velhos e novos paradigmas de audio

Fsica: som o movimento organizado das molculas causado pela vibrao de um corpo em um meio: gasoso (ar), lquido (gua), slido (rocha), etc. Esta definio se refere a uma causa.

Psicoacstica: som a sensao promovida pelo aparato auditivo em resposta a alterao de presso, deslocamento de partculas ou velocidade das partculas propagadas em um meio elstico. Esta definio se refere a um efeito.

aparte da fsica que estuda os fenmenos que se apresentam em formas de ondas , existem dois tipos:

ondas mecnicas , que atuam no nvel das molculas, cujo fenmeno perceptivo associado o som .

ondas eletromagnticas , causadas pelo movimento de partculas sub-atmicas, cujos fenmenos perceptivos associados so, principalmente,a luz e as cores.

Osom uma qualidade perceptiva que resultado da percepo de distrbios das molculas de um meio em um certo espao de tempo, para isso necessrio ter : Emissor-Meio-Receptor

Oemissor tem a funo de produzir um distrbio nomeio , que ser percebido peloreceptor

o meio tem influncia na qualidade do distrbio, pois afeta a maneira como este se propaga .

Estes distrbios de natureza mecnicas so pequenas e rpidas variaes de presso causadas pelo movimento das molculas: compresses e rarefaes

Esse movimento de compresso e rarefao sempre relacionado com umaonda de presso que se propaga pelo meio.

Variao de presso X tempo

No caso dos gases,a velocidade do som depende do tipo de gs, de seu peso molecular e de sua temperatura absoluta, segundo a equao:

Onde:M = peso molecular do gs (2.87 x 10 -2 Kg mole -1, no caso do ar) = uma constante que depende do gs (1.4 para o ar) R = constante dos gases (8.31 J K -1mole -1 ) T = temperatura absoluta (em Kelvin)

Aqui temos que a velocidade do som no ar ento s dependente da raiz quadrada da temperatura, em Kelvin, que se obtm somando-se 273 ao valor desta em Celsius. Como exemplo, a 20 oC, a velocidade do som no ar 344 ms -1 .

0 oC 332.5ms -1

20 oC 344ms -1

21 oC 345ms -1

100 oC 386ms -1

A forma mais simples de onda sonora aquela descrita por funes harmnicas do tipo senoidal, que possuem uma caracterstica peridica, isto , repetem-se em um certo intervalo de tempo.

A onda peridica senoidal derivada do movimento circular .

ela se repete em umperodoT (em segundos, normalmente);

ela tem umaamplitudede deslocamento A, ou seja que ela varia de 0 at + ou - A

quando se propaga no espao, ela tem umcomprimento de onda , que a medida de espao entre dois momentos idnticos da onda (geralmente em metros)

a freqncia o inverso do perodo,f = 1 /T. Ela geralmente medida em1/segundos (s -1 ), e no caso especfico de ondas peridicas como a senide, em ciclos porsegundo, que a definio da medida chamada Hertz (Hz).

A freqnciaf(ou o perodo) e o comprimento de onda relacionam-se atravs da velocidade de propagaoV ,pelo produtoV=f

Alguns comprimentos de onda: D 1 32.5Hz 10.5m D 4 261.6Hz 1.32m D 8 4186Hz 0.0082m

Afasedetermina a posioinicial de uma onda, ou a posio do comeo do movimento. Ela medida em graus ou em radianos, por ser relacionada com o ngulo inicial do movimento. No exemplo abaixo, a fase zero graus, pois o ngulo inicial do movimento,medido do centro da circunferncia, zero.

Aamplitudede uma onda de presso correlaciona-se diretamente com a nossa percepo de intensidades sonoras, por exemplo sons mais intensos sero resultado de uma maior amplitude de variao da presso do meio (ou seja um deslocamento maior das molculas).

Afreqncia , e por conseqncia operodoe ocomprimento de onda , relaciona-se com a percepo de alturas (ou tom, ou seja o quo grave ou agudo um som ).Certos valores de freqncias so convencionalmente equivalentes s notasmusicaisocidentais, por exemplo 440 Hz o l de concerto, usado para a afinao de instrumentos. Em ondas sonoras mais complexas, a correlao entre freqncia e altura mais problemtica.

Esta funo muito importante pois descreve o som senoidal de uma forma geral, pois pode tanto representar a variao de presso do meio quanto a variao eltrica anlogica emsistemas eletroacsticos, e tambm como veremos adiante, serve para descrever as componentes de ondas mais complexas. Qualquer tipo de onda pode ser decomposto em componentes senoidais, o que quer dizer que as funes apresentadas acima descrevem o elemento mais bsico dos fenmenos ondulatrios.

sen = cateto oposto a / hipotenusa

Assumimos o crculo como sendo unitrio, assim,sen=y.

O ngulo pode ser medido em graus (0-360) ou em radianos. Uma circunferncia tem2 radianos pois um raio a metade do dimetro ( = circ/diam = circ/2*raio;logo circ = 2**raio = 2 radianos, se o raio = 1)

Um grfico do seno do ngulo traar portanto um crculo completo da curva senide se variarmos o angulo de 0 a 2 (=crculo completo).

