unesp Laboratório de Acústica e Vibrações

Apresentação em tema: "unesp Laboratório de Acústica e Vibrações"— Transcrição da apresentação:

1 unesp Laboratório de Acústica e Vibrações
Prof. Dr. João Candido Fernandes Depto Engenharia Mecânica Unesp – Campus de Bauru

2 Propriedades Físicas do Som
LAV Propriedades Físicas do Som

3 LAV Propriedades Físicas do Som O som é um fenômeno vibratório resultante de variações da pressão no ar. Essas variações de pressão se dão em torno da pressão atmosférica e se propagam longitudinalmente, à velocidade de 344 m/s para 20 º C.

4 Propriedades Físicas do Som
LAV Propriedades Físicas do Som

5 Propriedades Físicas do Som
Física Acústica Propriedades Físicas do Som Qualquer fenômeno capaz de causar ondas de pressão no ar é considerado uma fonte sonora. Pode ser um corpo sólido em vibração, uma explosão, um vazamento de gás a alta pressão, etc.

6 Física Acústica Fonte Sonora

7 Física Acústica Freqüência SOM Intensidade Timbre

8 Física Acústica Propriedades Físicas do Som Freqüência

9 V =  . f Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência Freqüência (f) é a número de oscilações por segundo do movimento vibratório do som. Para uma onda sonora em propagação, é o número de ondas que passam por um determinado referencial em um intervalo de tempo. Chamando de  o comprimento de onda do som e V a velocidade de propagação da onda, pode-se escrever : V =  . f

10 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência A unidade de freqüência (SI) é ciclos por segundo, ou Hertz (Hz). Portanto, um som de 32 Hz tem uma onda de 10,63 m e, um som de Hz tem um comprimento de onda de 1,7 cm O nosso ouvido é capaz de captar sons de 20 a Hz. Os sons com menos de 20 Hz são chamados de infra-sons e os sons com mais de Hz são chamados de ultra-sons. Esta faixa de freqüências entre 20 e 20kHz é definida como faixa audível de freqüências ou banda audível.

11 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência 20 20.000 SOM Hz Infra-sons Faixa ou banda audível Ultra-sons

12 4k Sons graves Médios Hz Faixa ou banda audível
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência 20k 20 500 4k Sons graves Médios Agudos Hz 10 100 1000 10000 Faixa ou banda audível

13 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
LAV Propriedades Físicas do Som - Freqüência Animal Limite inferior Limite superior Gatos 10 Hz 60 kHz Cães 15 Hz 50 kHz Morcegos 10 kHz 120 kHz Golfinhos 240 kHz

14 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
LAV Propriedades Físicas do Som - Freqüência Banda Audível: 15 Hz a 50 kHz

15 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
LAV Propriedades Físicas do Som - Freqüência Banda Audível: 15 Hz a 50 kHz

16 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
LAV Propriedades Físicas do Som - Freqüência Banda Audível: 10 kHz a 120 kHz

17 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
LAV Propriedades Físicas do Som - Freqüência Banda Audível: 10 Hz a 60 kHz

18 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física e Biofísica Propriedades Físicas do Som - Freqüência Banda Audível: 10 kHz a 240 kHz

19 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência Assim, os intervalos entre os sons de 100 e 200 Hz, 200 e 400 Hz, 400 e 800 Hz parecerão iguais ao nosso ouvido. = 1 oitava

20 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência Esta é a razão que intervalos entre as notas DÓ sucessivas de um teclado de piano parecem sempre iguais, constituindo o intervalo de uma oitava. Em qualquer representação gráfica (figuras ou gráficos) colocamos a freqüência em escala logarítmica, por ser a forma que mais se aproxima da sensação do nosso ouvido.

21 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência

22 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência Atualmente, usamos como freqüência de referência (padronizada pelo SI), o valor de 1000 Hz, ficando as oitavas com freqüência central em 500, 250, 125, 62,5, 31,25, e , 4.000, e Hz.

23 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência As freqüências audíveis são divididas em 3 faixas : Baixas freqüências ou sons graves as 4 oitavas de menor freqüência, ou seja, 31,25 , 62, e 250 Hz. Médias freqüências ou sons médios as três oitavas centrais, ou seja, 500, 1000 e 2000 Hz. Altas freqüências ou sons agudos as três oitavas de maior freqüência, ou seja, 4.000, e Hz.

