No tutorial anterior, foram discutidas ondas sonoras e suas propriedades. Agora, vamos aprender sobre ondas acústicas.
As ondas sonoras normalmente se referem a frequências audíveis pelos humanos, que estão na faixa de 20 Hz a 20 kHz. No entanto, ondas com frequências superiores a 20 kHz são ondas ultrassônicas. E aquelas na faixa de gigahertz (ou superior) são chamadas de ondas hipersônicas.
Geralmente, o termo “onda acústica” é usado em referência a um som ou vibração de qualquer frequência. Isso faz sentido porque, em física, acústica é o estudo de qualquer onda mecânica no meio sólido, líquido ou gasoso. Estas são ondas longitudinais, que se movem na mesma direção de vibração que sua direção de deslocamento. A fonte dessas ondas é a vibração produzida em qualquer meio ou fonte sonora.
Como as ondas sonoras também são geradas pela vibração de um meio, segue-se que as ondas acústicas são um tipo de ondas sonoras que viajam em uma superfície, líquida ou gasosa.
Aqui estão algumas representações…
Ondas acústicas no ar
Ao estudar o som como onda acústica, podemos compreender melhor suas propriedades mecânicas.
As ondas acústicas são caracterizadas pelas seguintes propriedades físicas…
1. Pressão acústica ou sonora
2. velocidade da partícula
3. Intensidade acústica ou sonora
4. Deslocamento de partículas
Vamos revisar cada um…
1. Pressão acústica ou sonora
A pressão gerada por quaisquer ondas sonoras circundantes. A pressão sonora é o desvio na pressão atmosférica de equilíbrio devido a uma onda sonora e é medida em pascal (Pa) ou N/m2.
Quando uma onda sonora viaja através de um meio, cria uma perturbação na pressão desse meio – aumentando a sua pressão total.
Isso é expresso por uma equação:
Ptotal = P1 +Ps
Onde…
Ptotal = Pressão total no meio
P1 = Pressão gerada pela onda sonora
Ps = Pressão estática ou de equilíbrio
O aumento da pressão pode ser medido usando um microfone no ar ou um hidrofone na água.
2. Velocidade das partículas
A velocidade de um partícula de onda em um meio particular, que é medido em m/s. Imagine que uma onda sonora viaja através de um meio líquido. Neste caso, a velocidade da partícula é a velocidade do líquido, pois a onda sonora faz com que as partículas se movam para frente e para trás de acordo com a vibração da onda.
No entanto, a velocidade das partículas não é a mesma para o líquido e para a onda sonora. Uma onda sonora viaja muito mais rápido que uma partícula neste meio.
A velocidade da partícula pode ser calculada usando esta equação:
v = dδ/dtδ
Onde…
v = Velocidade da partícula
δ = Deslocamento de partículas
3. Intensidade acústica ou sonora
Juntas, a pressão sonora e a velocidade das partículas constituem a intensidade do som. É definido como a transferência de energia por unidade de área. Esta área é sempre perpendicular à energia transferida.
Portanto, a intensidade sonora é a potência transferida por uma onda sonora por unidade de área e é medida em watts por metro quadrado ou W/m2.
A intensidade do som pode ser calculada da seguinte forma:
Intensidade sonora, I = p*v
Onde…
p = Pressão sonora
v = Velocidade da partícula
4. Deslocamento de partículas
O deslocamento de uma partícula de sua posição original é denominado quando o som viaja através de um meio. O deslocamento de partículas é medido em metros.
Quando uma onda sonora viaja pelo ar, as partículas no ar sofrem deslocamento, dependendo da velocidade da partícula. O deslocamento pode ocorrer na direção da onda sonora ou oposta a ela.
O deslocamento das partículas é calculado por esta equação:
δ =
Onde…
v = Velocidade da partícula
dt = Período de tempo
Uma compreensão básica dessas propriedades mecânicas do som é útil ao trabalhar com transdutores de áudio. O transdutor de entrada de áudio mais comum é um microfone e o transdutor de saída de áudio mais comum é um alto-falante.
No próximo tutorial, daremos uma olhada nos microfones, incluindo como funcionam e como são classificados.