Conectando a senide com o tempo, primeiramente multiplicamos nossa notao para um crculo completo (2) pelo tempot , em segundos. A quantidade 2 tvai de 0 a 2, ou seja roda o crculo completo, quandotvai de 0 a 1. Isso corresponde afreqncia de 1 Hertz (ciclos / s), ou seja esse evento acontece no perodode 1 segundo.

Se quisermos representar qualquer outra freqncia, s o que precisamos fazer multiplicar pelo valor arbitrrio (de freqncia)f. A quantidade 2 ftvai girarfvezes em volta do crculo (ou seja indo de 0 a 2) quandotvaria de 0 a 1, portanto um grfico de seno(2 ft ) vai passar porfciclos cada vez quetaumentar de uma unidade.

A amplitude um multiplicador simples que escala os valores mximos e mnimos que a curva pode tomar(no caso anterior,consideramos o que se chama decurva senide normal , que tem o valor de amplitude 1, ou seja a curva varia entre +1 e -1).

Afase , a quantidade que define o ponto de comeo da rotao, quandot= 0(e no caso seu valor 0).

Portanto, uma onda de presso senoidal comamplitudeA ,freqncia f ,e desvio defase, tipicamente descrita como uma funo contnua do tempotde acordo com

f ( t ) =A seno(2 ft+ ) ou

f ( t ) =A seno( t+ )

pois = 2 f, a letra grega omega minscula usada para definir o produto da freqncia multiplicada por 2, chamadafreqncia radiana .

A energia de uma onda sonora, a medida da quantidade desomnela presente.

Som um quantidade tri-dimensional, por isso temos que levar em conta a rea quando se fala em transmisso de energia, isto temos que definir uma quantidade em termos de watts por unidade de rea.

Essa quantidade chamada deintensidade sonora, que nos d uma medida da densidade da potncia de um som propagando em um direo particular.

A percepo da intensidade (e da freqncia) logartmica.

Dizemos que a percepo logartmica quando baseada em uma razo de valores. Neste caso, por exemplo, a variao de 1 para 2 percebida como a mesma que 2 para 4, ou 4 para 8, pois baseada em uma razo 1:2.

as intensidades sopercebidas logartmicamente, pois a variao de .001Wm -2 para .01 Wm -2 , percebida como a mesma que acontece entre .1 e 1.0 Wm -2 . Alm da intensidade, a freqncia tambm percebida logaritmicamente, pois os intervalos entre notas so baseados em razes entre valores de freqncia. Por exemplo, um salto de oitava equivale a razo 2:1. J a percepo linear baseada na diferena entre valores, a variao de 1 para 2 percebida com a mesma que de 7 para 8, por exemplo. A variao de distncia algo que percebemos linearmente.

A escala logartmica usada aqui baseada na razo entre a densidade de potncia real e uma intensidade de referncia (1 picowatt por metro quadrado,10 -12 Wm -2):

O fator de 10 aparece pois faz do resultado um nmero em que uma variao de nmero inteiroproduz uma mudana que aproximada menor variao que o ouvido humano pode perceber.

Uma mudanca de fator 10 na razo da densidade de potncia chamada de bel. Na equao do nvel de intensidade sonora, isso provocaria uma variao de 10 no resultado (SIL = 10log 10 10 = 10). Ento uma mudana equivalente a uma unidade inteira (um nmero inteiro) chamada de decibel (dB).

O nvel depotncia sonora (PWL ou SWL), por sua vez a potncia sonora total irradiada em todas as direes pela fonte sonora. similarmente expressado como o logaritmo de uma razo, em decibeis, entrea potncia sonora real e uma potncia sonora de referncia de 1 picowatt(10 -12 W):

O nvel depresso sonora (SPL) a medida mais usual quando se fala em amplitude da onda sonora, por duas razes: pela sensibilidade do ouvido s variaes de presso e por ser uma quantidade simples de ser medida .

A presso sonora para fontes sonoras reais pode variar de menos de 20 microPascais(20 x 10 -6Pa) at mais que 20 Pa (1 Pa = 1 Nm -2 ). Esses dois nveis de presso correspondem mais ou menos ao mnimo de audio (20Pa) e ao limiar da dor (20Pa), para o ouvido humano, a 1Khz de freqncia.

Se compararmos o valor para o mnimo da audio humana com a presso mdia atmosfrica de 100000 Pa, observamos como alta a sensibilidade do nosso ouvido.

O nvel de presso tambm expresso numa escala logartmica. Ela baseada na razo entre a presso sonora real e o limiar da audio a 1 Khz (20mPa):

O multiplicador de 20 serve a dois propsitos: fazer do resultado um nmero em que uma variao de nmero inteiro seja aproximadamente o mnimo possvel de mudana percebida pelo ouvido humano, eprover alguma equivalncia s medies de intensidade sonora. Se h apenas uma onda de presso sonora no ponto de medio, isto nenhuma interferncia devida a reflexes, etc, o nvel de intensidade sonora (SIL) aproximadamente equivalente ao nvel de presso sonora (SPL). E toda variao medida em SIL ser equivalente a variao em SPL, em qualquer caso, uma mudana de 10dB em SIL resultar em uma mudana de 10dB em SPL.

