Propriedades e características do som
Todo e qualquer som tem sua origem no movimento vibratório de algum meio
material. Por exemplo, quando um músico dedilha as cordas de um violão, elas são postas a
vibrar, e ouvimos o som característico deste instrumento. Outro exemplo é a própria voz humana.
Quando falamos, o ar passa por nossas pregas vocais, colocando-as em vibração, produzindo
sons.
No entanto, para que possamos ouvir os sons que são emitidos à nossa volta, é preciso
que a vibração produzida pelos meios materiais chegue até os nossos ouvidos. Isso se
dá por meio do ar. O som se propaga como uma onda mecânica pelo ar,
transportando a energia, desde a fonte sonora até nossos ouvidos. De modo
simples, para o caso do violão, este processo pode ser entendido da seguinte
forma: ao dedilhar a corda do violão, o músico a coloca em vibração. Quando a
corda vibra, ele coloca todo o violão para vibrar e também o ar que está em torno
dele. Essa vibração do ar que está em torno do violão é repassada para as outras moléculas do
ar, até chegar ao canal auditivo de nosso ouvido (que também está cheio de ar). Quando este ar
vibra, nosso tímpano é colocado em vibração. Esta vibração é levada por alguns ossículos até a
cóclea, cujas terminações nervosas enviam sinais elétricos até o cérebro, que os interpreta como
som. Esse mesmo processo ocorre, quando ouvimos uma pessoa falando ou um rádio tocando
música. Isso significa que os processos de produção, transmissão e recepção do som dependem
de meios materiais em vibração. Mas nem todos os materiais vibram da mesma forma. Por
exemplo, quando você está em seu quarto e ouve pessoas conversando do lado de fora, você
consegue identificá-las pela voz, mesmo sem vê-las diretamente. Ou, então, você pode distinguir,
com facilidade, os sons muito “finos” dos mais “grossos”, quando um guitarrista executa um solo.
E, ainda, você pode ouvir sons potentes, como os de uma turbina de avião, ou muito tênues,
como os de um cochicho. Para compreender todas essas diferenças, precisamos tratar das
características do som.
Basicamente, são três as características que nos permitem identificar um determinado
som: a altura, o timbre e a intensidade. Embora o som seja um tipo de onda mecânica que se
propaga longitudinalmente1, vamos utilizar, nos desenhos que se seguem, uma representação de
onda transversal, que são de mais fácil visualização. Contudo isso não representa um problema,
pois tudo o que dissermos para a onda transversal pode ser aplicado à onda longitudinal, ou ao
som. Veja, nas figuras abaixo, a representação de uma onda longitudinal, em uma mola e de uma
onda transversal, em uma corda. O som se propaga como uma onda longitudinal, em que são
formadas regiões de compressão e de rarefação do meio em que o som se propaga.
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O som é uma onda longitudinal. Isso significa que as partículas do meio em que o som se propaga vibram na mesma direção de
propagação da onda. Já em uma onda transversal, as partículas do meio em que se propaga a onda vibram em uma direção
perpendicular à direção de propagação da onda. Vamos utilizar as ondas transversais nas discussões porque a visualização das
grandezas altura, timbre e intensidade é mais difícil de ser percebida nas ondas longitudinais.
Inicialmente, vamos falar da grandeza altura. A altura de um som está relacionada à sua
frequência. É importante não confundir o uso cotidiano que fazemos da palavra altura com o uso
que a ciência faz dela. Em nosso dia a dia, geralmente, usamos a palavra altura para nos
referirmos ao volume do som. No entanto, nas ciências, essa palavra é usada para distinguir sons
agudos ou “finos” de sons graves ou “grossos”. Portanto, em ciências, dizer que um som é alto,
significa dizer que ele é agudo. Já um som baixo é grave. Em ciências, as palavras usadas para
caracterizar o volume do som são intensidade ou amplitude, grandezas sobre as quais falaremos
mais adiante.
Para entender o que é a frequência de uma onda, observe a representação de duas ondas
em duas cordas distintas, na figura abaixo (você pode reproduzir ondas como essas, amarrando
uma corda na maçaneta de uma porta, em sua casa, e balançando a outra extremidade da corda
para cima e para baixo).