24 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência

25 Propriedades Físicas do Som - Freqüência
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Freqüência

26 Física Acústica Propriedades Físicas do Som Intensidade

27 Propriedades Físicas do Som - Intensidade
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade A intensidade do som é a quantidade de energia contida no movimento vibratório. Essa intensidade se traduz com uma maior ou menor amplitude na vibração ou na onda sonora. Para um som de média intensidade essa amplitude é da ordem de centésimos de milímetros.

28 Propriedades Físicas do Som - Intensidade
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade A intensidade de um som pode ser medida através de dois parâmetros :  a energia contida no movimento vibratório (W/cm2)  a pressão do ar causada pela onda sonora (BAR = 1 dina/cm2)

29 Propriedades Físicas do Som - Intensidade
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade A energia contida num fenômeno sonoro é desprezível: Um grito de "gol" de um estádio de futebol lotado, mal daria para aquecer uma xícara de café. A energia da voz de toda a população de uma cidade como Bauru seria suficiente apenas para acender uma lâmpada de 50 ou 60 Watts.

30 Propriedades Físicas do Som - Intensidade
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade 1 cm2 SOM

31 Intensidade sonora é a quantidade de
Física Acústica Propriedades Físicas do Som: Intensidade sonora é a quantidade de potência sonora ou pressão sonora que passa pela área de 1 cm2. Portanto, a unidade de Intensidade Sonora é Watts/cm2 ou dina/cm2 (BAR)

32 Para potência (energia) = 10-16 W/cm2
Física Acústica Propriedades Físicas do Som: Valor de referência: Fixou-se a menor intensidade sonora audível. Esse valor (média da população) foi de: Para potência (energia) = W/cm2 Para pressão = 2 x 10-4 BAR Lembrar que = 0,

33 Limiar de audibilidade
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade Watts/cm2 Relações Bel decibel 10- 2 1014 14 140 10- 4 1012 12 120 10- 6 10-10 10 100 10- 8 108 8 80 10-10 106 6 60 10-12 104 4 40 10-14 102 2 20 10-16 1 Limiar de audibilidade ÷ 10-16 log x 10

34 LAV Alexander Grahan Bell

35 Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade Portanto, o número de decibels (dB) nada mais é que aquele expoente da relação das intensidades físicas, multiplicado por 10

36 Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade A intensidade sonora medida em decibels é definida como Nível de Intensidade Sonora (NIS) ou Sound Intesity Level (SIL), em inglês  Intensidade Sonora  Watts / cm 2  Nível de Intensidade Sonora - NIS -  decibels (dB)

37 O decibel não é uma unidade de medida, mas apenas uma escala.
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade O decibel não é uma unidade de medida, mas apenas uma escala.  O plural de decibel é decibels.  O termo "decibeis" é errado, embora tenha se tornado de uso popular

38 I NIS = 10 . log [dB] IREF Propriedades Físicas do Som - Intensidade
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade Matematicamente podemos escrever : W/cm2 I NIS = 10 . log [dB] IREF 10-16 W/cm2

39 Propriedades Físicas do Som - Intensidade
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade Aparelho de som com 20 Watts, digamos que reproduza 60 dB de nível de intensidade sonora no ambiente. Com 40 W, o mesmo aparelho reproduzirá 63 dB, e com 80 W, 66 dB. Se um avião à jato produz perto de 140 dB de NIS, dois aviões idênticos produzirão 143 dB.

40 Propriedades Físicas do Som - Intensidade
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Intensidade Na escala em decibels, o dobro de 70 dB é 73 dB, assim como o dobro de 120 dB é 123 dB. A metade de 90 dB é 87 dB, assim como a metade 150 dB é 147 dB. Se uma máquina produz 60 dB, mil máquinas idênticas produzirão 90 dB. Se um operário trabalha 8 horas/dia num ambiente com 100 dB de ruído, se ele trabalhar apenas 4 horas/dia ele estaria exposto, em média a 97 dB.