A cada 6 dB de mudana, um som dobra de intensidade. Isso facilmente verificado pela relao abaixo:

SPL 40Pa= 20 log 10(40Pa/20Pa)

= 20log 10(2) =20 X .3 = 6dB

A soma entre dois sons pode ser: a) sonscorrelacionados : no caso onde sons provm de vrias fontes relacionadas entre si. Neste caso vrias fontes seriam derivadas de uma s. Exemplos: fontes relacionadas por uma reflexo simples, onde o atraso em tempo de uma fonte para outra pequeno;fontes eletroacsticas, onde sons so tocados por vrios alto-falantes, que recebem o mesmo sinal, mas esto separados no espao. b) sonsno-correlacionados : onde os sons vem de fontes no relacionadas entre si. Exs.: reflexesmais complexas, instrumentos tocando juntos, vozes num coral, etc..

Quando os sons so correlacionados, a amplitude ou nvel de presso sonora total a soma das amplitudes das fontes:

Por causa da periodicidade das ondas, importante notar que a presso de diferentes fontes poder ter sinais diferentes (positivo, negativo), dependendo de sua fase relativa: se dois sons esto em fase, suas amplitudes so somadas; por outro lado, se dois sons esto em fase oposta (180 0ou ), suas amplitudes so subtradas. O primeiro caso chamado interferncia aditiva e o segundo, subtrativa.

Interferncia construtiva

Interferncia destrutiva

Quando os sons no so correlacionados, devemos efetuar a soma dos quadrados das amplitudes de presso envolvidas. Para obter o resultado desta soma como presso, precisamos calcular a raiz quadrada do valor total:

E ento, para N fontes no-correlacionadas:

Cuidado, a soma logartmica, no linear.Ex. qual a soma de 2 sons no relacionados de 69 e 71 dB?

Precisamos substituir cada amplitude P, pelos valores que as SPLs representam, para isso usamos a relao:

P 2=10 (SPL/10) P ref2

P 2 69dB= 10 (69/10)x 4 x 10 -10N 2 m -4= 3.18 x 10 -3N 2 m -4

P 2 71dB= 10 (71/10)x 4 x 10 -10N 2 m -4= 5.04 x 10 -3N 2 m -4

SPL = 10log 10 ((P 69dB2+ P 71dB 2) /P ref )

=10log 10 ((3.18 x 10 -3+ 5.04 x 10 -3) / 4 x 10 -10) = 73.1 dB

A intensidade sonora aumentou pouco mais de 2 dB,no 71!

Sons so irradiados tridimensionalmente em todas as direes. Com isso, existe uma disperso da energia acstica original. A intensidade sonora em funo da distncia pode ser calculada utilizando-se a rea de uma esfera hipottica que se forma em torno da fonte. Tal rea relacionada com o quadrado do raio na seguinte relao:

rea da esfera = 4 r 2

Portanto a intensidade sonora, que a razo entre a potncia sonora sobre a rea decresce com o aumento da distncia da Utilizando-se esta equao observa-se que a 1m da fonte a intensidade sonora 11dB menor, e a partir da, decresce pela metade (6 dB) cada vez que a distncia dobra de acordo com a seguinte equao:

A equao no leva em conta que a fonte pode estar apoiada em uma ou mais superfcies, direcionando a irradiao sonora, que assim no mais uma esfera perfeita. Para adequ-la a essa situao, temos que multiplic-la por um fatorQ , equivalente direcionalidade da fonte (em relao uma esfera). Esse fator equivalente a 2, para uma superfcie, 4 para duas, 8 para trs, e assim por diante. Cada uma dessas superfcies em que a fonte se apia adiciona 3dB intensidade sonora percebida em um ponto.

Refrao Como vimos anteriormente, a velocidade do som no ar varia com a temperatura. Duas reas com diferentes temperaturas de ar podem ser consideradas, efetivamente, dois meios diferentes. Quando o som passa de um meio para outro, acontece o fenmeno da refrao, e a direo de propagao sonora modificada por um certo fator. Alm disso, em situaes ao ar livre, o vento tambm pode ser um fator que altera a velocidade e direo de propagao das ondas sonoras.

Normalmente a temperatura do ar reduz-se com a altura. Coma a velocidade do som menor para o ar mais frio, o som tende a ser desviado da sua direo original, tendendo a tomar umacurvatura ascendente. Por isso, a percepo da intensidade desse soma nvel do solo tende a diminuir bastante com a distncia, mais do que previsto pelos clculos mostrados anteriormente.

Em certas situaes menos comuns, o ar prximo ao solo est mais frio que aquele a certa altitude. Nesse caso, as ondas sonoras tendem a curvar-se de cima para baixo, incorrendo emsons mais intensos a uma grande distncia da fonte.

