O som, ou onda sonora, é definido como uma onda mecânica tridimensional, pois necessita de um meio material para se propagar e é capaz de se propagar em todas as direções. O som não se propaga no vácuo.
Nesta propagação acontece compressões e rarefações em propagação do meio, de forma longitudinal. Quando passa, a onda sonora não arrasta as partículas de ar, por exemplo, apenas faz com que estas vibrem em torno de sua posição de equilíbrio.
A audição humana consegue captar freqüências de ondas sonoras que variam entre 20Hz e 20000Hz, aproximadamente. São denominadas ondas de infra-som, as ondas de freqüência menor que 20Hz, e ultra-som as de freqüência acima de 20000Hz.
A velocidade do som depende, entre outros fatores, do meio de propagação. A velocidade nos sólidos é maior que no líquidos e nos líquidos é maior que nos gases. Na água é aproximadamente igual a 1450m/s e no ar à 20°C é 343m/s. A propagação do som em meios gasosos depende fortemente da temperatura do gás.
Como trata-se de onda então possui alguns conceitos. Em uma oscilação, a amplitude é a distância medida na vertical entre o ponto máximo ou mínimo e o de equilíbrio. A frequência é o número de oscilações por unidade de tempo e período é o tempo decorrido numa oscilação. O comprimento de onda é a distância percorrida pela onda durante uma oscilação.
A onda sonora possui algumas características como a sua altura, intervalo e timbre. A altura do som depende apenas de sua frequência, sendo definida como a diferenciação entre grave e agudo. Um tom de maior freqüência é agudo e um de menor é grave.
Os intervalos entre dois sons são dados pelo quociente entre suas frequências. Como o intervalo é um quociente entre duas medidas de mesma unidade, este não tem dimensão. Na música é dada uma nomenclatura para cada intervalo, por exemplo o intervalo acústico de uma quarta possui a razão de frequência 4:3 e as notas musicais de mesmo nome são separadas por um intervalo de uma oitava, 2:1.
O timbre de um som é a característica que permite diferenciar dois sons de mesma altura e mesma intensidade, mas que são emitidos por instrumentos diferentes. Assim uma música executada por um violino e um piano se diferencia pelo timbre.
A intensidade está relacionada com a amplitude da onda sonora e é a qualidade que nos permite caracterizar se um som é forte ou fraco e depende da energia que a onda sonora transfere. Uma maior amplitude é um som mais forte, com mais energia e ouvido a maior distancia da fonte sonora. Uma menor amplitude é um som mais fraco, com menos energia e ouvido a uma menor distancia. Conforme um observador se afasta de uma fonte sonora, a intensidade sonora ou nível sonoro diminui logaritmicamente.
A unidade utilizada para o nível sonoro é o Bel, mas como esta unidade é grande comparada com a maioria dos valores de nível sonoro utilizados no cotidiano, seu múltiplo usual é o decibel (dB), de maneira que 1B = 10dB.
Na propagação do som observam-se os fenômenos gerais da propagação ondulatória. Devido à sua natureza longitudinal, o som não pode ser polarizado e sofre os fenômenos de difração, reflexão, refração, interferência e efeito Doppler.
A difração é a propriedade de contornar obstáculos. Ao encontrar obstáculos à sua frente, a onda sonora continua a provocar compressões e rarefações no meio em que está se propagando e ao redor de obstáculos envolvidos pelo mesmo meio. Desta forma, consegue contorná-los. A difração depende do comprimento de onda.
A reflexão do som obedece às leis da reflexão ondulatória nos meios materiais elásticos. Quando uma onda sonora encontra um obstáculo que não possa ser contornado, ela "bate e volta". A reflexão do som ocorre em superfícies cuja extensão seja grande em comparação com seu comprimento de onda. A reflexão, por sua vez, determina novos fenômenos conhecidos como reforço, reverberação e eco.
Quando o som breve direto atinge o tímpano dos nossos ouvidos, ele o excita. A excitação completa ocorre em 0,1 segundo. Se o som refletido chegar ao tímpano antes do décimo de segundo, o som refletido reforça a excitação do tímpano e reforça a ação do som direto. É o fenômeno do reforço.
Na reverberação, o som breve refletido chega ao ouvido antes que o tímpano, já excitado pelo som direto, tenha tempo de se recuperar da excitação, a fase de persistência auditiva. Desta forma, começa a ser excitado novamente, combinando duas excitações diferentes. Isso ocorre quando o intervalo de tempo entre o ramo direto e o ramo refletido é maior ou igual a zero, porém menor que 0,1 segundo. O resultado é uma confusão auditiva, o que prejudica o discernimento tanto do som direto quanto do refletido.
No eco, o som breve refletido chega ao tímpano após este ter sido excitado pelo som direto e ter-se recuperado dessa excitação. Depois de ter voltado completamente ao seu estado natural, onde completou a fase de persistência auditiva, começa a ser excitado novamente pelo som breve refletido. Isto permite discernir perfeitamente as duas excitações.
A refração do som obedece às leis da refração ondulatória. Este fenômeno caracteriza o desvio sofrido pela frente da onda quando ela passa de um meio para outro, cuja elasticidade, ou compressibilidade para as ondas longitudinais, seja diferente. Um exemplo seria a onda sonora passar do ar para a água. Quando uma onda sonora sofre refração, ocorre uma mudança no seu comprimento de onda e na sua velocidade de propagação. Sua frequência, que depende apenas da fonte emissora, se mantém inalterada.
A interferência é a conseqüência da superposição de ondas sonoras. Quando duas fontes sonoras produzem, ao mesmo tempo e num mesmo ponto, ondas concordantes, seus efeitos se somam, mas se essas ondas estão em discordância, isto é, se a primeira produz uma compressão num ponto em que a segunda produz uma rarefação, seus efeitos se neutralizam e a combinação desses dois sons provoca o silêncio.
O efeito Doppler é um efeito descrito como uma característica observada em ondas emitidas ou refletidas por fontes em movimento relativo ao observador. Para ondas sonoras, o efeito Doppler constitui o fenômeno pelo qual um observador percebe freqüências diferentes das emitidas por uma fonte e acontece devido à velocidade relativa entre o a onda sonora e o movimento relativo entre o observador e/ou a fonte.
Supondo que o observador esteja em repouso e a fonte se movimente. Caso a fonte esteja se aproximando do observador, há um encurtamento do comprimento da onda, relacionado à velocidade relativa, e a freqüência real será menor que a observada. Caso a fonte esteja se afastando do observador, há um alongamento aparente do comprimento de onda.
Supondo que a fonte esteja em repouso e o observador se movimente. Caso o observador se aproxime da fonte, em um mesmo intervalo de tempo ele encontrará mais frentes de onda do que se estivesse parado. Assim a frequência observada deverá ser maior que a frequência emitida pela fonte. Neste caso, o comprimento de onda não é alterado, mas a velocidade de propagação é ligeiramente aumentada.
No caso em que o observador se afasta da fonte, em um mesmo intervalo de tempo ele encontrará menor número de frentes de onda do que se estivesse parado. Assim a frequência observada deverá ser menor que a frequência emitida pela fonte. A dedução do cálculo da frequência observada será análoga ao caso anterior, no entanto a velocidade de propagação é ligeiramente reduzida.
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