​Dúvida sobre a física dos sons

Tenho uma pergunta, sobre física dos sons, que nunca consegui responder plenamente.

O som é uma onda, que tem uma amplitude e frequência, como na figura a seguir. Aliás, o comprimento de onda é o inverso da frequência, das aulinhas de física.

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Nossos ouvidos ouvem sons numa determinada faixa de frequências (20 Hz ~20.000 Hz). Tanto as frequências abaixo quanto acima, não são captadas.

Por outro lado, se o som tiver uma amplitude muito alta, como a explosão de uma bomba, o tímpano de uma pessoa pode se romper.

Pergunta:

O que acontece se eu colocar o som numa amplitude extremamente elevada, a ponto de furar os tímpanos, mas numa frequência inaudível?

O tímpano vai ser prejudicado devido à energia que esta onda carrega? Ou
a onda vai se anular, e nada acontece?


Tentativa de resposta

Tenho uma tentativa de resposta, mas não tenho convicção sobre a mesma.

O som é um fenômeno puramente físico. O tímpano é como se fosse uma membrana de um tambor, que vibra devido à vibração do ar.

Snare_drum_clean.jpg

Se um som tiver frequência alta demais, o tímpano não tem tempo de reagir à excitação. Quando a membrana é excitada para “subir”, já está na hora de “descer” novamente, ou seja, a onda se anula. Portanto, para frequências muito altas, uma amplitude alta não vai explodir os tímpanos.

Timpano.jpg

O tal de “ultrassom” é isso, uma onda acima do que conseguimos ouvir. Mas, embora o tímpano não responda ao ultrassom, alguma coisa dentro do corpo responde, no sentido de refletir a onda sonora. Portanto, mesmo não explodindo o tímpano, vai explodir alguma coisa dentro do corpo humano, que tem um comprimento de onda pequeno o suficiente (ou seja, um material denso o suficiente) para entrar em ressonância com esta onda.

E se o som tiver frequência abaixo do que ouvido consegue captar? O limite inferior audível teoricamente é menor do que 20 hz. Mas 20 Hz é praticamente zero, para a escala sonora.  Na prática, um som em baixa frequência e alta amplitude vai explodir o tímpano, por estar na fronteira da faixa audível ao ser humano.


E a visão?

Podemos fazer a mesma pergunta, mas em relação à enxergar. Nós enxergamos uma faixa de frequências. E ficamos cegos se olhar para o Sol, por exemplo. E uma exposição a uma grande amplitude numa faixa invisível, vai nos cegar ou não?


Trilha sonora:

Com tantas ondas sonoras e eletromagnéticas, uma boa música para acompanhar este post: Wave – Tom Jobim

Uma caixinha de música

Este é um dos presentes mais legais que um engenheiro pode ganhar.

MusicBox2

– É uma caixinha de música com a estrutura de funcionamento visível
– As músicas nela são dos Beatles: Hey Jude, Let it Be, Yesterday, Imagine

Há dezenas de anos atrás, tinha uma caixinha de música em casa, mas tinha alguma bailarina em cima. Minha mãe não deixou eu quebrar a bailarina para ver como aquilo gerava música. Agora sim, posso liberar o espírito criança.

Vi que a caixinha funciona assim. A gente gira a manivela, que tem conexão com o rolo com arestas. Cada aresta é como se fosse um dedo, que toca uma nota específica do mini-piano à sua frente.
Mas vamos detalhar um pouco mais a física disto.


O Hardware
Nas aulinhas de física sobre acústica, os professores ensinam que o som é uma onda.

Uma barrinha de metal assim tem um comprimento, digamos L.

Barrinha1

Digamos que o músico bate na barrinha. Ela vai começar a vibrar numa ponta, enquanto está presa na outra ponta. O metal vai para cima e para baixo várias vezes, até voltar ao normal.

Barrinha2

Isto gera uma onda, com frequência proporcional ao comprimento L. Quanto menor o comprimento da barra, menor o comprimento da onda gerada, e assim, maior a frequência – mais agudo o som. Quanto maior o comprimento, maior a frequencia – mais grave.

Barrinha3

Se eu colar várias barrinhas de metal uma do lado da outra, e ajustar os tamanhos conforme as escalas de som – dó ré mi – tenho um conjunto completo para fazer música, como um mini-piano.

Barrinha4

Agora, é só tocar o meu mini-piano.


O “Software”

A Informação, seja ela uma música dos Beatles ou da valsa dos cisnes, é gravada no rolo com arestas. Cada aresta é como se fosse um dedo que toca uma nota, como se eu estivesse lendo a partitura da música.

A minha caixinha não permite, mas se fosse para trocar de música era só trocar o rolo com arestas.

Barrinha5

Outro detalhe didático. Se tocar a caixinha no ar, não sai um som legal. Ele precisa estar em um plano, para conseguir reproduzir uma caixa de ressonância.

Tem uns vídeos que mostram uma caixinha de musica funcionando. https://www.youtube.com/watch?v=0jIVtRV1biI

O disco de vinil de antigamente não era um rolo com arestas, mas era um disco com sulcos. Cada sulco representava uma unidade de informação. A música dos ipods e streamings de hoje em dia também não é diferente. São unidades de informação gravadas em algum formato pré estabelecido.

Hoje em dia, dá para pensar no seguinte. Um rolo com arestas móveis, que sobem e descem, e são programáveis. Daí, baixar uma música qualquer na internet, e mandar tocar na caixinha de música!


Coisas lúdicas e didáticas

Parto do princípio de que ninguém gosta de coisas complicadas. Eu, pelo menos, só entendo coisas lúdicas e didáticas, a as minhas aulas de física seriam muito mais simples com instrumentos assim.

Não lembro a marca da caixinha de música, porque perdi a caixa.  Mas comprei a mesma na Haikai, da av. Galvão Bueno, 17, loja 18.

Arnaldo Gunzi

Set 2015