Comparando a pressão do ar (105Pa), as variações da pressão sonora audível são muito pequenas, variando entre 20 µPa (20×10-6Pa) e os 20Pa. Os 20 µPa correspondem ao limiar de audição de uma pessoa e os 100Pa de pressão sonora é um nível tão elevado que causa dor e consequentemente é denominado Limiar da Dor.
Frequência
O som é toda a variação de pressão que pode ser detectada pelo ouvido humano. O número de variações da pressão por segundo é a frequência do som e é expressa em Hertz (Hz). A percepção auditiva normal de uma pessoa nova e saudável varia aproximadamente entre os 20Hz a 20000Hz, a chamada Gama Audível, os sons com menos de 20Hz são chamados de infra-sons e os sons com mais de 20000Hz são chamados ultra-sons, imperceptíveis para o ouvido humano.
Intensidade
A intensidade do som é a quantidade de energia que uma determinada fonte pode produzir. Fazendo a analogia com um aquecedor eléctrico, este produz uma certa quantidade de energia por unidade de tempo (watts/s), este parâmetro permite-nos avaliar a quantidade de calor que o aquecedor pode produzir, podendo ser medido através de um termómetro. Uma fonte sonora, por exemplo um aspirador, produzirá do mesmo modo uma certa quantidade de energia por tempo (joule/s), este fluxo de energia numa determinada direcção é designado de intensidade sonora.
Do ponto de vista físico, a energia emitida por uma fonte sonora é desprezível, a energia sonora contida num grito de "golo" num estádio de futebol lotado, mal daria para aquecer uma chávena de café. Se a energia da voz de toda a população de uma cidade fosse transformada em energia eléctrica, seria o suficiente apenas para acender uma lâmpada de 50 ou 60 Watts.
Timbre
Quando tocarmos a mesma nota (mesma frequência) com a mesma intensidade, num piano e num violino notamos claramente a diferença, em linguagem comum dizemos que os seus timbres são diferentes, portanto, o timbre permite-nos reconhecer a fonte geradora do som.
Existem sons que pela sua natureza física (emitem predominantemente numa determinada frequência), podem ser mais irritantes, como por exemplo as máquinas com partes giratórias, tais como o de motores, ventiladores e bombas.
Velocidade do Som
A propagação do som no ar, dá-se a partir de uma fonte de ruído em todas as direcções. Por ser uma vibração longitudinal das moléculas do ar, esse movimento oscilatório é transmitido de molécula para molécula, até chegar aos nossos ouvidos, gerando a audição.
A velocidade de propagação do som no Ar, depende da densidade e da pressão do ar e pode ser calculada pela equação: v = √1.4 * P
D
onde P é a pressão atmosférica e D a densidade no SI. Se tomarmos P= 105 Pa e D=1,18 kg/m3, obteremos a velocidade VAr = 344,44 m/s.
Propagação Livre
Outro factor importante na propagação do som é a sua atenuação com a distância. O som ao propagar-se sofre uma diminuição na sua intensidade, isto é causada por dois factores:
1.º Dispersão das ondas: o som ao se propagar no ar livre (ondas esféricas) tem a sua área de propagação aumentada em função do aumento da área da esfera. Como a energia sonora (energia de vibração das moléculas de ar) é a mesma, ocorre uma diluição dessa energia, causando uma atenuação na intensidade. A cada vez que dobramos a distância da fonte, a área da esfera aumenta 4 vezes, diminuindo a intensidade sonora em 4 vezes, ou seja 6 dB com o dobro da distância. Em relação a por exemplo uma estrada (ondas cilíndricas), a pressão sonora diminui apenas 3dB com o dobro da distância.
2.º Perdas entrópicas: Numa onda sonora, onde acontecem sucessivas compressões e rarefacções, ocorrem pequenos aumentos e diminuições na temperatura do ar. Pela 2ª Lei da Termodinâmica, sempre que se realiza uma transformação energética, acontece uma perda ou seja, parte da energia perde-se em forma de calor. É a chamada perda entrópica, assim, na propagação do som parte da energia transforma-se em calor, esta atenuação depende da sua frequência, da temperatura e da humidade relativa do ar
A atenuação do som com a distância em campo livre é:
• Directamente proporcional à frequência, ou seja, o som agudo "morre" em poucos metros, enquanto que o som grave se pode ouvir a quilómetros de distância.
• Inversamente proporcional à temperatura e à humidade.
A poluição do ar, principalmente o monóxido e o dióxido de Carbono, são muito absorventes, atenuando bastante o som.
Portanto na propagação do som, o ar oferece maior resistência à transmissão de altas frequências e causa uma distorção no espectro de frequências. É por isso que nos sons produzidos a grandes distâncias, “ouvimos” com maior nível os sons graves.
Propagação com Obstáculos
Quando interpomos uma superfície no avanço de uma onda sonora, esta divide-se em várias partes: uma quantidade é reflectida, a outra é absorvida e outra atravessa a superfície (transmitida).
Reflexão
Se uma onda sonora que se propaga no ar encontra uma superfície sólida, a sua propagação é reflectida, segundo as leis da Reflexão Óptica. A reflexão numa superfície é directamente proporcional à dureza do material. Paredes de cimento, mármore, azulejos, vidro, etc., reflectem quase 100 % do som incidente.
Um ambiente que contenha paredes com muita reflexão sonora, terá uma péssima inteligibilidade da linguagem. É o que acontece, geralmente, com grandes igrejas, salões de clubes, etc.
Absorção
Absorção é a propriedade de alguns materiais em não permitir que o som seja reflectido por uma superfície. O som absorvido por uma superfície é a quantidade de som dissipado (transformado em calor) mais a quantidade de som transmitido.