O vento tende a modificar a velocidade de propagao do som. Assim, o som tende a ter maior velocidade em direo ao vento, e tende a ser retardado em direo contrria. A direo de propagao tambm afetada. Como o vento tende a ser maior quanto maior a altitude, as ondas em direo contrria ao vento tendem a ser curvadas para cima enquanto as em mesma direo tendem a ser curvadas para baixo.

Som absorvido quando entra em contato com qualquer objeto fsico. Isso acontece porque o objeto atingido tender a vibrar, dispersando energia da onda sonora, e tambm por causa da perda por frico dentro do material. Em geral, materiais porosos, por causa da grande quantidade de rea de interao disponvel, tendem a ser os melhores absorventes de som. Por isso, l de vidro, tecidos, cortia, etc., so os melhores materiais para a absoro de som.

Quando o som atinge uma superfcie rgida ele tende a refletir-se de volta. Esse o fenmeno bsico da reflexo. Isso tende a gerar os efeitos conhecidos do eco e da reverberao. O eco geralmente uma repetio simples com diferena de tempo de mais de .08 segundos do som original e de sua reflexo. Reverberao um conjunto de reflexes rpidas e complexas em superfcies de um ambiente fechado.

Ondas estacionrias ocorrem entre superfcies refletivas. O mais simples sistema em que isso pode ocorrer como uma reflexo entre duas superfcies rgidas, como mostrado abaixo:

A onda estacionria realiza incessantemente o caminho entre os dois refletores, retraando as mesmas posies que so relacionadas com alguns comprimentos de onda especfico (e por conseqncia, freqncias especficas), relacionados com a distncia entre as superfcies.

Note-se que a onda de presso possui pontos onde a amplitude de presso zero, chamadosns , e pontos onde a amplitude mxima ou mnima, chamadosanti-ns . Onde a onda toca a superfcie so formados os anti-ns, que vo determinar por sua vez o comprimento da onda estacionria formada.

possvel determinar a partir da distncia entre as superfcies, algumas caractersticas das ondas estacionrias que ocorrem entre elas. A maior onda que pode caber neste sistema tem metade de um comprimento de ondaequivalente a distncia entre os refletores. Isso demonstrado pelarelao:

Alm disso, qualquer mltiplo inteiro da metade do comprimento de onda pode caber entre esses dois refletores. Por essa razo existem infinitos valores de freqncias que as ondas estacionrias podem possuir, definidos pela seguinte equao:

Ondas estacionrias do mesmo tipo mostrado acima ocorrem tambm em outras situaes, como em tubos, abertos ou fechados dos dois lados, cujas freqncias so obtidas utilizando-se da mesma relao mostrada acima. Essas freqncias so tambm chamadasfreqncias modaisde um tubo, equivalentes aos modos de vibrao desse tubo (que so as ondas estacionrias)

Uma outra classe de ondas estacionrias existe em um situao onde temos um tubo com um lado fechado (uma s superfcie refletora) e outro aberto. Neste caso as ondas refletem de umlado do tubo e esto livres do outro lado. Por isso a maior onda estacionria que pode caber no tubo tem 1/4 do comprimento de onda equivalente ao comprimento do tubo. Pelo fato de que um dos dois lados ser aberto,no existe a formao de um anti-n na onda de presso no lado da abertura(o anti-n s se forma na superfcie refletora). O efeito disso que no existiro freqncias modais em mltiplos pares da freqncia mais baixa.

A equao que define as freqncias que podem existirneste tipo de tubo :

A difrao acontece quando o som encontra um objeto que impede parte da passagem do som, jogando uma "sombra" em sua irradiao. Isso acontece por exemplo, em esquinas, em muros descontnuos, portas, etc.. O som tem a habilidade de se reconstruir e continuar se espalhando por difrao, no entanto o grau de difrao do som depende de seu comprimento de onda, e assim de sua freqncia. Sons mais graves, com ondas mais longas tm uma quantidade maior de difrao que aqueles sons mais agudos. Sons mais agudos tendem a ser direcionais, enquanto sons graves espalham-se melhor.

Difrao em um canto:

Difrao atravs de uma abertura:

Difrao em volta de um objeto :

Se observarmos a representao de uma onda sonora, em um grficoamplitude Xtempo , produzida por um instrumento, como a viola veremos que ela difere muito da forma de onda do tipo senoidal.

O som peridico:sons peridicos so relacionados com instrumentosafinados,e a freqncia dos ciclos inteiros de onda, que define a altura de determinadada nota, vai ser chamada defreqncia fundamental.

Sons instrumentais que no tm altura definida, em geral, tem forma de ondaaperidica, ou seja, no possue um padro audvel derepetio. Por essas razo, esses sons no vo possuir uma freqncia fundamental audvel, e por conseqncia, nenhuma altura definida.

Sons podem ter a mesma freqncia e a mesma intensidade, no entanto temos a capacidade de distingui-los como tendo diferentes timbres, oucorsonora.

O timbre est relacionado com a forma de onda. Para entender melhor precisamos de outra forma de representao do sinal acstico.

