Intensidade, timbre e altura

Intensidade, timbre e altura são características, ou propriedades dos sons. A intensidade sonora refere-se à potência da fonte emissora, bem como à quantidade de energia que o som é capaz de transportar; o timbre diz respeito ao formato das oscilações sonoras e a altura, por sua vez, é determinada pela frequência do som.

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Intensidade

A intensidade sonora mede a quantidade de energia que uma onda sonora é capaz de transferir a cada segundo em uma área de 1 m². A intensidade relaciona-se à amplitude da onda e é definida pela potência emitida pela fonte dividida pela área da frente de onda sonora, como mostramos a seguir:

I – Intensidade sonora (W/m²)

P – Potência (W)

A – Área da frente de onda (m²)

A figura a seguir ilustra a frente de onda sonora, que tem formato circular, uma vez que as sonoras são tridimensionais e propagam-se com a mesma velocidade em todas as direções:

Por meio da figura, é possível perceber que, conforme nos afastamos uma distância r, a área da frente de onda aumenta com o quadrado da distância. Por tratar-se de uma onda esférica, essa área pode ser calculada pela expressão 4πr².

Apesar de a unidade de intensidade sonora ser o watt por metro quadrado, a intensidade sonora é comumente medida em uma escala logarítmica conhecida como escala de Bell, criada pelo inventor do telefone, Alexander Graham Bell.

A escala de Bell utiliza as propriedades do logaritmo de base 10 para comparar sons de diferentes intensidades, para tanto, o menor valor existente nessa escala é também o menor valor de intensidade sonora audível (chamada de I₀), cerca de 10^-12 W/m², também conhecido como limiar de audibilidade. De acordo com essa escala, sons de diferentes intensidades relacionam-se com I₀ da seguinte maneira:

N – número de bel

Aplicando as propriedades logarítmicas na equação apresentada, obtém-se a seguinte expressão:

O cálculo acima permite calcular o número de decibéis de uma onda sonora de intensidade I. O decibel é um submúltiplo dez vezes menor que o bel. A partir disso, é possível compreender que um som de 20 decibéis é 10 vezes mais forte que um som de 10 decibéis, por exemplo.

Quando algum som tem grande intensidade, dizemos que esse som é forte, ao contrário, trata-se de um som fraco.

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Timbre

O timbre é a característica dos sons que nos permite diferenciar uma nota musical emitida por um piano de um violino, por exemplo. O timbre é o formato da onda sonora, cada instrumento musical apresenta um modo de vibração próprio, que resulta na produção de um som característico.

O timbre também garante que a voz humana seja diferente em cada indivíduo, permitindo que ativemos dispositivos por meio de comandos de voz, por exemplo.

Altura

A altura de um som diz respeito à sua frequência, que mede o número de oscilações que a onda sonora produz a cada segundo. A medida de frequência é dada em hertz (Hz).

n – número de oscilações

Δt – intervalo de tempo (s)

A frequência do som pode ser obtida por meio da velocidade de propagação e do comprimento de onda do som. Observe:

v – velocidade de propagação (m/s)

λ – comprimento de onda (m)

f – frequência (Hz)
 

Os seres humanos não são capazes de ouvir qualquer frequência sonora, na verdade, a nossa percepção é bastante limitada: só somos capazes de ouvir frequências que se encontrem em intervalo que vai de 20 Hz a 20.000 Hz, esse intervalo é conhecido como espectro audível.

Qualquer som que tenha frequência abaixo dos 20 Hz é inaudível pelos seres humanos e é chamado de infrassom, já os sons que tenham frequência maior que 20.000 Hz, também inaudíveis para nós, são conhecidos como ultrassons. Quer saber mais sobre o assunto? Acesse o nosso texto sobre infrassons e ultrassons.

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física