Usuário(a):Rpez/Som

 Nota: Para outros significados, veja Rpez/Som (desambiguação).

O som é a propagação de uma frente de compressão mecânica ou onda mecânica;é uma onda longitudinal, que se propaga de forma circuncêntrica, apenas em meios materiais - que têm massa e elasticidade, como os sólidos, líquidos ou gasosos.

Os sons naturais são, na sua maior parte, combinações de sinais, mas um som puro monotónico, representado por uma senóide pura, possui uma velocidade de oscilação ou frequência que se mede em hertz (Hz) e uma amplitude ou energia que se mede em decibéis. Os sons audíveis pelo ouvido humano têm uma frequência entre 20 Hz e 20.000 Hz. Acima e abaixo desta faixa estão ultrassom e infrassom, respectivamente.

Seres humanos e vários animais percebem sons com o sentido da audição, com seus dois ouvidos, o que permite saber a distância e posição da fonte sonora: a chamada audição estereofônica. Muitos sons de baixa frequência também podem ser sentidos por outras partes do corpo e pesquisas revelam que elefantes se comunicam através de infra-sons.

Os sons são usados de várias maneiras, muito especialmente para comunicação através da fala ou, por exemplo, música. A percepção do som também pode ser usada para adquirir informações sobre o ambiente em propriedades como características espaciais (forma, topografia) e presença de outros animais ou objetos. Por exemplo, morcegos, baleias e golfinhos usam a ecolocalização para voar e nadar por entre obstáculos e caçar suas presas. Navios e submarinos usam o sonar; seres humanos recebem e usam informações espaciais percebidas em sons.

Esquema representando a audição humana. (Azul: ondas sonoras; Vermelho: tímpano; Amarelo: cóclea; Verde: Células receptoras de som; Púrpura: espectro de frequências da resposta da audição; Laranja: Potencial de ação do nervo.

Percepção dos Sons

Orelha humana

Para os humanos, a audição é normalmente limitada por frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz (20 kHz), embora estes limites não sejam absolutos. O limite maior normalmente decresce com a idade. Outras espécies têm diferentes níveis de audição. Por exemplo, os cães conseguem perceber vibrações mais altas que 20.000 Hz. Como um sinal percebido por um dos sentidos, o som é usado por muitas espécies para detectar o perigo, orientação, caça e comunicação. A atmosfera da Terra, a água e virtualmente todos os fenômenos físicos, como o fogo, a chuva, o vento, as ondas ou os terremotos produzem sons únicos. Muitas espécies, como os sapos, os pássaros, mamíferos terrestres e aquáticos foram, também, desenvolvendo órgãos especiais para produzir som. Em algumas espécies, estes evoluíram para produzir o canto e a fala.

O som em fluidos

O som pode ser descrito através de ondas sonoras, que são ondas de deslocamento, densidade e pressão que se propagam pelos fluidos. Isso quer dizer que após a passagem de uma onda sonora por uma região do fluido, a posição de suas partículas, bem como a pressão e a densidade, retornarão aos seus valores originais (anteriores à passagem da onda). Tais deslocamentos e variações de pressão e densidade, ainda que muito pequenos, dão origem ao transporte de energia que caracteriza uma onda.

Para encontrar a equação de ondas sonoras é necessário fazer uma aproximação em que as velocidades e variações de pressão e densidade associadas a ele são muito pequenas. Fazendo essas considerações, surge a equação do som. Ela é uma idealização, mas as ondas sonoras reais a obedecem com excelente aproximação.