At agora, ns temos representado graficamente o som como a variao da amplitude depresso, produzida pelo movimento das molculas de um certo ponto no espao, em um certo espao de tempo tempo. Assim pudemos estudar as definies de freqncia, perodo, amplitude, etc.. Essa representao chamadadomnio temporaloudo tempo ,que equivale ao quanto certa quantidade (como a amplitude, varia no tempo). As diferentes formas de onda podem bem definidas dessa forma.

A outra representao que podemos ter de uma onda sonora, relaciona a amplitude com a freqncia. Ou seja, em um eixo vertical temos a amplitude, que neste caso no a amplitude instantnea de presso da onda, mas opico de amplitude , ou seja o mximo/mnimo que a amplitude de presso pode ter, e em outro temos a freqncia.

Essa representao chamada dedomnio espectral, das freqnciasou apenasespectro.A representao espectral como se fosse a fotografia de um som em um determinado momento, um congelamento do tempo, onde retiramos da variao temporal da onda informaes sobre as componentes senoidais dessa vibrao complexa. Todos os sons podem ser representados como uma somatria de ondas senides simples.

A relao entre formas de ondas complexas esenides foi descoberta pelo matemtico francs do sc XVIII, Jean Baptiste Joseph Fourier .

Essa decomposio se chamaanlise de Fourier , que transforma a representao temporal na representao espectral .

A onda quadrada,do exemplo, uma forma de onda resultante da soma de compontes senoidais que possuem freqncias que so mltiplos inteiros mpares da fundamental, com amplitudes respectivas de 1, 1/3, 1/5, etc.

Um som complexo cujas componentes mais significantes so N harmnicos poderia ser descrito pela seguinte funo:

Uma teoria provisria do timbre: o timbre de um som relacionado comas suas componentes senoidais. Estas componentes tm freqncias diferentes que podem ser relacionadas de forma simples, como mltiplos inteiros de uma freqncia fundamental, quando so chamadas deharmnicos .

Quando as componentes senoidais no se resolvem como mltiplos de uma fundamental, temos sons mais complexos, que no possuem uma altura definida, e neste caso, os componentes so chamados deparciais inarmnicos .

O conjunto dos componentes harmnicos chamada de srie harmnica, este fenmeno guarda uma relao muito interessante com a evoluo musical: construo de escalas e harmonia.

Se temos a nossa onda com uma forma qualquer, podemos obter, atravs de clculos matemticos, as componentes senoidais dessa onda em um dado instante de duas maneiras:

Usando a transformada de Fourier. Pode ser usada em conjunto com a transformada inversa de Fourier, para ressintetizar-se o som a partir de seus componentes senoidais.

fazer a anlise com o uso defiltros,que como o prprio nome diz, filtram o espectro, deixando passar somente certas freqncias.

Hermann von Helmholtz em seu livroOn the Sensations of Tone , montou, no final do sc.XIX, um corpo terico que a fundao do que hoje sabemos sobre o timbre.

Helmholtz caracteriza os sons como consistindo de uma onda de forma arbitrria fechada em um envelope (ou envoltria) de amplitude feito de trspartes: ataque (ou tempo de crescimento), perodo estvel e queda (ou tempo de queda). O ataque o tempo que a amplitude de um som leva para sair do zero e subir at o seu valor de pico. O perodo estvel onde a amplitude idealmente constante, e o som someno perodo da queda (onde a amplitude cai at zero).

Helmholtz descobriu tambm que sons que evocam um sensao definida de altura correspondem a ondas peridicas.

Ele estabeleceu que a forma dessas ondas tem grande influncia no timbre percebido de um som.

Foi Helmholtz que relacionou o legado terico de Fourier de decomposio de senides com o timbre.

No espectro, cada componente senoidal ser caracterizada por trsparmetros: freqncia, amplitude e fase relativa fundamental. Os dois primeiros parmetros tm uma grande importncia para a definio do timbre, enquanto as relaes de fase tm um efeito menor napercepo do timbre.

A concluso de Helmholtz foi de que o espectro tem uma correlao muito simples com as qualidades timbrsticas do som. Por exemplo, a descrio qualitativa de um som brilhante correlaciona-se com espectros que possuem muita energia nas freqncias altas, ou seja componentes agudas com amplitudes bem significativas.

Sons com harmnicos pares faltando so auditivamente relacionados com aqueles do clarinete.

A maioria dos sons percussivos tm espectros que no so harmnicos (ou seja fora das relaes de nmeros inteiros), como por exemplo, os sinos, que possuem um espectro altamente inarmnico.

Alguns instrumentos possuem harmnicos levemente"desafinados", o que contribue para a riqueza de certos timbres, como o piano.

Psicoacstica o estudo de como os seres humanos percebem o fenmeno sonoro.

O interesse a resposta subjetiva ao som em termos de sua altura, volume, durao, timbre e posio aparente.

importante que se note que a maioria dos resultados obtidos no estudo da psicoacstica tm sido colhidos experimentalmente. Tais resultados so inferidos de testes em situaes cuidadosamente preparadas, com um grupo de ouvintes, cujas respostas a estmulos sonoros so monitoradas e analisadas.

