GRANDEZAS ACÚSTICAS CARACTERÍSTICAS

POTÊNCIA ACÚSTICA, INTENSIDADE SONORA E PRESSÃO SONORA

A intensidade dos sons varia do pianíssimo quase imperceptível ao fortíssimo insuportável. Quais os métodos físicos mais apropriados para medir esta variabilidade?

Hipóteses:

1) Amplitude de deslocamento das partículas, medindo a distância a que cada partícula de ar se move para um e para outro lado da sua posição de equilíbrio, quando oscila devido à passagem da onda.

2) Amplitude da velocidade das partículas, correspondendo à maior velocidade que estas atingem durante a propagação.

3) Amplitude de pressão, correspondendo à maior variação da pressão acima ou abaixo da pressão atmosférica.

Resposta:

1) Amplitude de deslocamento das partículas. Uma vez que esta grandeza é muito pequena para as ondas sonoras usuais, torna-se muito difícil de medir directamente.

2) Amplitude da velocidade das partículas. Pelo mesmo motivo que o da amplitude de deslocamento, a sua medição directa também não é fácil.

3) Amplitude de pressão. Corresponde à grandeza mais fácil de medir.

As grandezas físicas usadas para medir a intensidade com que as ondas sonoras são emitidas e se propagam são a potência acústica, a intensidade sonora e a pressão sonora.

Níveis: O Decibel

As grandezas potência acústica, intensidade sonora e pressão sonora apresentam uma gama de variação muito extensa entre os sons minimamente audíveis e os sons insuportáveis para o ouvido humano, tornando a sua utilização directa pouco prática.

Esta questão resolve-se facilmente passando a utilizar escalas de níveis das grandezas logaritmizadas. A unidade habitualmente usada é o decibel (dB), que é uma décima parte do Bel.

Resumindo…

Para tudo isso, a grandeza mais importante a ser medida é a variação de pressão provocada pelas ondas sonoras mas tomando sempre como referência a pressão atmosférica normal que no nosso planeta tem o valor aproximado de 101.400 Pa (≈ 10⁵ Pa).

O valor mínimo da variação de pressão que um ser humano jovem de audição normal pode ouvir é cerca de 10^-5 Pa, denominado como limiar da audição. No outro extremo, o valor máximo a partir do qual a sensação auditiva passa de ruído a dor, dá-se com uma variação de pressão de cerca de 100 Pa, denominado como limiar da dor.

Assim, a gama de audibilidade humana no domínio da pressão, situa-se na ordem de 10⁷. Por este motivo, a aplicação da escala linear em Pascal na medição das pressões sonoras conduziria ao uso de valores muito díspares e de uso pouco prático. Acresce ainda que o ouvido humano não responde de forma linear aos estímulos mas de modo quase logarítmico.

Por estas razões, utiliza-se outra unidade para avaliar esta grandeza: o decibel (dB) que é 1/10 do Bel, denominação esta atribuída em honra do cientista Alexander Graham Bell, o inventor do telefone.

PRESSÃO SONORA (p)

- Corresponde à força normal por unidade de área que as partículas do meio de propagação exercem sobre uma superfície do mesmo meio.

INTENSIDADE SONORA (I)

- A intensidade sonora é, numa dada direcção, a quantidade média de energia que atravessa por segundo uma área de 1m2, normal a essa direcção e quantifica-se em W/m². Permite avaliar a componente direccional do som passando este a ser representado por uma grandeza vectorial e não escalar como no caso da pressão sonora.

- Esta variável mede a velocidade de oscilação das partículas de um campo sonoro em torno do seu ponto médio.

POTÊNCIA SONORA (W)

- A potência sonora é uma característica da fonte e não do estímulo criado por essa fonte num dado ponto ou direcção, como era o caso da pressão e da intensidade.

- Caracteriza-se como sendo a energia total que num segundo atravessa uma esfera fictícia de raio qualquer centrada na fonte e quantifica-se em Watt ou Joule/s.

Estas três grandezas (I, W, p) estão relacionadas entre si da seguinte maneira:

I – intensidade sonora (W/m²);

W – potência sonora (W);

r – distância (m);

p – pressão sonora (Pa);

ρ – massa volúmica (ar) ≈ 1.2 Kg/m³

c – velocidade do som (ar) ≈ 340 m/s

Um bom exemplo para evidenciar a diferença entre potência sonora (causa) e a pressão sonora (consequência) é conseguido com a semelhança entre um aquecedor e a temperatura que este induz nos diferentes pontos de uma sala e um aspirador e o respectivo efeito sonoro que provoca no local. A potência (fonte) enquanto que a temperatura (ou pressão sonora) caracteriza o seu efeito num dado ponto da sala (mas não depende só da potência do equipamento mas sim, e muito, das características da envolvente).

caracteriza o aquecedor

Expressão matemática para conversão de pressões (p) em níveis de pressão sonora (Lp)

P₀– pressão sonora de referência, 2 x 10^-5 Pa

Os equipamentos (como os sonómetros) avaliam a variação de pressão mas apresentam os resultados já convertidos em dB, sob a forma de nível.

Para além da pressão é também corrente caracterizar um fenómeno sonoro através de outras grandezas também medidas em dB. Dessa mesma forma também existem outros níveis quando se consideram outros valores como referência. É o caso dos níveis de intensidade sonora (L_I) ou dos níveis de potência sonora (L_w). Sendo: