6. Ressonâncias e a produção da voz

Documentos relacionados
P7 Ondas estacionárias, ressonância e produção da voz. Ficha resolvida

5. Ondas Estacionárias

Propriedades e características do som

ACÚSTICA. Professor Paulo Christakis, M.Sc. 05/09/2016 1

O som: de onda harmónica a onda complexa

PROFESSOR: DANILO GALDINO DISCIPLINA: FÍSICA CONTEÚDO: PRATICANDO AULA: 1

Prof. Dr. Lucas Barboza Sarno da Silva

O SOM E A ONDA SONORA

Tubos Sonoros. Assim como nas cordas vibrantes, nos ventres há interferência construtiva e nos nós ocorre interferência destrutiva.

O Som O som é uma onda mecânica, pois necessita de um meio material para se propagar. O Som. Todos os sons resultam de uma vibração (ou oscilação).

CAPÍTULO VII ONDAS MECÂNICAS

ONDAS. Ondas Longitudinais: Ondas Transversais: Ondas Eletromagnéticas: Ondas Mecânicas:

4-Lista Instrumentos sonoros DUDU

RELEMBRANDO ONDAS LONGITUDINAIS

Ondas. Onda é uma perturbação em movimento

Física. Física e Química. Ensino Profissional. Módulo F3 Luz e Fontes de Luz. Módulo F6 Som. Extensão E1.F3 Ótica Geométrica

Uma proposta para o ensino dos modos normais das cordas vibrante

The Big Bang Theory - Inglês. The Big Bang Theory - Português Ressonância PROF. DOUGLAS KRÜGER

Já a velocidade do som na água é de 1450 metros por segundo (m/s), o que corresponde cerca de quatro vezes mais que no ar.

Física B Semiextensivo V. 4

Características acústicas das vogais e consoantes

FÍSICA. Oscilação e Ondas. Acústica. Prof. Luciano Fontes

Prof. Dr. Lucas Barboza Sarno da Silva

Prof. Luis Gomez. Ondas

Ficha de Avaliação de FÍSICA Módulo RECUPERAÇÃO: F6 e E.F6 SOM E MÚSICA

Ondulatória. Onda na ponte. Onda no mar. Exemplos: Som Onda na corda. Prof. Vogt

COLÉGIO XIX DE MARÇO Educação do jeito que deve ser 3ª PROVA PARCIAL DE FÍSICA QUESTÕES FECHADAS

defi departamento de física

1ª Ficha de Avaliação Física e Química do 8ºAno. Ano Letivo:2013/2014 Data: 7/11/2013 Prof: Paula Silva

Ressonância e Ondas Estacionárias Prof. Theo Z. Pavan

LISTA DE EXERCÍCIOS - ONDAS

2ª Série de Problemas Mecânica e Ondas MEBM, MEFT, LMAC, LEGM

INTRODUÇÃO À ONDULATÓRIA

PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DO SOM 1.1. PRODUÇÃO, PROPAGAÇÃO E 1.1. PRODUÇÃO, PROPAGAÇÃO E RECEPÇÃO PRODUÇÃO, PROPAGAÇÃO E RECEPÇÃO DO SOM

Física. a) As intensidades da figura foram obtidas a uma distância r = 10 m da rodovia. Considere que a intensidade. do ruído sonoro é dada por I =

1) O deslocamento de uma onda progressiva em uma corda esticada é (em unidades do SI)

Ciências Físico-Químicas

acentuado nas frequências graves e uma queda nas frequências agudas. Isto significa que nossa audição não é plana.

Física B Semiextensivo V. 4

Ensino Médio - Unidade São Judas Tadeu Professor (a): Leandro Aluno (a): Série: 2ª Data: / / LISTA DE FÍSICA II

Física 3. Cap 21 Superposição

PROVA DE FÍSICA 2 o TRIMESTRE DE 2015

Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia

O que são s o ondas sonoras? Ondas? Mecânicas? Longitudinais? O que significa?