Note que, no mesmo intervalo de tempo, uma das cordas executa mais vibrações que a
outra: enquanto a corda I executa uma vibração, a corda II executa duas. Portanto, a onda
produzida na corda II possui uma frequência maior que a da onda produzida na corda I.
A altura é a propriedade do som que nos permite distinguir um som de alta frequência,
denominado agudo, de um som de baixa frequência, denominado grave. Sons altos são
produzidos por materiais que vibram em alta frequência, executando muitas oscilações, a cada
segundo. O violino e a flauta são exemplos de instrumentos que, tipicamente, emitem sons de
alta frequência. Alguns animais, como os pássaros pequenos e os ratos, também emitem sons
muito agudos. Já um contrabaixo, uma tuba ou um bumbo de bateria, por exemplo, produzem
sons graves. Nesses instrumentos, o meio material (corda, ar e membrana, respectivamente)
vibra em baixa frequência, executando um número menor de oscilações, a cada segundo.
Há uma escala que nos permite situar os sons em graves, médios e agudos: o espectro
sonoro. Você talvez já tenha ouvido falar que nossos olhos não captam todos os tipos de luz. Por
exemplo, não podemos ver o infravermelho emitido por um corpo aquecido e nem o ultravioleta
do Sol. Vemos apenas um pequena faixa de radiações, denominada luz visível. Com o som,
ocorre algo semelhante. Não somos capazes de ouvir os infrassons nem os ultrassons, que estão
fora de nosso campo auditivo. Nossos ouvidos percebem sons que se situam entre 20 hertz2 e
20.000 hertz. As ondas abaixo, de 20 Hz, são chamadas de infrassons e as com frequência acima
de 20.000 Hz são chamadas de ultrassons.
Nós, seres humanos, não somos capazes de ouvir ultrassons e infrassons, mas alguns
animais têm essa capacidade. Por exemplo, os rinocerontes se comunicam com outros por meio
de infrassons tão baixos quanto 5 Hz. Já os morcegos emitem ultrassons, que podem chegar a
150.000 Hz. Eles utilizam esses ultrassons para poderem se deslocar pelo ambiente. O ultrassom
funciona como um sonar para o morcego, que pode detectar obstáculos à sua volta, por meio da
emissão e da recepção do ultrassom refletido pelo obstáculo.
Vimos, portanto, que a grandeza altura nos permite distinguir sons agudos de sons graves,
estando relacionada à frequência do som. Já a grandeza timbre nos permite distinguir uma fonte
sonora de outra, mesmo se elas estiverem emitindo sons de mesma frequência. Se você toca
algum instrumento, já deve ter percebido que é muito fácil perceber nitidamente a diferença entre
a mesma nota lá, emitida por um contrabaixo ou por uma guitarra. Isso porque a forma da onda
produzida por cada um destes instrumentos é diferente. Veja, na figura abaixo, algumas
representações de formas de onda de alguns instrumentos musicais e da voz humana.
2
Hertz (abreviação Hz) é uma unidade de medida de frequência, assim como o metro (abreviação m) é uma unidade de medida
de comprimento.
A forma de onda é definida por
todo o conjunto de características
materiais da fonte que produz a onda.
Assim, em um instrumento, como uma
guitarra ou um violão, ela depende do
tipo de corda, do tamanho do
instrumento, do tipo de madeira usada
na fabricação, do tipo de acessório
usado para fixar as cordas na
madeira;
enfim,
todas
as
características do material do que é
feito o instrumento (veja as diferenças;
nos dois instrumentos da fotografia ao
lado). O mesmo se aplica à voz
humana. Geralmente é possível distinguir claramente a voz de pessoas distintas, pois o som final
produzido por uma pessoa é resultado da vibração nas cavidades bucais e nasais, bem como da
posição dos lábios, mandíbula e língua. Por isso; é tão difícil imitar com perfeição a voz de outra
pessoa. Por isso, também, sua voz fica diferente; quando você está gripado. Com a gripe, há
modificações em suas cavidades nasais, o que modifica o meio em que é produzido o som.
