Acústica

Neste artigo explicamos o que é a acústica, quais os seus ramos e que fenômenos acústicos estuda. Entenda também o que é a poluição sonora.

O que é a acústica?

A acústica é o ramo da física que estuda o som. É uma ciência natural dedicada à compreensão dos fenômenos de produção, transmissão, controlo e recepção de som, infra-som e ultra-som, bem como dos seus efeitos no mundo real.

A acústica define o som como uma vibração, ou seja, a propagação mecânica de ondas através da matéria, quer em estado sólido, líquido ou gasoso, e tenta descrever este deslocamento através de fórmulas e princípios matemáticos.

É uma das ciências mais antigas da humanidade, cujos primórdios podem ser traçados até à Antiguidade Clássica, entre o século VI a.C. e o século I d.C., especialmente na Grécia e Roma. Os seus primeiros estudos formais, realizados por Pitágoras (ca. 569-475 a.C.), preocupavam-se com a compreensão dos sons musicais, para tentar compreender porque é que alguns sons são mais bonitos do que outros.

Foi Aristóteles (384-322 AC), mais de um século depois, que descobriu que o som é constituído por contrações e expansões de ar, e o primeiro tratado sobre o assunto foi escrito séculos mais tarde pelo arquitecto romano Vitruvius (80-15 AC), por volta de 20 AC.

No entanto, foi só depois da Revolução Científica da Renascença que as leis que regem o som começaram a ser descobertas, graças aos estudos de cordas vibratórias de Galileu Galilei (1564-1642) e Marin Mersenne (1588-1648). A eles juntaram-se mais tarde Isaac Newton (1642-1727) e mais tarde os chamados “gigantes” da acústica: o alemão Hermann Helmholtz (1821-1894) e Lord Rayleigh (1842-1919), entre outros grandes cientistas que estudaram som.

As primeiras tentativas para medir a velocidade do som no ar, uma das realizações fundamentais da acústica, foram feitas no século XVII e, embora não fossem muito precisas, revelaram que a velocidade das ondas não depende da sua frequência. Em 1738, a Academia das Ciências de Paris alcançou uma medição quase igual ao valor atual de 331,29 metros por segundo.

Atualmente, a acústica é uma disciplina importante com muitas aplicações técnicas na arquitetura e planeamento urbano, medicina, artes e entretenimento, telecomunicações, e mesmo no exército (tal como o mecanismo do radar).

Ramos da acústica

A acústica engloba um conjunto diversificado de sub-disciplinas ou especializações, das quais as mais importantes são:

• Acústica arquitetônica. Um ramo da acústica dedicado ao estudo do movimento do som em edifícios e espaços urbanos, a fim de os construir de modo a tirar partido da natureza do som.
• Acústica musical. O ramo da acústica dedicado ao estudo do som num contexto artístico, ou seja, música e sons considerados belos. Preocupa-se tanto com instrumentos musicais como com sistemas de afinação à escala.
• Acústica fisiológica. O ramo da acústica dedicado ao estudo do funcionamento do aparelho auditivo, das suas doenças, perturbações e outras implicações.
• Electroacústica. Um ramo da acústica preocupado com o estudo da aquisição, reprodução, amplificação e produção de som através de dispositivos eletrônicos como microfones ou altifalantes.
• Acústica subaquática. O ramo da acústica preocupado com o estudo do som à medida que este é produzido e transmitido debaixo de água.
• Psicoacústica. O ramo da acústica preocupado com o estudo da relação entre o som e a mente humana, ou seja, a forma como nós, humanos, reagimos ao som.
• Bioacústica. Um ramo da acústica preocupado com o estudo do som nos seres vivos, especialmente nos animais: a função dos sons que emitem, a disposição do aparelho fonador, e assim por diante.
• Acústica industrial. O ramo da acústica preocupado com o estudo do som gerado pelas atividades produtivas humanas, as formas de poluição sonora e o impacto do som no ambiente de trabalho.

