Cálculo da distância mínima a um

obstáculo para produção de eco

Introdução

Esta atividade tem como objetivo estimar experimentalmente a distância a que um

obstáculo tem de estar localizado para produzir um eco. Adicionalmente permite mostrar a

diferença entre eco e reverberação e os efeitos que o eco e reverberação têm em diferentes

sons. Assume-se que anteriormente se tenha determinado o valor da velocidade do som no

ar e abordado os fenómenos absorção, reflexão e refração.

Suporte

Este programa usa o Web Audio API da Google que é um excelente Javascript API para

processar e sintetizar som em aplicações web. Infelizmente ainda está numa fase de

desenvolvimento inicial e não faz parte dos standards da web. Apenas versões recentes do

Google Chrome e Safari o suportam, portanto neste momento apenas esses browsers

podem ser utilizados para correr esta simulação. Mesmo a versão Linux do Chrome não

suporta todas as funcionalidades da aplicação.

Utilização

Para abrir o programa clicar em http://kwak.freehostia.com/fisica/som com um browser

(Google Chrome ou Safari).

O programa consiste em quatro amostras de som que podem ser ouvidas de três formas

diferentes:

• Normal – permite ouvir o som original

• Efeito 1 – permite ouvir o som seguido de uma repetição única do mesmo som

(simulação de eco)

• Efeito 2 – permite ouvir o som seguido de várias repetições periódicas do mesmo

som (simulação de reverberação)

As repetições do som obtidas com o Efeito 1 e Efeito 2 podem ser alteradas com duas

caraterísticas:

• Ganho – Valor que varia entre 0% e 100% e que relaciona a amplitude do som

repetido com o som imediatamente anterior.

• Atraso – Valor que varia entre 0s e 0.5s e que determina a diferença de tempo entre

as repetições do som.

NOTAS:

◦ Colocar o Ganho a 100% significa que a repetição dos sons tem uma amplitude

igual à amplitude do som original.

◦ No Efeito 2 o som é repetido indefinidamente enquanto o som é audível, por isso

é importante não colocar o Ganho a 100% quando se usa este efeito, exceto para

demonstrar intencionalmente o fenómeno. Os resultados não são agradáveis.

◦ Colocar o Ganho em 0% faz com não haja repetição do som, ou seja, os efeitos 1 e

2 seriam iguais ao efeito Normal.

◦ A alteração dos valores Ganho e Atraso pode ser feita enquanto o som está a

decorrer. O Web Audio API faz a transição automaticamente, mas quando se

altera o valor de Atraso rapidamente aparece um efeito de 'scratching'.

Aparentemente há alturas em que isto é feito de forma intencional e

musicalmente!

A opção Fonte permite alterar a fonte sonora.

Sugestão de Exploração – Atividade Prática

Abrir a simulação e esperar que o programa carregue todos os sons. Quando utilizado

numa turma é desejável ter colunas para uma melhor audição.

Terminologia

• Projetar o programa e explicar que se vai mostrar um fenómeno sonoro que

certamente já ouviram anteriormente.

• Selecionar Efeito 1 e colocar um Atraso de 0.30s.

• O fenómeno é facilmente identificado como um eco.

• Apresentar o objetivo da aula “Explicar o fenómeno do eco”.

• Selecionar o Efeito 2 e pedir para descrever a diferença entre os dois.

• Apesar de identificarem a diferença, usualmente o termo reverberação não é

referido.

• Discutir os dois termos associando-os à diferença identificada.

• Depois desta discussão premir a tecla “L”.

Fenómeno do eco (Por que é que não se ouve o eco nesta sala?) e o Atraso

necessário para distinguir o eco

• Discutir as condições que têm de existir para ocorrer um eco.

• Nesta altura só queremos que os alunos apresentem e discutam as suas ideias e não

apresentar ainda a resposta. (quando apresentada uma explicação relacionada com a

reflexão insistir na questão Por que é que não se ouve o eco nesta sala? Não haverá

reflexão?)

• Depois de discutidas as ideias, fazer a experiência explicando primeiro o

funcionamento da simulação.

