempo e o espaço, como o que é menor. Aí é observado que a onda é periódica, ou seja, tem uma forma que é repetida ao longo do tempo.

Sendo uma onda longitudinal, a direção de propagação e a direção em que as partículas do meio que vibram são iguais são iguais.

Parâmetros de onda sonora

Figura 2. O som é uma onda longitudinal, o distúrbio se espalha na mesma direção em que as moléculas experimentam seu deslocamento. Fonte: Wikimedia Commons.

Os parâmetros de uma onda sonora são:

• T -Período: É o tempo necessário para repetir uma fase de onda. No sistema internacional, é medido em segundos.
• Ciclo: É a parte da onda contida dentro do período e cobre de um ponto a outro que tem a mesma altura e a mesma inclinação. Pode ser de um vale para o outro, de uma crista para a seguinte ou de qualquer ponto a outro que atenda à especificação descrita.
• Comprimento de onda λ: É a distância entre uma crista e outra da onda, entre um vale e outro, ou em geral entre um ponto e o outro com a mesma altura e pendente. Ser um comprimento é medido em metros, embora outras unidades sejam mais apropriadas, dependendo do tipo de onda.
• Frequência f: É definido como o número de ciclos por unidade de tempo. Sua unidade é o Hertz (Hz).
• Amplitude a: corresponde à altura máxima da onda em relação ao eixo horizontal.

Como o som produz e se propaga?

O som ocorre quando um objeto imerso em um meio material é vibrado. À medida que a perturbação se espalha, a energia é transmitida às moléculas médias, que interagem entre si, através de expansões e compressões. Um meio de material é sempre necessário para se espalhar, seja sólido, líquido ou gás.

Quando o distúrbio do ar atinge o ouvido, as variações na pressão do ar fazem do tímpano vibrar. Isso resulta em impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro pelo nervo auditivo e, uma vez que os impulsos são traduzidos para o som.

A velocidade do som

A velocidade das ondas mecânicas em um determinado meio segue esse relacionamento:

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O som é uma onda mecânica, portanto a velocidade do som em um meio dependerá de quão compressível é (propriedade elástica) e quão densos (propriedade inercial).

Por exemplo, ao se propagar em um gás como o ar, a velocidade do som pode ser calculada como:

Onde b é o módulo de compressibilidade do ar ou médio e ρ sua densidade. No ar, a velocidade do som é de 343 m/s, mas esse valor, embora possa ser considerado constante para muitas aplicações, é afetado por outras variáveis, como temperatura.

Quando a temperatura aumenta, a velocidade do som também faz, uma vez que as moléculas médias estão mais dispostas a vibrar e transmitir a vibração através de seus movimentos. A pressão por outro lado não afeta seu valor.

Relação entre comprimento de onda e frequência

Já vimos que o tempo que leva para a onda completar um ciclo é o período, enquanto a distância percorrida nesse período é equivalente a um comprimento de onda. Portanto, a velocidade V do som é definida como:

V = λ/t

Por outro lado, a frequência e o período estão relacionados, sendo um inverso do outro, como este:

F = 1/t

O que leva a:

v = λ.F

A faixa de frequência audível em humanos é entre 20 e 20.000 Hz, portanto, o comprimento de onda do som está entre 1.7 cm e 17 m ao substituir os valores na equação anterior.

Esses comprimentos de onda são do tamanho de objetos comuns, o que influencia a propagação do som, uma vez que é uma onda, experimenta reflexão, refração e difração quando você encontra obstáculos.

Experimentar difração significa que o som é afetado quando funciona com obstáculos e aberturas cujo tamanho é semelhante ao seu comprimento de onda menor ou menor.

Sons graves podem se espalhar melhor por longas distâncias, para que os elefantes usem infra -folhas (sons de frequência muito baixa, inaudíveis ao ouvido humano) para se comunicar através de seus extensos territórios.

Além disso, quando há música em uma sala próxima, os baixos são ouvidos melhor do que os agudos, porque seu comprimento de onda é mais ou menos semelhante ao tamanho de portas e janelas. Por outro lado, quando saem da sala, os sons agudos são facilmente perdidos e é por isso que eles param de ouvir.