Etapas na transmissão de informação EMISSÃO PROPAGAÇÃO RECEÇÃO

Velocidade do Som. Comprimento da Onda

Física II. Capítulo 04 Ondas. Técnico em Edificações (PROEJA) Prof. Márcio T. de Castro 22/05/2017

Ressonância e Ondas Estacionárias Prof. Theo Z. Pavan

Fenómenos ondulatórios

Física I 2010/2011. Aula 18. Mecânica de Fluidos I

Departamento de Física - ICE/UFJF Laboratório de Física II

Ondas. Denomina-se onda o movimento causado por uma perturbação que se propaga através de um meio.

Prof. Neckel 06/08/2017. Tipos de ondas. Nesta disciplina: Ondas mecânicas. Simulação no desmos

Boa Prova e... Aquele Abraço!!!!!!!! Virgílio.

Sumário. Comunicações. Comunicação da informação a curtas distâncias 12/11/2015

Física. Ondulatória. Professor Alexei Muller.

1. (Fuvest 2012) A figura abaixo representa imagens instantâneas de duas cordas flexíveis idênticas, C

Som. Escola Secundária Eça de Queirós. Física e Química A. Som. Turma: 11º C3

Polarização de Ondas

Prof.ª Adriana Martins

F 228 Primeiro semestre de 2010 Lista 6 Ondas II. 2) Uma onda sonora senoidal é descrita pelo deslocamento

FENÔMENOS OSCILATÓRIOS E TERMODINÂMICA AULA 4 ONDAS II

Física B Extensivo V. 6

FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA Projeto para Trabalho Trimestral de Física

Superposição de ondas

Pense um pouco. Que resposta você forneceria para este questionamento?

Planificação 2º Período GR Disciplina Ciências Físico-Químicas 8ºAno

ONDULATÓRIA. Neste capítulo vamos definir e classificar as ondas quanto à sua natureza e estudar alguns fenômenos ondulatórios.

Princípios de Construção e Funcionamento do Órgão de Tubos

Introdução. Perturbação no primeiro dominó. Perturbação se propaga de um ponto a outro.

Física B Extensivo V. 7

Módulo I: Introdução a Processos Estocásticos

Fenómenos ondulatórios

b) átomos do dielétrico absorvem elétrons da placa negativa para completar suas camadas eletrônicas externas;

Ondas Estacionárias em Cordas

1. VELOCIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS E FATORES QUE A INFLUENCIAM pág PRODUÇÃO E PROPAGAÇÃO DO SOM pág

O efeito fotoeléctrico

1-Lista aprimoramento Interferência DUDU

Imagem: Jkrieger / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Sala de Estudos FÍSICA Lucas 3 trimestre Ensino Médio 1º ano classe: Prof.LUCAS Nome: nº Sala de Estudos: Ondas Sonoras e Acústica

Diferença de caminho ΔL

Ondas. Definição: Onda é uma perturbação de partículas de um meio ou cargas elétricas, sendo uma propagação de energia sem o transporte de matéria.

Ondulatória Parte 1. Física_9 EF. Profa. Kelly Pascoalino

FICHA DE TRABALHO DE FÍSICA E QUÍMICA A JANEIRO 2012

Física B Extensivo V. 5

Roteiro 26 - Ressonância em tubos sonoros fechados e abertos

Relação entre comprimento de onda e frequência.

do Semi-Árido - UFERSA

Ondas Estacionárias em uma Corda

DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE DO SOM NO AR

Av. Higienópolis, 769 Sobre Loja Centro Londrina PR. CEP: Fones: / site:

Fenómenos ondulatórios

Física. Setor A. Índice-controle de Estudo. Prof.: Aula 23 (pág. 78) AD TM TC. Aula 24 (pág. 79) AD TM TC. Aula 25 (pág.

Aula-9 Ondas II parte 2. Física Geral IV - FIS503 1º semestre, 2017

Os sons e a audição. Breve descrição da forma como percebemos os sons e de como funciona a audição

Didáctica da Física I

Ondas. Lucy V. C. Assali. Física II IO

b) a luz proveniente dos objetos dentro da vitrine está polarizada e a luz refletida pelo vidro não está polarizada.