41 Física Acústica

42 Física Acústica 150 140 130 Limite da dor 120 110 100 90 80 70 60 50
Avião a jato na pista Limite da dor 130 Martelete pneumático Trovão forte 120 Buzina de automóvel 110 Serra circular Limite do desconforto 100 Oficina Mecânica 90 Ruído do metrô Ruído do tráfego urbano 80 Voz humana (alta) 70 Faixa de Conversação Voz humana (normal) 60 Escritório 50 Som em uma sala de estar 40 Ruído em uma biblioteca 30 Quarto de dormir à noite 20 Ruído em um estúdio de rádio 10 Barulho das folhas na brisa Limite da percepção 00 dB(A)

43 Medidor de Nível de Pressão Sonora:
LAV Medidor de Nível de Pressão Sonora:

44 Medidor de Nível de Pressão Sonora:
LAV Medidor de Nível de Pressão Sonora:                  

45 Medidor de Nível de Pressão Sonora:
LAV Medidor de Nível de Pressão Sonora:                      

46 Física Acústica Propriedades Físicas do Som Timbre

47 Propriedades Físicas do Som - Timbre
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Timbre Se nós tocarmos a mesma nota (mesma freqüência) com a mesma intensidade, em um piano e em um violino, notamos claramente a diferença. Em linguagem comum, dizemos que os seus timbres são diferentes. Portanto, o timbre nos permite reconhecer a fonte geradora do som. Tecnicamente, o timbre é a forma de onda da vibração sonora

48  l Propriedades Físicas do Som - Timbre
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Timbre Vamos considerar uma corda fixa pelas extremidades. l 

49 Propriedades Físicas do Som - Timbre
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Timbre Som fundamental 1º harmônico 2º harmônico 3º harmônico

50 1 = 2l 2 = l 3 = 2l/3    Propriedades Físicas do Som - Timbre =
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Timbre Som fundamental 1º harmônico 1 = 2l =  F1 = V / 2l 2 = l 2º harmônico =  F2 = 2V / 2l 3 = 2l/3  F3 = 3V / 2l 3º harmônico =

51 Propriedades Físicas do Som - Timbre
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Timbre

52 Propriedades Físicas do Som - Timbre e espectro
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Timbre e espectro O espectro de um som se refere à relação entre amplitude e freqüência de um som complexo. O matemático francês Jean Baptiste Fourier (1768 – 1830) foi o primeiro a aplicar este método de análise, conhecido hoje com o nome de Análise de Fourier. Este método demonstra que qualquer forma de onda pode ser decomposta em uma soma de ondas senoidais. A freqüência destas ondas senoidais que formam o espectro guardam uma relação numérica com a freqüência mais baixa da série que, por este motivo, é chamada de freqüência fundamental (f0).

53 Jean Baptiste Fourier (1768 – 1830)
Física Acústica Jean Baptiste Fourier (1768 – 1830)

54   Propriedades Físicas do Som - Timbre e espectro Física Acústica
Amplitude Tom puro (senoide)  F1 Freqüência Amplitude Onda quadrada  F1 F2 F3 F4 F5 Freqüência

55  Propriedades Físicas do Som - Timbre e espectro Física Acústica
Amplitude Onda complexa  F1 Freqüência

56 Propriedades Físicas do Som - Densidade Espectral
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Densidade Espectral A Densidade espectral apresenta a energia do fenômeno vibratório em função da freqüência. O gráfico de densidade espectral mostra a energia da onda sonora para cada freqüência discreta ou banda de freqüência.

57 Propriedades Físicas do Som - Densidade Espectral
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Densidade Espectral Energia/freqüência freqüência

58 Analisador de espectro sonoro:
LAV Analisador de espectro sonoro:

59 Propriedades Físicas do Som - Ruído
Física Acústica Propriedades Físicas do Som - Ruído A definição de ruído é um tanto ambígua. De um modo geral pode ser definida como um som indesejável. Assim vamos apresentar duas definições para o ruído : Definição Subjetiva : Ruído é toda sensação auditiva desagradável ou insalubre. Definição Física : Ruído é todo fenômeno acústico não periódico, sem componentes harmônicos definidos.

60 Fim. Propriedades Físicas do Som - Ruído Física Acústica Amplitude
freqüência Amplitude freqüência Fim.