• O programa deve estar ser projetado para os alunos verificarem os valores de Atraso

e Ganho. Explicar que, por exemplo, o Efeito Eco não é a gravação de um eco mas sim

a audição de dois sons independentes. Explicar o Efeito Reverberação e a função dos

parâmetros Ganho e Atraso.

• Mostrar novamente o som com o Efeito Eco e Atraso 0.30s e explicar que o que está a

acontecer são dois sons separados por 0.30s.

• Questionar sobre o que acontece com um Atraso de 0.50s e depois com um Atraso

de 0s. Discutir especialmente este último caso. Verificar os dois casos no programa.

• Prever o que acontecerá se o Atraso for 0.01s. Observar. Discutir (tem que se chegar

a um ponto em que se compreenda que é um problema de limites do corpo

humano). Mesmo que não se note o eco é importante notar que há uma alteração do

som original. É importante para uma discussão posterior dos efeitos do eco e

reverberação no concertos de música, por exemplo.

• Como determinar esse limite? Realizar a experiência. Geram-se discussões sobre o

limite, fazer notar que essa discussão é importante: é díficil de determinar o limite,

não há uma medição a efetuar, é subjetivo. Não faz sentido chegar a um valor

constante e universal.

• Esse limite depende do tipo de som? Como realizar essa experiência? Realizar a

experiência. (Neste caso pode-se utilizar uma fonte sonora mais curta como a Pop ou

Olá)

• Esse limite depende da amplitude do som repetido? Como realizar essa experiência?

Antes de realizar a experiência discutir a que é que corresponde, fisicamente, alterar

o Ganho do som. Realizar a Experiência.

◦ Além de procurar o limite deve-se questionar o que eles prevêm que aconteça

com um ganho de 0% e 100% e relacionar com a absorção e reflexão dos

materiais.

◦ No limite pode-se mesmo perguntar o que aconteceria se os materiais refletissem

todo o som. Colocar brevemente o Efeito Reverberação e ganho 100%.

Cálculo da distância mínima do obstáculo para haver eco

• Insistir na questão Por que é que não se ouve o eco nesta sala? juntar o dado obtido

anteriormente (o limite do atraso no som) à discussão.

• Permitir que os alunos calculem a distância sozinhos, fornecer pistas a quem quiser

como a velocidade do som (determinado anteriormente), o facto de o som ter de

percorrer a distância até ao obstáculo 2 vezes, etc. No caso de se ter obtido vários

limites para os vários sons escolher um. Discutir a escolha.

• Discutir que o valor obtido tem um erro associado, relembrar a discussão para obter

o limite.

• No caso de o manual apresentar um valor diferente (a maior parte usa o valor 17m)

discutir isto também. Se não estiver explicado no manual de onde surge este valor

pode-se usar como exercício para determinar o limite que o manual considerou.

Importância destes fenómenos mesmo quando não se identifica um eco

• Mostrar a distorção de alguns sons (por exemplo)

◦ Fonte Bateria Ganho 40% Atraso 0.10s alternar entre Normal e Efeito

Reverberação

• Note-se que por vezes estuda-se formas de usar estes fenómenos propositadamente

◦ Fonte Blue Dot Ganho 60% Atraso 0.04s alternar entre Normal e Efeito

Reverberação

◦ Fonte Blue Dot Ganho 85% Atraso 0.01s alternar entre Normal e Efeito

Reverberação

◦ Fonte Bateria Ganho 85-90% Atraso 0.01s alternar entre Normal e Efeito

Reverberação

◦ Fonte Pop Ganho 95% Atraso 0.01s alternar entre Normal e Efeito

Reverberação

• Repare-se que não existe nenhuma alteração na frequência das fontes, apenas

sobreposição de várias fontes com diferentes amplitudes.

Ficha Técnica

Material construído em Javascript com Web Audio API

Autor: Ricardo Sousa Rodrigues

Este trabalho está publicado de acordo com uma licença Creative Commons Attribution-

NonCommercial 3.0 Unported License.