Transcrição:

6. Ressonâncias e a produção da voz 1 O que é a ressonância? De uma forma geral podemos dizer que um sistema entra em ressonância se lhe é fornecida do exterior uma excitação a uma das suas frequências próprias. Dito assim, parece muito complicado, mas o que já aprendemos sobre ondas estacionárias vai ajudar-nos a compreender este conceito. Figura 1: Uma coluna de ar transmite com eciência as frequências resonantes a tenua as frequências não ressonantes. Já vimos que uma coluna de ar só sustém ondas estacionárias a frequências bem determinadas. Isso assim acontece porque apenas a essas frequências (que são as frequências próprias de oscilação da coluna) o comprimento de onda é tal que permite satisfazer as condições aos extremos da coluna (de nodo ou antinodo) 1

para que haja interferência construtiva entre as ondas incidente e reectida. Para qualquer outra frequência que não uma das próprias a onda não se encaixa bem na coluna, e como consequência não pode haver interferência construtiva entre onda incidente e reectida e portanto onda estacionária. Vejamos agora a gura 1. Nesta gura temos três altifalantes a emitirem ondas de frequências diferentes. Como se vê, apenas num dos casos se origina uma onda estacionária. Neste caso a onda é transmitida com bastante eciência. Nos outros casos a onda é menos transmitida. Isto tem a ver com o facto de que nas frequências ressonantes do sistema a amplitude de vibração das ondas estacionárias é grande. Esta vibração é comunicada também à própria coluna. Por sua vez a vibração da coluna comunica ao ar exterior uma vibração forte. Nas frequências não ressonantes a amplitude de vibração é mais pequena porque as ondas incidente e reectida tendem a cancelar-se mutuamente. Como consequência, a vibração transmitida ao ar exterior também é mais fraca. Concluímos portanto que as frequências ressonantes são as frequências correspondentes às ondas estacionárias e que uma coluna de ar vibra e transmite mais ecientemente o som às frequências ressonantes. Um exemplo mecânico ajuda a compreender o conceito de ressonância. Uma criança num baloiço realiza um movimento com uma dada frequência característica (digamos 1 Hz, por exemplo, ou seja, 1 s para o movimento completo de vai-vem). Figura 2: Para que o balouço absorva ressonantemente a energia fornecida pelo robot é necessário que os impulsos sejam fornecidos à frequência natural de oscilação do balouço. 2

Um robot é incumbido de empurrar a criança. Se a frequência com que o robot empurra a criança for de 1,4 Hz, o que vai acontecer é que na maior parte das vezes o impulso do robot não encontra a criança: dá um empurrão no vazio. Como consequência o movimento do baloiço tende a acabar, ou pelo menos ser aos engasgões. Se o robot, porém, for regulado para empurrar a criança à frequência de 1 Hz, todos os empurrões são ecazes (se os dois movimentos estiverem em oposição da fase, não é?), e o baloiço vai cada vez mais alto no seu movimento. Isto quer dizer que se a energia for transmitida ao sistema (o baloiço) à frequência de ressonância (que é a frequência natural so sistema, 1 Hz), então ela é ecientemente transmitida. Por outro lado, fora da frequência de ressonância a energia exterior (do robot) é muito pouco ecientemente transmitida. É ainda interessante notar que se o robot empurrar o baloiço a 2, 3, 4... n Hz (n-ésima harmónica), a criança também vai ganhando sempre energia, embora n 1 empurrões sejam em vazio e apenas um seja realmente ecaz. 2 Caixas de ressonância Figura 3: As ressonâncias do violino provêm da própria estrutura da madeira e da entrada e saída de ar através dos. Retirado de http://202.113.227.137/songz/index/hyper/hbase/music/imgmus/vior3.gif O corpo de um violino é um bom exemplo de caixa de ressonância. A sua estrutura é bastante mais complexa do que as colunas de ar que estudámos. No entanto o processo físico da ressonância é fundamentalmente parecido: a estrutura do violino vibra naturalmente a certas frequências. Qual é a origem 3