Muitas das descobertas da psicoacstica ainda residem no plano experimental, pois razes fsicas ou anatmicas sobre a sua causa ainda no so conhecidas.

Oouvido externo composto pela orelha (pinnae), que um orgo especializado em concentrar as ondas sonoras na cavidade do ouvido, e pelo canal auditivo.

Na parte interna deste est o que chamamos deouvido mdio , que conectado ao fundo da garganta pelo tubo de eustquio para que as mudanas na presso atmosfrica sejam equalizadas dos dois lados do tmpano e no causem distoro na atuao deste.

O ouvido mdio composto de trs ossculos: o martelo, a bigorna e o estribo, conectados como acima. Estas conexes no so rgidas. O martelo conectado ao tmpano para se mover com ele. Do outro lado, o estribo est conectado a uma membrana chamada janela oval.

Oouvido interno a poro do ouvido que est alm da janela oval. Consiste em parte de uma cavidade na estrutura ssea do crnio, chamada cclea, cuja forma lembra um caracol, com quase trs voltas.

A orelha tem a funo de acentuar certas freqncias e nos ajudar a localizar as fontes sonoras. A sua forma ajuda o ouvido a perceber se o som est a frente ou atrs do ouvinte com boa acuidade, e tambm acima ou abaixo (com menor preciso).

O ouvido externo como um todo ajuda a modificar o somque o penetra, devido a efeitos de ressonncia, principalmente do canal auditivo, cuja freqncia de ressonncia por volta de 4KHz.

A membrana do tmpano fina e elstica, formando a diviso entre ouvido externo e ouvido mdio. Ela converte as variaes de presso do ar, que constituem as ondas sonoras, em vibraes mecnicas no ouvido mdio.

Os ossculos do ouvido mdio formam um conjunto nico, mvel, que transmite a energia aplicada no tmpano para a cclea, o ouvido interno.

transmitem os movimentos do tmpano sem perda de energia.

protegem o sistema auditivo dos efeitos danosos de sons muito altos.

Os ossculos agem na transformao da impedncia acstica do sinal que entra no ouvido. Isto necessrio pela diferena entre os meio externo (o ar) e o meio lquido do ouvido interno, e conseqentemente, diferentes resistncias a propagao da onda.

A resistncia do fludo do ouvido interno mais alta que aquela do ar, por isso os ossculos tm que atuar como conversores de impedncia.

Esse efeito tende a resultar, para o ouvido interno, em uma aumento de 30 dB entre os nveis de presso sonora no tmpano e na janela oval.

Sons com nveis de presso sonora acima de 75 dB SPL fazem com que msculos ligados ao estribo e ao tmpano se contraiam automaticamente em resposta aos sons, enrijecendo o sistema e fazendo com que a transmisso de energia no seja muito eficiente .

Isso atua como uma proteo do ouvido a sons muito altos. Aproximadamente 12 a 14dB de atenuao so conseguidos, mas esses valores so para sons abaixo de 1 Khz somente.

Este efeito conhecido comreflexo acstico . Ele no imediato, pois leva de 60 a 120 ms para entrar em funcionamento, por isso o ouvido no est protegido para sons muito impulsivos (como por exemplo, o som de uma arma de fogo).

As vibraes transmitidas atravs do ouvido mdio so recebidas pela janela oval, e deslocam-se atravs do fludo. A janela circular existe para compensar o deslocamento da janela oval.

A membrana basilar responsvel pelo processo de percepo do som, perfazendo uma anlise das freqncias componentes de um som. Diferentes partes da membrana basilar so sensveis a diferentes freqncias puras. Sabe-se que a extremidade da membrana basilar que prxima base da cclea mais fina e estreita, sendo tambm sensvel s freqncias mais altas do espectro percebido pelos humanos. A membrana basilar torna-se mais grossa e mais larga ao longo de sua extenso em direo ao pice da cclea, sendo sensvel s freqncias mais graves.

Para que os movimentos da membrana basilar sejam transmitidos para o crebro, eles devem ser transformados em impulsos nervosos. Este processo feito pelas clulas do orgo de corti, que so pequenas clulas em forma de plos que disparam impulsos quando so dobradas pela ao do deslocamento da membrana basilar. Estes impulsos ento so transmitidos pelos nervos conectados a essas clulas

O importante agora saber qual a acuracidade do ouvido para componentes individuais de freqncia (isto , parciais senoidais dosom), o quo precisa a percepo destes.

O deslocamento causado por um som individual em um local da membrana basilar espalha-se para os dois lados desse ponto. A preciso que o ouvido ter em perceber dois sons como separados relacionada com esse fato: se dois picos claramente separados forem criados pelos dois sons que entram, ouviremos dois sonsseparados.

Suponha-se que dois sons puros A e B, com freqncias FA e FB, e amplitudes AA e AB so tocados juntos. Mantendo-se FA fixa, e variando FB desde o unssono com FA para cima e para baixo:

Quando FA = FB (unssono), uma nota s ouvida.