Aqui, consideraremos apenas fluidos ideais e isotrópicos. Duas equações importantes na descrição de um fluido ideal são a Equação de Continuidade:

${\frac {\partial \rho }{\partial t}}+{\vec {v}}\cdot \nabla \rho +\rho \nabla \cdot {\vec {v}}=0$

e a Equação de Euler:

${\frac {\partial {\vec {v}}}{\partial t}}+({\vec {v}}\cdot \nabla ){\vec {v}}=-{\frac {1}{\rho }}\nabla p$

onde $\rho =\rho (x,y,z,t)$ é a densidade definida para ponto do espaço e para cada instante do tempo, ${\vec {v}}={\vec {v}}(x,y,z,t)$ é a velocidade da região infinitesimal do fluido no ponto $(x,y,z)$ durante o instante $t$, e $p=p(x,y,z,t)$ é a pressão, definida da mesma maneira que a densidade.

Para nos restringirmos a efeitos sonoros, consideraremos a pequenez da velocidade e das derivadas da pressão e densidade. A consequência disso é que os termos que dependem duplamente de uma ou duas dessas grandezas poderão ser desprezados, uma vez que diminuições delas provocam uma diminuição muito maior desses termos do que daqueles que dependem apenas de uma grandeza. Assim, podemos identificar dois desses termos nas equações acima:

${\vec {v}}\cdot \nabla \rho$

e

$({\vec {v}}\cdot \nabla ){\vec {v}}$

De modo que elas ficam

${\frac {\partial \rho }{\partial t}}+\rho \nabla \cdot {\vec {v}}=0$

${\frac {\partial {\vec {v}}}{\partial t}}=-{\frac {1}{\rho }}\nabla p$

Podemos derivar parcialmente ambos os membros da primeira em relação ao tempo. Assim, obtemos

${\frac {\partial ^{2}\rho }{\partial t^{2}}}=-{\frac {\partial \rho }{\partial t}}\nabla \cdot {\vec {v}}-\rho \nabla \cdot {\frac {\partial {\vec {v}}}{\partial t}}$

O termo

$-{\frac {\partial \rho }{\partial t}}\nabla \cdot {\vec {v}}$

Depende duplamente da densidade e da velocidade, então o desprezamos:

${\frac {\partial ^{2}\rho }{\partial t^{2}}}=-\rho \nabla \cdot {\frac {\partial {\vec {v}}}{\partial t}}$

Agora, substituimos nesta a equação que veio da equação de Euler:

${\frac {\partial ^{2}\rho }{\partial t^{2}}}=\rho \nabla \cdot \left({\frac {1}{\rho }}\nabla p\right)=\rho \left(-{\frac {\nabla \rho }{\rho ^{2}}}\right)\cdot \nabla p+\nabla ^{2}p$

Desprezaremos o primeiro termo e consideraremos, em uma hipótese que a densidade e a pressão sejam independentes do tempo, que:

$\nabla ^{2}p=\left[{\frac {\partial p}{\partial \rho }}\right]\nabla ^{2}\rho$

Finalmente podemos escrever a Equação de Onda:

${\frac {\partial ^{2}\rho }{\partial t^{2}}}=v^{2}\nabla ^{2}\rho$

onde identifica-se

$v={\sqrt {\left[{\frac {\partial p}{\partial \rho }}\right]}}$

como a velocidade do som no meio.

Na realidade, há várias equações de ondas sonoras. sendo que a escrevemos acima é a equação da densidade. A equação da pressão é obtida trivialmente usando a regra da cadeia:

${\frac {\partial ^{2}p}{\partial t^{2}}}=v^{2}\nabla ^{2}p$

Agora, derivaremos a equação da velocidade. Essa equação será um pouco diferente das demais, uma vez que se trata de uma equação vetorial. Para isso, usaremos novamente a equação

${\frac {\partial \rho }{\partial t}}+\rho \nabla \cdot {\vec {v}}=0$

Podemos resolvê-la em relação à densidade, colocando-a sob a forma

${\frac {\partial \rho /\partial t}{\rho }}=-\nabla \cdot {\vec {v}}$

${\frac {\partial }{\partial t}}(ln\rho )=-\nabla \cdot {\vec {v}}$

$(ln\rho )=-\int _{t_{0}}^{t}\nabla \cdot {\vec {v}}dt+D(x,y,z)$

Agora, introduziremos o deslocamento ${\vec {u}}(x,y,z,t)$. Ele indica o deslocamento de uma partícula do fluido em relação à sua posição de equilíbrio (x,y,z). Com isso, podemos ver que