destas frequências naturais? No caso do violino devemos considerar a própria estrutura de madeira e a entrada e saída de ar através dos orifícios do violinos, que se chamam de (efes). Quanto às ressonâncias da madeira, podemos pemsar no que acontece se batermos na estrutura do violino. Ouve-se um ligeiro zumbido. Esse zumbido é originado pela vibração da estrutura às suas frequências próprias (que serão também as frequências de ressonância). Quanto à entrada e saída de ar através dos, podemos pensar no que aconteceria se aspirarmos um pouco do ar dentro da caixa do violino, reduzindo a pressão interna. Quando destaparmos outra vez o violino a pressão tenderá a reequilibrar-se e vai entrar ar de fora para dentro do violino. Devido à inércia das moléculas acaba por entrar um pouco mais de ar do que é necessário para equilibrar a pressão para dentro da caixa. Assim, neste ponto, acabamos por ter uma pressão ligeiramente superior dentro da caixa. Agora o processo reverte-se: como a pressão na caixa é levemente superior, o ar vai sair da caixa para o exterior, para de novo reequilibrar a pressão. Também de novo, devido à inércia, vai acabar por sair um pouco mais do que é necessário e neste instante a pressão dentro da caixa ca inferior à exterior...o processo repete-se durante alguns ciclos mais, embora cada vez com menos intensidade. Esse movimento de vai-vém do ar que se estabelece até ao reequilíbrio completo da pressão de ar dentro e fora da caixa é também feito a uma dada frequência característica que depende das características da caixa e da forma dos orifícios. Essa frequência é portanto uma das frequências naturais do sistema e corresponderá a uma das suas ressonâncias. As cordas do violino emitem frequências bem denidas, que correspondem às notas musicais. A energia sonora emitida pelas cordas funciona como fonte de energia exterior ao sistema (=caixa). Se as frequências de ressonância do corpo do violino coincidirem com as frequências das notas, então dá-se ressonância. A caixa do violino vibra ressonantemente com as cordas, reforçando a transmissão do som. O violino tem então um som cheio e forte. Por outro lado, se as frequências de ressonância da caixa não coincidirem com as frequências das cordas, então a caixa vibra muito pouco em resposta às cordas. O som é essencialmente fornecido pelas cordas e não pela caixa, e por isso parece ninho, débil. Na gura 4 estão representadas as frequências fundamentais das cordas do violino e a transmissão das várias frequências pelo corpo do violino. Vericamos que na gura de cima as frequências das cordas são próximas das frequências de ressonância do corpo do violino. É assim que deve ser um bom instrumento, amplicando as notas das cordas. No entanto nem sempre é assim. Na gura de baixo vemos que as frequências de ressonância estão bastante mais desfazadas das frequências fundamentais das cordas. As cavidades bocal e nasal servem também de estruturas ressonantes que transmitem selectivamente as frequências emitidas pelas cordas vocais. Tratare- 4

Figura 4: As ressonâncias do corpo do violino e as frequências fundamentais das suas quatro cordas. mos este assunto em detalhe na secção seguinte. 3 Como é que se produz a voz? Para compreendermos como é que se produz a voz devemos compreender a função dos dois componentes fundamentais: as cordas vocais e as cavidades ressonantes (oral e nasal). Normalmente as cordas vocais estão relaxadas e não constituem qualquer obstrução à passagem do ar. Isto está representado na gura 5a. Figura 5: As cordas vocais contraem-se antes de começar o som. Antes de falar a tensão das cordas vocais aumenta e estas acabam por fechar. Isto está representado am (b) (d) da gura 5. O ar então é empurrado contra as cordas vocais, exercendo pressão sobre elas. As cordas suportam essa pressão até um certo ponto, e depois deixam o ar passar. 5

Inicia-se então a vibração das cordas vocais, exactamente da mesma forma que as cordas que vimos no capítulo anterior. Assim, a vibração das cordas vocais vai dar origem a uma frequência fundamental e a muitos harmónicos desta frequência. A frequência fundamental e a proporção dos harmónicos depende da tensão das cordas. Na gura 6 mostram-se várias aberturas das cordas (logo várias tensões) e o som fundamental a que essas aberturas correspondem. Figura 6: A frequência fundamental da vibração das cordas vocais depende da abertura. Na gura 7 mostra-se um espectro típico do som produzido pelas cordas vocais. Figura 7: Espectro do som produzido pelas cordas vocais. Este gráco indica a proporção das harmónicas no som produzido. A altura das barras do gráco é proporcional ao peso das harmónicas no som emitido. Podemos ver que a frequência fundamental é 125 Hz e que a 24 a harmónica, a 3000 Hz, ainda tem um peso signicativo! A gama de frequências usada na fala é realmente cerca de 100 Hz a 3000 Hz. O gráco mostra ainda que o espectro do som emitido pelas cordas vocais é bastante uniforme, não se salientando particularmente nenhuma frequência. Poderíamos caracterizar o som emitido pelas cordas vocais como quase ruído. Realmente, se zermos o espectro do ruído (recolhido numa zona ruidosa, por exemplo, uma rotunda em hora de ponta ou o ruíodo numa sala grande e cheia de pessoas a conversar), obtemos uma gura muito semelhante à gura 7, com a única diferença de que será contínuo. O que é que isso quer dizer? O espectro da gura 7 é descontínuo porque só aparecem valores discretos de frequência, 6