Como o som é medido?

O som consiste em uma série de compressões e rarefações do ar, de modo que, ao se espalhar, o som causa aumenta e diminui a pressão. No sistema internacional, a pressão é medida em Pascal, que é abreviado PA.

O que acontece é que essas mudanças são muito pequenas em comparação com a pressão atmosférica, que vale cerca de 101.000 Pa.

Até os sons mais intensos produzem flutuações de apenas 20 a 30 pa (limiar de dor), uma quantidade bastante pequena em comparação. Mas se essas alterações forem medidas, há uma maneira de medir o som.

A pressão sonora é a diferença entre pressão atmosférica com som e pressão atmosférica sem som. Como dissemos, os sons mais intensos produzem pressões sonoras de 20 pa, enquanto a causa mais fraca cerca de 0.00002 PA (limite de som).

Como a gama de pressões sonoras cobre vários poderes de 10, seria conveniente usar uma escala logarítmica para indicá -las.

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Por outro.

Por exemplo, se a pressão sonora aumentar em 1, 2, 4, 8, 16 ..., a orelha percebe aumentos de 1, 2, 3, 4 ... em intensidade. É por isso que é conveniente definir uma nova magnitude chamada Nível de pressão sonora (Nível de pressão sonora) l_P, definido como:

eu_P = 20 log (P₁ / P_qualquer)

Onde p_qualquer É a pressão de referência tomada como limiar auditivo e p₁ É o Pressão média efetiva ou pressão RMS. Este RMS ou pressão média é aquele que percebe o ouvido como a energia média do sinal sonoro.

Decibéis

O resultado da expressão anterior para L_P, Quando avaliado para vários valores de P₁, É dado em decibéis, Uma quantia adicional. Expressar o nível de pressão sonora é muito conveniente, porque os logaritmos transformam números grandes em números menores e mais gerenciáveis.

No entanto, em muitos casos, é preferido usar o intensidade do som Para determinar os decibéis, e não a pressão sonora.

A intensidade do som é a energia que flui para um segundo (poder) através de uma superfície unitária orientada perpendicularmente à direção em que a onda se propaga. Como a pressão sonora, é uma magnitude escalar e denota como eu. As unidades de eu são w/m², isto é, poder por unidade de área.

Pode -se demonstrar que a intensidade do som é proporcional ao quadrado da pressão sonora:

I = p² /ρc

Nesta expressão, ρ é a densidade do meio e C é a velocidade do som. Então o Nível de intensidade do som eu_Yo como:

eu_Yo = 10 log (i₁ / Yo_qualquer)

Que também é expresso em decibéis e às vezes aparece indicado com a letra grega β. O valor de referência eu_qualquer é 1 x 10^-12 W/m². Dessa maneira, 0 dB representa o limite inferior da audição humana, enquanto o limiar de dor está em 120 dB.

Como é uma escala logarítmica, é necessário enfatizar quais pequenas diferenças a quantidade de decibéis faz uma grande diferença em termos de intensidade sonora.

O som do som

Um som ou decibelímetro é um dispositivo usado para medir a pressão sonora, indicando a medida em decibéis. Foi projetado para responder a ela da mesma maneira que o ouvido humano faria isso.

Figura 3. O Sonométer ou Decibelímetro é usado para medir o nível de pressão sonora. Fonte: Wikimedia Commons.

Consiste em um microfone para coletar o sinal, mais circuitos com amplificadores e filtros, responsáveis ​​por transformar adequadamente esse sinal em uma corrente elétrica e, finalmente, uma escala ou tela onde mostrar o resultado da leitura.

Eles são muito usados ​​para determinar o impacto que certos ruídos têm nas pessoas e no ambiente. Por exemplo, ruído em fábricas, indústrias, aeroportos, ruído de tráfego e muitos outros.

