Acústica e seus Conceitos Fundamentais

Este Resumo Teórico é a primeira parte de Acústica dentro do tema Ondulatória.

1. Definições:

a) Acústica:

É a parte de ondulatória responsável pelo estudo específico das ondas sonoras.

b) Ondas sonoras:

Onda mecânica longitudinal (necessita de um meio para se propagar) que se propaga em todas as direções (tridimensional).

2. Conceitos fundamentais da acústica:

a) Velocidade de propagação do som nos meios materiais:

A velocidade de propagação do som é diferente para os diversos estados da matéria. O som encontra mais facilidade para se propagar quanto mais proximidade há entre os átomos ou moléculas que compõem um corpo. Sendo assim, pode-se dizer que a velocidade com que o som se propaga nos meios sólidos é maior do que nos meios líquidos, e a velocidade de propagação nos meios líquidos é maior do que nos meios gasosos.
Resumidamente, tem-se:

Vsom,sólidos > Vsom,líquidos > Vsom,gasosos

b) Espectro sonoro:

Cada animal possui um espectro sonoro diferente, isso significa que pode existir determinadas frequências que um animal pode ser escutar e outro não.
Para o nosso cotidiano o especto sonoro mais importantes para termos conhecimento é o Espectro Sonoro do Ser Humano, o qual é apresentado na figura a seguir:

Espectro Sonoro do Ser Humano
Espectro Sonoro do Ser Humano

A figura acima mostra que o ser humano não consegue escutar sons inferiores a uma frequência de 20 Hz (infra-sons) e também não escuta sons superiores a 20.000 Hz (ultra-sons).

3. Qualidades do som:

a) Altura Sonora:

Qualidade do som relacionada com a FREQUÊNCIA.
Exemplo:

Altura do Som - Comparação entre frequências
Altura do Som – Comparação entre frequências

b) Intensidade Sonora ou Volume:

Qualidade do som relacionada à AMPLITUDE da onda.
A Intensidade Sonora é calculada utilizando a seguinte equação:
\large I=\frac{P_{fonte}}{4\cdot \pi \cdot r^{2}}
Onde:
Pfonte = potência da fonte sonora que gerou o som
r = distância da fonte até o ponto em que deseja saber a intensidade sonora
As unidades de medidas no SI são:
[I] = W/m2
[Pfonte] = W
[r] = m
Exemplo:

Intensidade Sonora - Comparação entre amplitudes
Intensidade Sonora – Comparação entre amplitudes

c) Timbre:

Qualidade do som relacionada à FORMA DA ONDA.
Exemplo:

Timbre - Comparação entre formas de onda
Timbre – Comparação entre formas de onda

d) Observação sobre Altura e Intensidade:

No cotidiano é comum utilizarmos os termos “Abaixar o Som” e “Aumentar o Som” quando queremos alterar a intensidade sonora de algo, no entanto fisicamente estes termos estão errados. Isso porque ao dizer que gostaríamos de abaixar ou aumentar o som estamos dizendo que gostaríamos de alterar a frequência do som, o que não corresponde à alteração da amplitude da onda (intensidade sonora).
Esse equívoco acontece porque ocultamos a palavra “volume” que iria especificar a ação que desejaríamos que ocorresse. Deste modo o correto seria falarmos “Abaixar o volume do som” ou “Aumentar o volume do som”.

4. Nível de intensidade sonora:

É a medida da percepção auditiva do ser humano.
O nível de intensidade sonora é determinado pela seguinte equação:
\large N=10\cdot \log \left ( \frac{I}{I_{0}} \right )
Onde:
N = Nível de Intensidade Sonora
I = Intensidade do som em questão
I0 = Intensidade do som de referência = 10-12 W/m2
A unidade de medida no SI é o bel, cujo símbolo é um B ou β. No entanto, no cotidiano é mais comum utilizarmos uma sub unidade do bel, o dB (decibel) que é o mesmo que 10-1 B. Na equação acima, a unidade de N já é dB, pois a conversão de unidade já está embutida na equação.

5. Exercício de Aplicação:

(Unesp 2018 – Questão 81) Define-se a intensidade de uma onda (I) como potência transmitida por unidade de área disposta perpendicularmente à direção de propagação da onda. Porém, essa definição não é adequada para medir nossa percepção de sons, pois nosso sistema auditivo não responde de forma linear à intensidade das ondas incidentes, mas de forma logarítmica. Define-se, então, nível sonoro (β) como , sendo β dado em decibels (dB) e I0 = 1012 W/m2.
Supondo que uma pessoa, posicionada de forma que a área de 6,0 . 105 m2 de um de seus tímpanos esteja perpendicular à direção de propagação da onda, ouça um som contínuo de nível sonoro igual a 60 dB durante 5,0 s, a quantidade de energia que atingiu seu tímpano nesse intervalo de tempo foi
A) 1,8 . 1014
B) 3,0 . 1010
C) 1,8 . 108
D) 3,0 . 1012
E) 6,0 . 109
Para obter a resposta desta questão clique aqui e acesse o Gabarito Oficial disponibilizado pela Vunesp (procure a resposta da questão 81).
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