Uma Introdução ao Som, à Frequência e ao Espectro Acústico.

Antes de aprender sobre ultrassom, é importante primeiro ter uma introdução ao som em si. A maioria de nós ouve uma infinidade de sons diferentes a cada minuto, mas poucos conseguem explicar como tudo isso funciona em conjunto.

Em termos simples, o som é a vibração das moléculas de ar (é por isso que não há som no espaço!). Quando um objeto vibra, ele faz com que as moléculas de ar ao seu redor se movam. Essas moléculas colidem com as moléculas vizinhas, e assim por diante. Isso cria uma onda de vibrações que se propaga pelo ar — e é isso que percebemos como som. O ar em si não se propaga totalmente com a onda sonora. Em vez disso, cada molécula de ar se afasta de um ponto de repouso, mas eventualmente retorna a ele. Quando o som é criado, o processo pode ser dividido em 3 etapas:

1. A vibração da fonte

2. Propagação de ondas (transferência de energia através de um meio, por exemplo, moléculas de ar).

3. Detecção biológica (tímpano)

Quando ouvimos algo, nossos ouvidos percebem as ondas de pressão que se movem pelo ar. O número de oscilações de pressão por segundo é conhecido como frequência , medida em Hertz (1 Hz = 1 oscilação por segundo). Essas ondas de pressão entram no ouvido externo e fazem o tímpano vibrar. As ondas sonoras captadas pelo ouvido externo são transmitidas para o ouvido interno, onde são gerados sinais elétricos. Esses sinais são levados ao cérebro, que os traduz em sons que podemos reconhecer e ouvir.

O Espectro Acústico

A faixa audível para os humanos — a faixa de frequência dos sons que podemos ouvir — é de 20 Hz a 20 kHz (20.000 Hz). A frequência está diretamente ligada à altura do som , portanto, um som de 20 Hz teria uma altura extremamente baixa (por exemplo, um grave profundo). Embora a outra extremidade da faixa audível seja tecnicamente 20 kHz, a maioria dos adultos tem dificuldade em ouvir qualquer coisa próxima a essa frequência. Mesmo um assobio estridente tem uma frequência de apenas 10 kHz. Decibéis (dB) são outra medida primária do som. No entanto, enquanto a frequência e a altura do som se relacionam com as vibrações por segundo, os decibéis são uma medida independente relacionada à intensidade/volume, ou amplitude da onda sonora. Como acabamos de revisar, a faixa audível contém as ondas sonoras que podemos ouvir. Contudo, existem muitos sons no mundo que não conseguimos ouvir. O espectro acústico se refere à gama completa de frequências de ondas sonoras que podem se propagar através de um meio como vibrações e ondas mecânicas. O espectro acústico é geralmente dividido em quatro faixas principais de frequência:

• Infrassom: Menos de 20 Hz. Frequência muito baixa para ser ouvida pelos humanos, mas pode ser sentida fisicamente.

  • Por exemplo, o estrondo de um vulcão distante ou um terremoto.

• Som audível: 20 Hz a 20 kHz. Considerado dentro da faixa padrão da audição humana.

  • Por exemplo, vozes, música, carros, etc.

• Ultrassom: 20 kHz a pelo menos 100 kHz. Isso está bem acima da faixa de audição humana.

  • Por exemplo, problemas relacionados a gás, eletricidade e mecânica, ecolocalização animal.

• Hipersom: 10^13 Hz (10.000.000.000.000 Hz).

  • A teoria clássica das ondas acústicas começa a falhar. Isso está muito além do nosso escopo de interesse.

Frequência versus Amplitude

Podemos pensar que sons fora da faixa audível não produzem decibéis porque não os ouvimos. No entanto, lembre-se de que a frequência é o principal fator que determina se podemos ouvir um som ou não. Sons em todo o espectro acústico ainda podem produzir decibéis. É sabido que sons altos podem danificar a audição. Concertos, explosões e outros sons acima de 90 dB geralmente se enquadram na zona de perigo para exposição prolongada. Contudo, acabamos de estabelecer que sons em outras faixas acústicas (como ultrassom) também produzem decibéis. Embora não danifiquem a audição, esses sons ainda podem causar efeitos adversos não audíveis. Sons na faixa de infrassom podem causar sensações de ansiedade ou náusea, e muitos sons ultrassônicos podem causar dores de cabeça, tonturas e pressão nos ouvidos. De fato, ultrassom de amplitude extremamente alta (~180 dB) pode causar danos graves aos órgãos internos, e você não ouviria nada. Lembre-se de que a frequência, e o respectivo Hz, não categorizam objetivamente o que pode ser ouvido. Os morcegos conseguem ouvir sons de aproximadamente 1 kHz a mais de 200 kHz. Seu alcance audível inclui apenas a faixa de ultrassom, enquanto o nosso não. Os humanos precisam visualizar técnicas como a ecolocalização, enquanto os morcegos e os golfinhos ouvem, de forma auditiva, as frequências ultrassônicas associadas.

Parabéns! Você concluiu sua introdução ao som, à frequência e ao espectro acústico!