Quando aumentamos (ou diminuimos) a freqncia FB, ouvimos uma variao peridica de amplitude, que chamamos de batimentos. A freqncia desses batimentos igual a FB - FA, se FB > FA , ou FA - FB, se FA > FB. A amplitude vai variar entre (AA + AB)e(AA - AB), no primeiro caso, ou entre (AB + AA) e(AB - AA), no segundo.

Note-se que se as amplitudes so iguais, a amplitude do som resultante vai variar entre 0 e 2A.

A altura da nota percebida vai ser equivalente a mdia das freqncias envolvidas,(FA+FB)/2.

Para a maioria dos ouvintes, essa sensao de batimento desaparecequando a separao dos sons ultrapassa 12.5 Hz.

Assim que a separao maior que 15Hz, temos uma sensao de um som fundido, com umacaracterstica spera.

Aumentando ainda mais a diferena, passamos a perceber os sons separadamente, mas ainda com uma sensao spera.

Finalmente, se aumentarmos suficientemente a separao dos sons, a sensao passar de spera para suave.

No existe uma definio exata de onde os sons passam de fundidos para separados e tambm onde eles causam a mudana de uma sensao de aspereza para uma de suavidade.

O ponto onde dois sons so ouvidos como separados pode ser pensado como o ponto onde dois picos separados de deslocamento so gerados na membrana basilar, em oposio a um s deslocamento. Nesse ponto, os picos ainda esto juntos o suficiente para interferir entre si, causando a sensao de aspereza.

O pontoem que a sensao passa de spera para suave aquele em que os dois picos esto separados o suficiente para que no haja interferncia entre eles. Esse ponto marca um extremo daquilo que chamamosbanda crtica .

A banda crtica uma faixa de freqncias acima e abaixo de uma certa freqncia de um som puro que interferir na percepo de outro som, se a freqncia deste estiver dentro daquela faixa.

A banda crtica no a mesma para todas as regies de freqncias do espectro: ela maior (mais larga) na regio grave e mais estreita na regio aguda. Em por volta de 100Hz, ela de 7 semitons, descendo para abaixo de 4 semitons para sons acima de 200Hz, e diminuindo para um mnimo de 2 semitons a 2000Hz.

Por essa razo algumas regras tradicionais de orquestrao e harmonia determinam um espaamento maior entre sons nos registros graves que nos registros agudos.

A base psicoacstica para a percepo de dois sons como dissonantes ou no relacionada com a nossa discusso a respeito das bandas crticas.

Quando suas freqncias so iguais, sons so consonantes perfeitos.

Quando suas freqncias so separadas por mais de uma banda crtica, so consonantes.

Quando suas freqncias so separadas por valores entre 5% e 50% da banda crtica, o intervalo dissonante.

A maior dissonncia ocorre quando o intervalo entre esses sons 1/4 de banda crtica.

Para sons complexos, cada harmnico at por volta do stimo contribue para a percepo geral de consonncia ou dissonncia do intervalo. Potanto podemos medir a consonncia geral de dois sons, com base na contribuio de cada harmnico at o stimo.

Exemplo: 3/2

Embora o volume que percebemos est correlacionado com a amplitude de presso de uma onda sonora, a relao entre estes dois parmetros mais complexa.

Como um efeito psicoacstico,o volume afetado tanto pela natureza como pelo contexto dos sons.

Outra dificuldade nas medidas de volume o fato de que elas so dependentes da interpretao individual de cada pessoa.

A amplitude de presso no nos d um valor direto do volume percebido. De fato, possvel que uma onda com maior amplitude de presso ser percebida como tendo menor volume que uma onda com maior amplitude.

A sensibilidade ao volume do ouvido varia com a freqncia.

Em 1933, dois pesquisadores, Fletcher e Munson, mediram a sensibilidade do ouvido humano a diferentes freqncias puras (senoidais), e estabeleceram a relao entre freqncias, amplitudes e o volume percebido.

Essas curvas mostram o quo alto um som deve ser em termos de medida de amplitude de presso para ter o mesmo volume de um som de 1 KHz.

Estas curvas mostram o quanto varia a sesnsibilidade do ouvido ao longo do espectro de nossa audio.

O resultado desses efeitos que a sensibilidade do ouvido funo tanto da freqncia quanto da amplitude.

Portanto, dois sons de diferentes freqncias, mas de amplitudes iguais podem soar com volumes completamente diferentes. Por exemplo, um som a 20 Hz soar com muito menos volume que um de mesma amplitude a 4 K Hz.

Sons de diferentes freqncias ento devero ter amplitudes de presso diferentes para serem percebidos como tendo a mesma amplitude.

Fonos uma escala de julgamentos subjetivos baseada nos nveis de presso sonora percebidos em um som senoidal de 1 KHz.

Pode-se notar que as curvas defonoscomeam a ficar mais planasem nveis de presso sonora mais altos.