${\frac {\partial {\vec {u}}}{\partial t}}={\vec {v}}$

Então, escrevemos

$\rho =e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}+D(x,y,z)}$

Fazendo $\rho (t_{0})=\rho _{0}$, e $-\nabla \cdot {\vec {u}}(t_{0})=0$ obtemos

$\rho _{0}=e^{D(x,y,z)}$

Finalmente,

$\rho =\rho _{0}e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}$

Agora, voltemos à equação que derivamos, no início, da equação de Euler:

${\frac {\partial {\vec {v}}}{\partial t}}=-{\frac {1}{\rho }}\nabla p$

${\frac {\partial {\vec {v}}}{\partial t}}=-v^{2}{\frac {1}{\rho }}\nabla \rho$

${\frac {\partial ^{2}{\vec {u}}}{\partial t^{2}}}=-v^{2}{\frac {1}{\rho }}\nabla \rho$

E, substituindo pelo que achamos,

${\frac {\partial ^{2}{\vec {u}}}{\partial t^{2}}}=-v^{2}{\frac {1}{\rho _{0}e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}}}\nabla \left(\rho _{0}e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}\right)$

${\frac {\partial ^{2}{\vec {u}}}{\partial t^{2}}}=-v^{2}{\frac {1}{\rho _{0}e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}}}\left(\nabla \rho _{0}.e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}+\rho _{0}\nabla \left(e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}\right)\right)$

${\frac {\partial ^{2}{\vec {u}}}{\partial t^{2}}}=-v^{2}{\frac {1}{\rho _{0}e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}}}\left(\nabla \rho _{0}.e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}+\rho _{0}\nabla \left({-\nabla \cdot {\vec {u}}}\right)e^{-\nabla \cdot {\vec {u}}}\right)$

${\frac {\partial ^{2}{\vec {u}}}{\partial t^{2}}}=-v^{2}\left(\nabla \left(-\nabla \cdot {\vec {u}}\right)+{\frac {\nabla \rho _{0}}{\rho _{0}}}\right)$

Derivando ambos os lados parcialmente em relação ao tempo,

${\vec {v}}\cdot \nabla \rho$

Que é a equação de ondas sonoras para a velocidade.

Tecnologia sonora

Esquema representando duas ondas sonoras de diferentes frequências.

O advento da tecnologia e principalmente da eletrônica permitiu o desenvolvimento de armazenamento de áudio e aparelhos de som para gravação e reprodução de áudio, principalmente música.

São exemplos de fontes ou mídias o MP3, CD, o LP ou Disco de vinil e a cassete. Alguns dos aparelhos que reproduzem essas mídias, são o toca-discos e o gravador cassete.

Desde seus primórdios, com a invenção do fonógrafo, essa reprodução eletrônica do áudio evoluiu até atingir seu auge na alta fidelidade, que faz uso da estereofonia.

Instrumentos musicais: Cada instrumento produz as notas com timbres diferentes. As vibrações são criadas por toque ou sopro e cada instrumento tem o seu ressoador que amplifica os sons audíveis. Ex: no piano quem gera o som é a corda e quem ressoa é a caixa de ressonância.

Ver também

• Alta fidelidade
• Aparelho de som
• Baleia
• Binaural
• Decibel
• Desenho de som
• Eco

• Ecolocalização
• Estereofonia
• Golfinho
• Meios de propagação
• Morcego
• Música

• Pressão sonora
• Radar
• Som automotivo
• Sonar
• Sonoplastia
• Velocidade do som

Ligações externas

• Buscasons - Biblioteca de sons
• HyperPhysics: Sound and Hearing
• Audio calculations and online acoustics conversion engines
• [1]