Fenômenos acústicos

O som propaga-se no ambiente físico sob a forma de ondas mecânicas, cujas propriedades lhes permitem sofrer diferentes alterações e transformações, conhecidas como fenômenos acústicos. Os principais são:

• Reflexão. Este é um fenômeno que ocorre quando as ondas sonoras encontram um objecto físico no seu caminho que altera ou modifica a sua trajetória original, produzindo um efeito de ricochete que pode enviá-los de volta à sua fonte original. Dependendo das condições em que a reflexão ocorre, outros fenômenos semelhantes podem ocorrer, como por exemplo:

O eco. É um tipo de reflexão sonora em que a onda regressa ao seu emissor após impacto numa superfície refletora, em ciclos de um intervalo de cerca de 0,1 segundos. É semelhante ao efeito da luz a bater num espelho, devolvendo parte dos seus próprios sons ao emissor, como em longas cavernas onde podemos ouvir a nossa voz a repetir-se para nós.

Reverberação. Este é um fenômeno associado à reflexão sonora, em que um som pode ser ouvido algum tempo depois de ter deixado de ser emitido, ou seja, quando o seu emissor está em silêncio. Este fenômeno deve-se também à persistência acústica, e é interpretado como um alongamento dos sons iniciais, como no caso do ruído que acompanha uma explosão.

Ondas estacionárias. São um fenômeno que ocorre quando uma onda reflectida é adicionada à onda original no mesmo eixo, o que modifica as propriedades de ambas e aumenta ou diminui a sua amplitude, de modo que o som resultante é muito diferente daquele emitido. Isto é o que acontece quando um microfone grava a saída do seu próprio som num altifalante, ou seja, quando o feedback ocorre.

• Absorção. Este é um fenômeno que pode ser considerado como o oposto de reflexão, uma vez que neste caso as ondas sonoras, ao encontrarem uma barreira física, não alteram o seu curso, mas são canceladas ou neutralizadas, parcial ou totalmente. Este fenômeno é utilizado para insonorizar certos espaços, tais como locais onde se toca música, impedindo que as ondas se propaguem mais para o exterior.
• Refração. Este é um fenômeno que ocorre quando as ondas sonoras se propagam de um meio físico para outro (por exemplo, do ar para a água ou vice-versa), e no processo mudam a sua velocidade e direção a um grau equivalente às propriedades físicas do meio em que viajam. Podemos experimentar este fenômeno mergulhando numa piscina e ouvindo os que falam à superfície.
• Difração. Este é um fenômeno que ocorre quando as ondas sonoras encontram um obstáculo no seu caminho, contornam-no e transformam a superfície do obstáculo numa fonte de ondas secundárias (ondas difratadas), fazendo com que o som se disperse para o meio envolvente. Também pode ocorrer quando as ondas sonoras passam por uma pequena abertura e se propagam para o novo ambiente, como quando falamos através de um tubo e a nossa voz emerge distorcida do outro lado.
• Interferência. Este é um fenômeno que ocorre quando duas ondas sonoras harmônicas se sobrepõem, alterando as suas propriedades no processo. Quando esta sobreposição provoca um ganho de amplitude, falamos de interferência construtiva; quando, por outro lado, a amplitude se perde, falamos de interferência destrutiva. Isto é o que acontece quando estamos num ambiente cheio de pessoas a falar e é difícil ouvir a pessoa que está ao nosso lado.
• Efeito Doppler. Este é um fenômeno que ocorre quando o transmissor das ondas se afasta rapidamente do receptor ou para ele, e este movimento afeta a frequência das ondas sonoras. Isto é o que acontece quando uma ambulância passa por nós e o seu som característico ganha frequência à medida que se aproxima e perde frequência à medida que se afasta.

Poluição sonora

A poluição sonora é a emissão contínua de sons intrusivos num ambiente ou ecossistema, que produzem ruído e impedem ou dificultam a propagação de sons naturais e os característicos desse ambiente. A poluição sonora é mais perceptível nas cidades, onde a acumulação de som pode tornar-se intolerável e mesmo fisicamente nociva para o corpo, enquanto que nas zonas rurais e silvestres há uma menor incidência de ondas sonoras irritantes.

Este tipo de poluição tem efeitos sobre a flora e fauna dos habitats, e especialmente sobre a estabilidade psicológica das pessoas, pois pode induzir estados de agitação, descontentamento, angústia ou distração.

Bibliografia:

“Acústica” em Wikipédia.
“La naturaleza del sonido” em Universidad Nacional de Rosario (Argentina).
“Acoustics (physics)” en The Encyclopaedia Britannica.