Por isso, o relativo balano entre as diferentes regies de freqncias, grave, mdio e agudo, alterado sempre que se varia o nvel de amplitude dos sons.

Isso percebido no dia a dia, quando ouvimos uma gravao e abaixamos o volume do aparelho de som, resultando na supresso de parte dos agudos e dos graves, e com isso ficamos com um som carregado de mdios, sem muito brilho ou expresso.

Localizao auditria a percepo humana da posio de uma fonte sonora no espao. O ouvinte recebe informaes que definem a direo e distncia da fonte.

Para determinar a direo da fonte, o ouvinte utiliza-se de pistas que lhes so dadas pelas diferenas em tempo e intensidade na audio estereofnica.

Para a determinao da distncia, tanto a qualidade timbrstica do som, quanto a sua intensidade vo ser fatores influentes, alm da questo da reverberao.

A diferena de tempo em que um som leva para atingir um ouvido aps o outro d ao ouvinte uma pista com relao direo angular da fonte sonora, e essa diferena chamadadiferena interaural de tempo .

Se a fonte est a frente ou atrs do ouvinte, a DIT zero, se o ngulo da fonte est mais que um grau fora de centro, temos uma DIT acima de 20 microsegundos, e a direo do som consegue ser percebida.

As pistas dadas pela DIT comeam a ficar imprecisas medida em que a fonte se move para uma posio lateral ao ouvinte.

Adiferena interaural de intensidadeacontece quando a fonte sonora no est centrada com relao cabea do ouvinte, e esta parcialmente desvia uma poro do som destinada ao ouvido oposto fonte, jogando uma sombra que diminue a intensidade percebida por aquele ouvido.

Alm disso, o ouvido externo perfaz uma filtragem nas freqncias abaixo de 5KHz. A reposta de amplitude dessa filtragem varia com a direo em que o som chega ao ouvinte, ajudando a definir se o som vem de frente, de trs, de cima ou de baixo.

Tanto a DII quanto a DIT dependem da distribuio espectral das freqncias de um som.

Abaixo de 270 Hz, nenhuma dessas pistas efetiva para a localizao auditria, portanto a direo dossons de baixa freqncia no pode ser determinada.

As informaes dadas pela DIT funcionam bem entre 270 e 500 Hz, mas so inefetivas acima de 1400Hz.

a DII atua bem acima de 500Hz e seu efeito cresce com a freqncia, de modo que a6KHz, a diferena de intensidadepode chegar a 20 dB para um som lateral.

Reveberao natural produzida pelas reflexes de sons em superfcies, que dispersam o som, enriquecendo-o por sobreposio de suas reflexes.

A quantidade e qualidade da reverberao que ocorre em um ambiente natural influenciada por vrios fatores, o volume e dimenses do espao; o tipo, forma e nmero de superfcies com que o som se encontra.

Energia acstica proveniente da fonte (F) espalha-se por todas as direes, e apenas uma pequena poro do som chega ao ouvinte (O). Ele tambm recebe vrias imagens atrasadas do som original refletidas pelas superfcies, que tambm aumentam o tempo em que o som percebido .

A amplitude de cada som reduzida por uma quantidade que inversamente proporcional distncia percorrida pelo som: as reflexes no s chegam mais tarde, como tambm possuem amplitudes menores que o som direto. O som reverberado ter um envelope que decai ao longo do tempo.

Quatro parmetros so normalmente correlacionados com o carter percebido da reverberao: tempo de reverberao, a dependncia de freqncias do tempo de reverberao, o atraso da chegada da primeira reflexo e a taxa de crescimento da densidade de eco.

Tempo de reverberao a quantidade de tempo requerida para um som morrer a 1/1000 (-60 dB) de sua amplitude, aps a fonte parar de emiti-lo.

Esse fato depende muito em outros fatores, como a amplitude do som e a presena de outros sons.

Seo tempo de reverberao o suficientemente grande, o somsobrepor-se- as suas reflexes criando uma textura densa.

H umacorrelao entre o volume de uma sala e o seu tempo de reverberao: quanto maior o volume da sala, maior tende a ser o seu tempo de reverberao. A quantidade de superfcies absorventes ou refletivas tambm influenciar o tempo de reverberao.

Dependncia de freqncia :o tempo dereveberao no uniforme atravs do espectro de freqncias. mais ou menos definido que, em uma sala de concertos bem desenhada, as freqncias baixas so favorecidas, estas vo desaparecer mais lentamente que as altas.

Materiais absorventes tendem a refletir freqncias baixas mais que as altas, e materiais altamente refletivos tendem a ter uma resposta mais igual ao longo do espectro.

O vapor de ar tambm contribue para a atenuao de sons com alta freqncia, quanto mais um som viajar em um ar com alguma umidade, mais suas freqncias altas sero atenuadas.

O atraso da primeira reflexo afeta muito a qualidade da reverberao percebida .

Se a diferena de tempo entreo som direto e a sua primeira reflexo for muito grande ( > 50 msegs), ento se ouvir ecos distintos. Se o atraso for pequeno (

velhos e novos paradigmas de audio

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