Por fim, a última grandeza que nos permite caracterizar um som é a intensidade, ou
amplitude, da onda sonora. Observe a figura a seguir:
Nesta figura, as ondas I e II possuem a mesma frequência, pois executam o mesmo
número de oscilações, a cada segundo. No entanto uma delas (II) possui uma amplitude maior
que a outra (I). Dá-se o nome de amplitude à grandeza associada à energia que a onda
transporta. A onda II transporta mais energia que a onda I, pois tem amplitude maior. A
intensidade do som depende da amplitude da vibração das partículas por onde a onda passa.
Mas como produzir ondas com amplitudes diferentes, na prática? Por exemplo, em um violão,
basta dedilhar a corda com mais força; em um piano, é só apertar as teclas com mais força; com
a voz humana, basta gritar; em um aparelho de som ou TV, deve-se apertar o botão que aumenta
o volume. Perceba, pelos exemplos citados, que a intensidade sonora está relacionada ao que
chamamos de volume do som. Um som muito intenso é um som com o volume muito alto, um
som “forte”, como o de uma turbina de avião. Já um som pouco intenso é um som com o volume
baixo, um som “fraco”, como o de um cochicho.
Agora que você já leu um monte de informações sobre as grandezas altura, timbre e
intensidade sonora, é hora de aplicar seus conhecimentos na resolução das questões que se
seguem.
Questões
1 – Associe a segunda coluna de acordo com a primeira:
I - Intensidade
(
) Permite distinguir um som grave de um som agudo
II - Timbre
(
) Grandeza relacionada à forma da onda sonora produzida
III - Altura
(
) Permite distinguir sons de grande volume de sons de pequeno
volume
(
) Grandeza relacionada à frequência do som
(
) Permite distinguir o som de um instrumento do som de outro
instrumento
2 – As figuras a seguir representam as variações da pressão do ar de diferentes ondas sonoras
(isto é, servem como representações das ondas sonoras). Com base nessas figuras, diga se as
afirmativas a seguir estão certas (C) ou erradas (E).
(
) a onda I foi produzida pela mesma fonte que produziu a onda III.
(
) a onda I possui a mesma frequência que a onda II.
(
) a onda II possui a mesma intensidade que a onda IV.
(
) a onda II possui a mesma altura da onda IV.
(
) a onda I possui a mesma amplitude da onda II.
(
) a onda I possui intensidade e altura menores que a onda IV.
(
) a onda IV é um som mais agudo que a onda II.
(
) o timbre da onda II e igual ao da onda IV.
3 – Quando mexemos no botão de volume de um aparelho de som ou TV, que característica da
onda sonora é modificada?
4 – Avalie as afirmativas a seguir e diga se elas estão certas ou erradas. Se elas estiverem
erradas, reescreva-as corrigindo o erro.
a) Sons graves têm frequência mais alta do que sons agudos.
b) Para reduzir a intensidade sonora de um aparelho de som, devemos diminuir seu volume.
c) O som precisa de um meio material para se propagar de uma região para outra.
d) Duas notas musicais de mesma frequência e de mesma intensidade, emitidas por instrumentos
diferentes, têm também o mesmo timbre.
5 – Jeremias estava escutando música em seu quarto, quando ouviu sua mãe gritar: “Jeremias,
esse som está muito alto! Abaixe esse som!”. Sabendo que a altura de um som está relacionada
à sua frequência, e que a intenção da mãe de Jeremias era de fazê-lo abaixar o volume do som,
como ela deveria ter falado?
Referências bibliográficas
GEWANDSZNAJDER, F. Ciências, 9º ano: matéria e energia. 3ª ed. 3ª imp. – São Paulo: Ática,
2010.
MARTINS, C. M., PAULA, H. F., SANTOS, M. B., LIMA, M. E., SILVA, N. S., AGUIAR Jr., O.,
CASTRO, R. S., BRAGA, S. A. Construindo consciências: ciências, 8ª série – 2ª ed. – São Paulo:
Scipione, 2006.
MÁXIMO, A. e ALVARENGA, B. Curso de física, volume 1. 5ª ed. – São Paulo: Scipione, 2000.