Ciência Acústica

A acústica como ciência é a “ciência do som”. Ela trata de todos os aspectos da produção, transmissão, recepção e percepção do som. O termo “acústica” tem sua origem em termos similares na língua grega.

A acústica como ciência do som pode ser subdividida de diferentes formas.

Uma possível divisão é aquela por áreas de conhecimento, conforme mostra a figura abaixo. No Brasil o ensino da acústica estava fragmentado e existia apenas em nível de pós-graduação. Mas desde 2009 existe também um Curso de Graduação em Engenharia Acústica que busca formar profissionais com conhecimentos em todas as áreas da acústica, com exceção de acústica submarina.

A área da Física que estuda o som é chamada de Acústica. Para entende-la melhor precisamos relembrar alguns conceitos:

Onda: é a variação periódica de uma grandeza física. Uma onda é composta por:

Crista: Pontos de maior intensidade, o topo da onda.
Vale: Pontos de menor intensidade da onda.
Nível Médio: Pontos entre o as Cristas e os Vales.

A distância entre a crista ou o vale e o nível médio é chamada amplitude (y). Já a distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos é chamada de comprimento de onda (λ).

Onde:

λ – Comprimento
y - Amplitude

O tempo que uma oscilação leva para se repetir é chamado período (T), medido em segundos(s). Afrequência (f) significa quantas vezes uma oscilação se repete por unidade de tempo, medida em Hertz (Hz). Dessa forma:

f = 1/t

O Som é uma onda mecânica que possui a intensidade e frequência necessárias para ser percebida pelo ser humano. Entendemos como onda mecânica uma onda que precisa de meios materiais, como o ar ou o solo, para se propagar. As frequências audíveis pelo ouvido humano ficam entre 16 Hz e 20000Hz (20kHz). Dentro desta faixa a encontram-se a voz humana, instrumentos, musicais, alto-falantes, etc.

Abaixo de 16Hz temos os infra-sons, produzidos por vibrações da água em grandes reservatórios, batidas do coração, etc.

Acima de 20kHz estão os ultra-sons emitidos por alguns animais e insetos (morcegos, grilos, gafanhotos...), sonares, aparelhos médicos e industriais.

Os dispositivos que produzem ondas sonoras são chamados de fontes sonoras. Entre os que mais se destacam estão aqueles compostos por:

  • Cordas vibrantes como violão o  piano, as cordas vocais etc.
  • Tubos sonoros como órgão flauta, clarineta.
  • Membranas e placas vibrantes tal como o tambor
  • Hastes vibrantes como o diapasão, triangulo, etc.

Podemos caracterizar os sons a partir de sua intensidade, altura ou timbre.

A intensidade está ligada à quantidade de energia transportada pelo som. Desta forma, conforme a intensidade do som dizemos que ele é mais forte (a onda possui maior amplitude) ou mais fraca (a onda possui menor amplitude).

A altura está relacionada com a freqüência do som. Assim distinguimos os sons mais altos como os de maior frequência (mais agudos) e os mais baixos como os de menor frequência (mais graves). As notas musicais buscam agrupar diferentes freqüências sonoras produzidas por um instrumento.

O timbre corresponde ao conjunto de ondas sonoras que formam um som. O timbre permite diferenciar diferentes fontes sonoras, por exemplo é fácil perceber que o som de uma guitarra e de uma flauta são completamente diferentes.

A velocidade do som no ar é de 340 m/s. A fórmula que relaciona velocidade, amplitude e frequência sonora é:

V = λ . f

A palavra acústica tem origem na palavra grega akouein, que significa ouvir. No entanto, o significado que se lhe atribuiu nos tempos modernos transcende em muito os sons que ouvimos. A utilização da palavra, como ciência que estuda o som, surgiu no século XVIII. segundo Lindsay (1972), o cientista francês Joseph Sauveur foi o primeiro a utilizar a palavra acústica no sentido que hoje se lhe atribui, num opúsculo datado de 1701: Système General Des Intervalles des Sons. No prefácio do artigo, Sauveur escreve:

“... J’ay donc crû qu’il y avoit une science superieur à la Musique, que j’ay appellée Acoustique, qui a pour objet le Son en general, au lieu que la Musique a pour objet le Son entant qu’il est agreable à l’oüie.”


Dezoito anos mais cedo, em 1683, Narcissus Marsh (1638-1713), na ocasião bispo de Ferns e Leighlin da Igreja Protestante Irlandesa publicou o artigo: An Introductory Essay to the Doctrine of Sounds, Containing Some Proposals for the Improvement of Acousticks. Beyer (1995) considera que Sauveur foi o primeiro a utilizar o termo acústica num sentido lato, embora Marsh o tenha usado mais cedo num sentido mais restrito. Marsh usou o termo "acousticks" como significado de som direto em oposição a som refletido e som refratado (Raichel, 2000). Ainda segundo Beyer (1995), Sir Francis Bacon no seu livro Advancement of Learning (1604) fazia referência à acústica embora a palavra (acoustica) só aparecesse numa versão do seu livro em latim, datada de 1634. (HENRIQUE, 2003, p. 23)

O aumento da presença do ruído urbano é crescente e suas implicações no nosso cotidiano tem sido objeto de diversos estudos. 

 

Com base na resposta de 60 estudantes, com idade variando de 19 a 40 anos, com limiares auditivos dentro dos padrões de normalidade, na audição de frases foneticamente balanceadas da língua  falada, na presença de ruído urbano de tráfego, em ambiente controlado, foram obtidos Índices de Inteligibilidade de Fala. Uma análise dos sinais de fala e ruído foi realizada para maior compreensão do problema. Na produção do material de teste foi preservada a característica de longo prazo dos sinais de tráfego. O estudo mostrou que a função densidade de probabilidade laplaciana foi a que melhor representou os sinais de voz e ruído de tráfego.