A dissipação da energia sonora por materiais absorventes depende fundamentalmente da frequência do som: normalmente é grande para altas frequências, caindo para valores muito pequenos para baixas frequências.
Transmissão
Transmissão é a propriedade sonora que permite que o som passe de um lado para o outro de uma superfície continuando sua propagação, fisicamente o fenómeno tem as seguintes características: a onda sonora ao atingir uma superfície, faz com que ela vibre, transformando-a numa fonte sonora, assim a superfície vibrante passa a gerar som na sua outra face, portanto, quanto mais rígida e densa (pesada) for a superfície menor será a energia transmitida.
Grandezas Acústicas
Pressão Sonora e Nível de Pressão Sonora
A diferença entre a pressão atmosférica ambiente e a pressão atmosférica em repouso é a Pressão Sonora, esta mede-se em Pascal (Pa).
A audição humana consegue detectar valores de pressão acústica desde 0,00002 até 20 Pascal. Devido a esse grande espectro de variação da pressão, é então conveniente converter esses valores para uma escala mais comprimida, que é o caso da escala logarítmica.
Outro aspecto, é o facto da percepção auditiva de aumentos de intensidade sonora não ser linear, tendo um comportamento mais semelhante à escala logarítmica.
A escala utilizada tem ainda em consideração um valor de referência P0 = 2X10-5 Pa, que é o limiar da audição. Desta forma a pressão sonora mínima audível será zero.
Define-se deste modo, uma escala com a unidade Bel. O nome desta unidade foi escolhida em honra de Alexander Graham Bell, o inventor do telefone. Como essa escala na gama audível teria valores entre 0 e 1.20, optou-se por multiplicar esses valores por dez, donde temos a unidade Decibel (dB).
Assim, define-se nível de pressão (SPL, Lp) como sendo:
Lp = 10 Log ( P2/P02 )
Exemplos de valores de pressão e níveis de pressão sonora médios para diversas situações.
Nível Sonoro
A audição humana não reage da mesma forma a todas as frequências. Desta forma um nível de pressão sonora de 90 dB de uma frequência de 100 Hz não causa a mesma sensação auditiva se a frequência for 2000 Hz.
A escala de decibéis é então corrigida por forma a representar a sensação auditiva e não apenas a realidade física. Essa correcção é feita através da malha A, passando agora o unidade a ser designada como dB(A).
O carácter subjectivo em causa é ilustrado pelo diagrama da figura seguinte, onde se pode constatar a evolução da sensação auditiva em função do nível de pressão sonora do estímulo em causa.
Potência Sonora
A pressão sonora é uma grandeza fácil de ser medida. Existe uma variedade de aparelhos disponíveis, que usam microfones e circuitos electrónicos, para a correcção de acordo com as curvas e indicação dos valores. Mas a pressão sonora, por si, não caracteriza quantitativamente uma fonte. Por exemplo: numa lâmpada (fonte luminosa) pode medir-se a intensidade luminosa num determinado local, mas o valor não tem necessariamente relação com a potência da lâmpada. Uma lâmpada mais potente situada a uma distância maior pode produzir a mesma intensidade luminosa.
A fim de caracterizar quantitativamente uma fonte sonora, foi definida uma escala de nível de potência sonora. Também em decibéis e, de forma similar à pressão, com uma potência de referência W0 = 10 -12 watts.
O nível de potência sonora (Lw) e é definido pela expressão:
Lw = 10 Log ( W / W0 )
É comum, por exemplo, o uso de níveis sonoros para caracterizar ambientes. A tabela seguinte dá níveis máximos considerados aceitáveis de nível sonoro para alguns espaços.
Tipo
db(A)
Auditório
30
Biblioteca
35
Cinema
35
Escritório
35
Estúdio de Gravação
25
Estúdio de Rádio
20
Hospital (Corredor)
35
Hospital (Sala de Cirurgia)
30
Hotel (Recepção)
40
Igreja
30
Restaurante
45
Supermercado
45
Teatro
30
Tribunal
30
Níveis Sonoros Aceitáveis para Alguns Espaços.
A potência sonora caracteriza uma fonte. Na tabela seguinte, apresentam-se valores médios para alguns tipos de equipamentos geradores de ruídos.
Tipo de Fonte
db(A)
Foguetão Espacial
200
Avião a Jacto Militar
170
Ventilador centrífugo grande (850000 m3/h)
140
Automóvel em Estrada
100
Voz em Nível de Conversação
70
Voz Muito Baixa
30
Menor Fonte Audível
0
Os níveis sonoros sendo logarítmicos, não podem ser somados de forma corrente, ou seja de uma forma linear, como em: 20 + 20 = 40. Desta forma têm que ser somados logaritmicamente. Existem duas forma de o fazer:
Método do Ábaco
Ábaco para Adição de Decibeís.
Exemplo:
L1 = 55 dB e L2 = 51 dB
Diferença entre L1 e L2 igual a 4 dB
Do ábaco temos que para uma diferença de 4 dB, soma-se 1.4 dB à fonte com o valor maior, ou seja, 55 dB + 1.4 dB = 56.4 dB
Método Analítico
10 Log ( 10L1/10 + 10L2/10 )
Exemplo:
L1 = 50 dB e L2 = 50 dB
50 dB + 55 dB
10 Log ( 1050/10 + 1055/10 ) = 10 Log ( 105 + 105.5 ) = 10 Log ( 100000 + 316227.8 ) = 10 Log ( 416227.8 ) = 10 x 5.62 = 56.2 dB
Já quando existe uma diferença de 10 dB, ou mais, entre duas fontes sonoras, o ruído resultante daí é igual ao valor do ruído mais elevado e, desta forma, 70 dB + 60 dB = 70 dB, ou seja o ruído de maior intensidade “abafa” o de menor intensidade.