Tipos de som

O som é caracterizado por sua frequência. De acordo com aqueles que o ouvido humano pode capturar, todos os sons são classificados em três categorias: aqueles que podemos ouvir ou Espectro audível, Aqueles que geralmente estão abaixo do limite inferior do espectro audível ou Infra -alvo, E aqueles que estão acima do limite superior, chamados ultrassom.

De qualquer forma, como as ondas sonoras podem ser sobrepostas linearmente, os sons cotidianos, que às vezes interpretamos como únicos, são realmente de sons diferentes com frequências diferentes, mas próximas.

Pode atendê -lo: circuito elétrico fechadoFigura 4. Espectro de som e faixas de frequência. Fonte: Wikimedia Commons.

Espectro audível

A orelha humana foi projetada para capturar uma ampla gama de frequências: entre 20 e 20.000 Hz. Mas nem todas as frequências nesse intervalo são percebidas com a mesma intensidade.

A orelha é mais sensível na faixa de frequência entre 500 e 6.000 Hz. No entanto, existem outros fatores que afetam a capacidade de percepção do som, como a idade.

Infra -alvo

São os sons cuja frequência é inferior a 20 Hz, mas o fato de que os humanos não podem ouvi -los, não significa que outros animais não possam fazer isso. Por exemplo, os elefantes os usam para se comunicar, pois os infranonídeos podem percorrer longas distâncias.

Outros animais, como o tigre, usam -os para atordoar sua presa. Infraonídeos também são usados ​​na detecção de objetos grandes.

Ultrassom

Têm frequências maiores que 20.000 Hz e são amplamente utilizados em muitos campos. Um dos usos mais notáveis ​​do ultrassom é como uma ferramenta de medicina, tanto diagnóstica quanto de tratamento. As imagens obtidas por ultrassom não são invasivas e não fazem uso de radiação ionizante.

O ultrassom também é usado para encontrar falhas nas estruturas, determinar distâncias, detectar obstáculos durante a navegação e mais. Os animais também usam ultrassom e, de fato, foi como a existência deles foi descoberta.

Os morcegos emitem pulsos de som e depois interpretam o eco que produzem para estimar distâncias e localizar as barragens. Por sua parte, os cães também podem ouvir o ultrassom e é por isso que eles respondem ao assobio que seu dono não pode ouvir.

Som de som e som estéreo

Figura 4. Em um estudo de gravação, o som é devidamente modificado por dispositivos eletrônicos

O som monofônico é um sinal gravado com um único microfone ou canal de áudio. Ao ouvir com fones de ouvido ou cortes de som, ambos os ouvidos ouvem exatamente o mesmo. Por outro lado, os registros de som estéreo sinais com dois microfones independentes entre si.

Os microfones estão localizados em posições diferentes para que possam coletar diferentes pressões sonoras do que você deseja gravar.

Em seguida, cada orelha recebe um desses conjuntos de sinais e, quando o cérebro reúne e os interpreta, o resultado é muito mais realista do que quando ouvir sons monofônicos. Portanto, é o método preferido quando se trata de música e cinema, embora o som único ou monoaural ainda seja usado no rádio, especialmente para entrevistas e conversas.

Homofonia e polifonia

Musicalmente falando, a homofonia consiste na mesma melodia tocada por duas ou mais vozes ou instrumentos. Por outro lado, duas ou mais vozes ou instrumentos aparecem na polifonia que seguem melodias e até ritmos diferentes. O conjunto resultante desses sons é harmonioso, como a música de Bach.

Sons graves e agudos

A orelha humana discrimina frequências audíveis, como meias agudas, sérias ou. Isso é o que é conhecido como o tom som.

As frequências mais altas, entre 1600 e 20.000 Hz, são considerados sons agudos, a banda entre 400 e 1600 Hz corresponde a sons médios e, finalmente, as frequências na faixa de 20 a 400 Hz são os tons graves.

Sons sérios diferem dos agudos em que os primeiros são percebidos como profundos, escuros e estrondos, enquanto os últimos são leves, claros, alegres e penetrantes. A orelha também os interpreta como sons mais intensos, ao contrário de sérios, que produzem a sensação de menos intensidade.