30/11/2015

Som e ouvido


A natureza das ondas sonoras

Qualquer objeto que vibra - por exemplo, o diagrama de um altifalante ou uma corda vocal humana - produz som. Quando a membrana em vibração se desloca para fora, comprime o ar que se encontra diretamente à sua frente; ao voltar para dentro rarefaz o ar, originando um vácuo parcial. As compressões e rarefações são transmitidas linearmente de uma molécula de ar para a seguinte, afastando a energia sonora da sua fonte. É a distância entre compressões adjacentes que fornece o comprimento de onda do som emitido e o número de compressões por segundo fornece a sua frequência, medida em hertz (Hz).
O som é transmitido pela vibração de qualquer meio - sólido, líquido ou gás -, por isso não pode passar através do vácuo. Desloca-se mais rapidamente através dos líquidos e dos sólidos, porque as suas partículas estão mais próximas e mais ligadas umas às outras.
A velocidade do som  no ar, nas condições de pressão atmosférica = 1.013 mb e humidade relativa de 50%, assume velocidades que vão de 325,79 m/s (a –9o C) a 363,13 m/s (a 49o C);  na água do mar, a 0o C, essa velocidade passa para 1.450 m/s; e no ferro ela passa a ser 4.480 m/s.



Ouvido humano
Quando as ondas sonoras penetram no ouvido, as diferenças de pressão entre cristas sucessivas de compressão e rarefação põem o tímpano - uma «pele de tambor» tensa com uma área de cerca de 50 mm2 - a vibrar. Ligado ao lado interior do tímpano está um grupo ligado de três ossos minúsculos - os ossículos do ouvido -, que amplificam as vibrações e as transmitem ao ouvido interno cheio de líquido ou cóclea. A cóclea é essencialmente um tubo afilado cheio de líquido enrolado sobre si mesmo em espiral. O som que entra provoca alterações na pressão do líquido no interior do tubo: quando a pressão aumenta, os minúsculos pelos existentes na parede do tubo são pressionados contra a membrana adjacente. As células receptoras ligadas a estes finos pêlos sensoriais detetam estes contatos. Por cada contato, uma célula envia um impulso nervoso para o cérebro. Este regista estes impulsos sob a forma de som: quando mais impulsos chegarem ao mesmo tempo, mais alto é o som que se ouve.




Alcance do ouvido
O ouvido humano é extremamente sensível, capaz de captar uma vasta gama de frequências, desde notas graves de 20 Hz até sons agudos de 20.000 Hz - uma gama de mais de dez oitavas. Mas a gama de intensidades audíveis é ainda maior.
A intensidade é a medida da quantidade de energia transportada por uma onda sonora. Um som muito alto, por exemplo o lançamento de um foguetão, transporta mais de um milhão de milhões de vezes mais energia do que o zumbido de um mosquito. A escala decibélica (dB) é uma maneira prática de exprimir esta enorme gama de intensidades.
O limiar da audição é 0 dB e cada aumento de dez vezes na intensidade do som equivale a mais 10 dB. O zumbido do mosquito produz um som com uma intensidade de 50 dB; o lançamento de um foguetão mede-se em cerca de 1170 dB.
Enquanto o nível de intensidade pode ser medido objetivamente em decibéis, a potência sonora é um termo subjetivo que depende dos sentidos do ouvinte.

O som da música
Quando é dedilhada, uma corda esticada vibra a uma frequência determinada pela tensão, pelo comprimento e pela massa. A corda em vibração produz, no entanto, pouco som. Isto deve-se ao facto de ser estreita e de apenas poder transmitir a sua vibração a um pequeno volume de ar. Nos instrumentos de cordas, como o violino e o piano, o som é, por isso, amplificado fazendo-se passar a corda sobre um suporte ligado a uma larga placa de madeira, ou placa de ressonância, que é obrigada a vibrar e que distribui uma quantidade de ar muito maior.
O som produzido por um violino distingue-se facilmente do de um piano, mesmo quando os dois instrumentos tocam a mesma nota, porque a vibração da corda do violino está longe de ser simples: o padrão de vibração pode ser composto em vários componentes, ou harmónicas que ajuda a dar a cada instrumento o seu timbre caraterístico.

Acústica - arquitectura para o som
Numa moderna sala de concertos, apenas cerca de um duodécimo do som que atinge o ouvido do público é que provém diretamente da orquestra. O restante provém de reflexões no chão, nas paredes, no tecto, etc. Os sons de baixa frequência refletem-se até 50 vezes antes de as superfícies absorverem toda a sua energia, enquanto os sons de alta frequência desvanecem-se muito mais rapidamente.
O tempo que o som  refletivo demora a desvanecer-se - o tempo de reverberação - é o fator crítico para se determinar a qualidade do som de uma sala de concertos.



A música de órgão requer um longo tempo de reverberação e é apropriado para as grandes igrejas, onde as superfícies duras mantêm o som a refletir-se. No caso da fala, o tempo de reverberação tem de se manter curto, senão uma palavra funde-se na seguinte - um problema vulgar nos altifalantes das estações dos caminhos de ferro.
Antigamente as salas de concerto eram construídas sem se ter em grande consideração a acústica, mas atualmente a qualidade do som é a principal consideração.

Tipos fundamentais de sons:
Tons puros: compostos por uma única frequência.
Sons musicais: compostos por uma frequência fundamental e várias frequências de valor múltiplo inteiro da fundamental, dependendo do timbre.
- Ruído:  composto por inúmeras frequências sem que exista um padrão que as relacione diretamente. O resultado é um sinal complexo, sem uma frequência fundamental fixa, sendo, portanto, um sinal não periódico. Estes sinais têm um comportamento imprevisível e, consequentemente, são difíceis de caraterizar com exatidão.




Fontes:
A Enciclopédia das Ciências em Movimento, Círculo de Leitores, 1997

Desejo

«O condenado à morte deixou transparecer uma alegria comovida ao saber do indulto. Mas ao cabo de algum tempo, acentuando-se as melhora...