Acústica

Acústica é a área da física que estuda as ondas sonoras e os seus fenômenos. A acústica aborda fenômenos ondulatórios, como a reflexão, refração, difração, absorção e efeito Doppler, bem como as características do som — onda mecânica capaz de propagar-se através de meios sólidos, líquidos e gasosos.

Veja também: Ondas eletromagnéticas – tipos, características e exercícios resolvidos

Acústica e som

O som é uma onda mecânica, por isso, necessita de um meio físico pelo qual possa propagar-se. Além disso, o som é uma onda longitudinal, ou seja, a perturbação que produz uma onda sonora ocorre na mesma direção em que essa onda propaga-se, como no caso em que esticamos uma mola e a soltamos.

O som é uma onda de pressão que produz regiões de compressão e rarefação no ar ou em outros meios. Quando essas vibrações chegam ao nosso ouvido, são transmitidas para um conjunto de ossículos que ajudam a transmitir a informação para o nosso cérebro.

Nem todos os sons são audíveis, os seres humanos conseguem escutar sons cujas frequências estejam entre 20 Hz e 20.000 Hz, esse intervalo de frequências é conhecido como espectro audível. Sons de frequência inferior a 20 Hz são conhecidos como infrassons, enquanto os sons de frequência superior a 20.000 Hz são chamados ultrassons.

Característica do som

A frequência do som diz respeito a uma de suas características: a altura. Sons de alta frequência são chamados de sons altos, percebidos como tons agudos. Sons de baixa frequência, por sua vez, são sons graves, chamados de sons baixos.

A intensidade sonora é outra característica do som que nos permite diferenciar diferentes fontes sonoras. Dizemos que a intensidade do som é a quantidade de energia que a onda sonora é capaz de transferir, a cada m², a cada segundo. A unidade de medida da intensidade sonora é o W/m².

Para fins práticos, a intensidade sonora é geralmente apresentada na escala de decibéis, essa escala compara a intensidade de uma onda sonora com a menor intensidade audível, que é de cerca de 10^-12 W/m². Esse valor é conhecido como limiar da audição e corresponde ao barulho de uma formiga roendo uma folha de árvore, por exemplo.

N – número de decibéis

I – intensidade do som (W/m²)

I₀ – limiar de audibilidade (10^-12 W/m²)

A velocidade de propagação do som depende exclusivamente do meio em que ele se propaga. No ar, à temperatura ambiente (25 ºC) e à pressão de 1 atm, a velocidade de propagação do som é de cerca de 340 m/s. A velocidade do som em um meio está relacionada a fatores como a densidade do meio e sua elasticidade, ou seja, a capacidade das moléculas de conservar sua energia mecânica durante as colisões entre partículas vizinhas.

v – velocidade do som (m/s)

λ – comprimento de onda (m)

f – frequência do som (Hz)

Além da altura e da intensidade, o timbre é a outra característica que nos permite diferenciar duas notas musicais idênticas, produzidas por fontes diferentes (violino e piano, por exemplo). O timbre diz respeito à forma de vibração da onda e é uma característica própria de cada fonte sonora.

Acústica na música

A acústica está presente na música, principalmente quando estudamos a formação de ondas estacionárias. As ondas estacionárias são produzidas quando alguma condição de contorno restringe a propagação do som, nesse caso, uma onda incidente e uma onda refletida produzem interferência mútua, desse modo, sob certas condições, são formados os harmônicos.

Nos instrumentos de corda, utilizam-se presilhas que servem para controlar o tamanho da corda, além disso, a tração aplicada sobre as cordas também afeta a velocidade de propagação das ondas sonoras (lei de Brook-Taylor). Nesse tipo de instrumento, os harmônicos são formados quando o comprimento da corda é suficientemente grande para que se formem ondas estacionárias de comprimento igual a um múltiplo inteiro de metade de um comprimento de onda.

L – comprimento da corda

n – número do harmônico (n = 1, 2, 3...)

A acústica também estuda a formação de harmônicos nos tubos sonoros, como nas flautas. Nesse caso, existem dois tipos de tubos sonoros: abertos e fechados. Nestes, um dos lados é fechado, naqueles, as duas extremidades são abertas.

Veja também: Física e música – conheça a relação entre a física e os instrumentos músicais

Acústica no Enem

A acústica tem sido um dos assuntos mais abordados no Enem nos últimos anos. Para preparar-se para a prova, estude os diferentes fenômenos sofridos pelas ondas sonoras e procure entender como cada um deles pode estar presente em tecnologias como o radar e o ultrassom e em outras aplicações tecnológicas ou da vida cotidiana.

Exercícios sobre acústica

Questão 1) (Enem) Ao ouvir uma flauta e um piano emitindo a mesma nota musical, consegue-se diferenciar esses instrumentos um do outro.

Essa diferenciação se deve principalmente ao(a):

a) intensidade sonora do som de cada instrumento musical.

b) potência sonora do som emitido pelos diferentes instrumentos musicais.

c) diferente velocidade de propagação do som emitido por cada instrumento musical.

d) timbre do som, que faz com que os formatos das ondas de cada instrumento sejam diferentes.

e) altura do som, que possui diferentes frequências para diferentes instrumentos musicais.

Gabarito: Letra D

Resolução:

A qualidade do som que nos permite distinguir sons de mesma frequência e intensidade é o timbre, portanto, a alternativa correta é a letra D.

Questão 2) (Enem) Quando adolescente, as nossas tardes, após as aulas, consistiam em tomar às mãos o violão e o dicionário de acordes de Almir Chediak e desafiar nosso amigo Hamilton a descobrir, apenas ouvindo o acorde, quais notas eram escolhidas. Sempre perdíamos a aposta, ele possui o ouvido absoluto.

O ouvido absoluto é uma característica perceptual de poucos indivíduos capazes de identificar notas isoladas sem outras referências, isto é, sem precisar relacioná-las com outras notas de uma melodia.

LENT, R. O cérebro do meu professor de acordeão. Disponível em: http://cienciahoje.uol.com.br. Acesso em: 15 ago. 2012 (adaptado).

No contexto apresentado, a propriedade física das ondas que permite essa distinção entre as notas é a:

a) frequência.

b) intensidade.

c) forma da onda.

d) amplitude da onda.

e) velocidade de propagação.

Gabarito: Letra A

Resolução:

A qualidade do som que nos permite distinguir diferentes notas musicais é a frequência do som, logo, a alternativa correta é a letra A.

Questão 3) (Enem) Visando a reduzir a poluição sonora de uma cidade, a Câmara de Vereadores aprovou uma lei que impõe o limite máximo de 40 dB (decibéis) para o nível sonoro permitido após as 22 horas.

Ao aprovar a referida lei, os vereadores estão limitando qual característica da onda?

a) A altura da onda sonora

b) A amplitude da onda sonora

c) A frequência da onda sonora

d) A velocidade da onda sonora

e) O timbre da onda sonora

Gabarito: Letra B

Resolução:

A intensidade sonora da onda está relacionada com amplitude da onda, logo, a resposta correta é a letra B.