Intensidade, timbre e altura

Física

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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.

Veja também: Classificação das ondas: o que são ondas e quais as suas principais características

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:

A intensidade sonora diminui com o quadrado da distância entre a fonte e o observador.

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.

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

Veja também: Conheça algumas descobertas da Física que aconteceram por acidente

Timbre

O timbre permite distinguirmos diferentes fontes sonoras graças ao formato da onda.
O timbre permite distinguirmos diferentes fontes sonoras graças ao formato da onda.

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

Os sons apresentam três características – intensidade, altura e timbre.
Os sons apresentam três características – intensidade, altura e timbre.

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

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Intensidade, timbre e altura"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/intensidade-timbre-altura.htm. Acesso em 20 de outubro de 2020.

Assista às nossas videoaulas
Lista de Exercícios
Questão 1

(UniRV - GO) O som é entendido por seu comportamento ondulatório. Dessa forma, propriedades como frequência, intensidade, amplitude, etc., são fundamentais para o entendimento de tal ente físico. A exposição a sons com intensidade elevada pode provocar prejuízo à saúde, por esse motivo, órgãos fiscalizadores estabeleceram níveis sonoros que devem variar de acordo com o tipo de área urbana e o período. A seguir, uma tabela estabelecida de acordo com as normas da ABNT (nº 10.151).

Imagine que a fiscalização de um município foi convocada a comparecer em uma área residencial urbana, no período noturno, pois os vizinhos de um salão de festa queixavam-se do barulho provocado pela música. Chegando ao local, os fiscais perceberam que a intensidade sonora correspondia a 10–6 W/m2. Considerando que a intensidade de referência equivale a 10–12 W/m2, assinale a alternativa correta.

a) O salão de festa não será notificado, pois o nível sonoro aferido no local corresponde ao nível permitido a uma zona de hospitais.

b) O salão de festa não será notificado, pois o nível sonoro aferido no local corresponde ao nível permitido à zona residencial urbana.

c) O salão de festa será notificado, pois o nível sonoro aferido no local corresponde ao nível permitido ao centro da cidade.

d) O salão de festa será notificado, pois o nível sonoro aferido no local corresponde ao nível permitido, diurnamente, a uma área industrial.

 

Questão 2

(UFSCar - SP) Um homem adulto conversa com outro de modo amistoso e sem elevar o nível sonoro de sua voz. Enquanto isso, duas crianças brincam emitindo gritos eufóricos, pois a brincadeira é um jogo interessante para elas. O que distingue os sons emitidos pelo homem dos emitidos pelas crianças

a) é o timbre, apenas.

b) é a altura, apenas.

c) são a intensidade e o timbre, apenas.

d) são a altura e a intensidade, apenas.

e) são a altura, a intensidade e o timbre.

Mais Questões