unesp Laboratório de Acústica e Vibrações http://email.feb.unesp.br/~jcandido Prof. Dr. João Candido Fernandes Depto Engenharia Mecânica Unesp – Campus de Bauru E-mail: jcandido@feb.unesp.br

Propriedades Físicas do Som LAV Propriedades Físicas do Som

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.

Propriedades Físicas do Som LAV Propriedades Físicas do Som

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.

Física Acústica Fonte Sonora

Física Acústica Freqüência SOM Intensidade Timbre

Física Acústica Propriedades Físicas do Som Freqüência

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

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 20.000 Hz tem um comprimento de onda de 1,7 cm O nosso ouvido é capaz de captar sons de 20 a 20.000 Hz. Os sons com menos de 20 Hz são chamados de infra-sons e os sons com mais de 20.000 Hz são chamados de ultra-sons. Esta faixa de freqüências entre 20 e 20kHz é definida como faixa audível de freqüências ou banda audível.

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

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

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

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

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

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

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

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

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. 200 400 800 100 200 400 = 1 oitava

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.

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

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 2.000, 4.000, 8.000 e 16.000 Hz.

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 , 62,5 125 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, 8.000 e 16.000 Hz.

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

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

Física Acústica Propriedades Físicas do Som Intensidade

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.

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)

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.

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

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)

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) = 10-16 W/cm2 Para pressão = 2 x 10-4 BAR Lembrar que 10-16 = 0,0000000000000001

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

LAV Alexander Grahan Bell

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

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)

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

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

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.

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.

Física Acústica

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)

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

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

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

Física Acústica Propriedades Físicas do Som Timbre

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

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

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

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 =

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

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).

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

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

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

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.

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

Analisador de espectro sonoro: LAV Analisador de espectro sonoro:

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.

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