correspondentes aos harmónicos. Por exemplo, não há som aos 199 Hz, porque entre a frequência fundamental a 125 Hz e a 2 a harmónica a 250 Hz não há mais nenhuma frequência possível. No caso do ruído todas as frequências são possíveis. Portanto podemos imaginar o espectro do ruído como igual ao da gura 7, mas a cheio. Portanto, o som emitido pelas cordas vocais é muito pouco denido parece-se quase com ruído, pois contém quase todas as frequências usadas na fala com igual peso. É a cavidade ressonante, constituída pelas cavidades oral e nasal, que vai transmitir selectivamente as frequências presentes no som emitido pelas cordas vocais e moldar o espectro. De acordo com o que já vimos, esperamos que os sons correspondentes às frequências próximas das frequências de ressonância sejam amplicados e que os sons correspondentes a frequências afastadas das ressonâncias sejam atenuados. E quais são as frequências de ressonância associadas às cavidades oral e nasal? Por incrível que pareça, as cavidade oral tem muito aproximadamente as características de uma coluna de ar fechada numa das extremidades e de comprimento de 17 cm. Figura 8: A cavidade oral é semelhante a uma coluna de ar aberta numa extremidade e fechada noutra. Se nos lembrarmos que as frequências ressonantes para uma coluna fechada 7

numa extremidade são da forma f n = (2n 1)v, n = 1, 2, 3,... (1) 4L e que as frequências de maior importância para a fala estão entre 300 e 3000 Hz, vemos que as três primeiras harmónicas da cavidade oral estão aproximadamente aos 500, 1500 e 2500 Hz. É claro que se trata de um modelo. No entanto é um modelo que nos permite compreender bastante bem a física da formação da voz. A realidade é bastante mais complexa, mas a verdade é que as frequências de ressonância encontradas andam perto dos valores que se determinam com este simples modelo. Quando o espectro da gura 7 é ltrado pela cavidade oral ressonante, um resultado típico pode ser o que está mostrado na gura 9. Figura 9: Espectro típico de um som depois de ltrado pela cavivadae oral ressonante. Nets gura veos as três frequências ressonantes. Estão próximo de 500, 1500 e 2500, como se disse, mas apenas próximas. As frequências ressonantes observadas neste caso particular são 1000 Hz, 1750 Hz e 2500 Hz. Cada som é caracterizado pelas suas três frequências mais fortes, que são as frequências de ressonância das cavidades oral e nasal. Quando falamos mudamos continuamente a conformação da cavidade oral, e é isso que altera os valores das três frequências de ressonância. Por outro ladoa tensão aplicada às cordas vocais faz alterar a frequência fundamental e portanto o espectro das harmónicas emitidas. É a combinação dos dois efeitos (variação das frequências de ressonância e variação do espectro de harmónicas emitido pelas cordas vocais) que produz a riqueza de sons que usamos para comunicar. As três frequências ressonantes formam três picos no espectro do sons falados. Chamam-se a esses picos de formantes, já que correspondem às frequências dominantes que realmente determinam a forma do som. Evidentemente que as 8

outras frequências também contribuem para o som, mas não há dúvida de que é a posição das formantes que determina a sua estrutura e que o caracteriza. Podemos dizer que o ouvido está treinado para reconhecer as formantes. Veremos isso um pouco melhor no capítulo sobre o ouvido. Na última gura vemos a posição e peso relativo das formantes em alguns sons do inglês. Nesta gura só estão representadas as formantes por simplicidade. É claro que as outras frequências continuam lá, mas não foram representadas, Figura 10: Formantes de vários sons do inglês. 9