Acústica- uma das áreas da Física

Por que o desenho do interior de uma sala interfere tanto na sua
acústica e como itens estéticos interferem na propagação do som?
 

O som se propaga de acordo com princípios físicos, isto é, o som é uma onda mecânica, necessitando, portanto de um meio
material para existir. Qualquer alteração neste meio material causa
perturbações ou alterações nas características deste som.
Alterações no meio, uma fronteira, um obstáculo, uma fenda ou mesmo uma
segunda onda, são suficientes para alterar aquela onda que se propaga.
Conhecendo-se as propriedades das ondas pode-se prever a forma e/ou
características da onda viajante após cada interação.
Difração, interferência, reflexão, polarização e refração são as
propriedades mais importantes das ondas, excetuando-se a polarização
(possível apenas em ondas transversais) que fazem acontecer todos os
fenômenos ondulatórios.
Uma boa sala de concertos deve ter condições estruturais que permitam ao som se propagar em todo o ambiente, de
forma uniforme e cristalina, bem definido em suas características, os
agudos e os graves bem como os sons secundários devem ser preservados
em sua forma original. Somente com a observância dos princípios físicos
da acústica é possível projetar uma sala de concerto de boa qualidade.
Difração é a capacidade da onda de contornar obstáculos e/ou fendas. Se
as dimensões do obstáculo forem maiores do que o comprimento da onda
esta onda sofre reflexão, se propagando como se o obstáculo não
existisse. Entretanto, se o obstáculo tiver dimensões comparáveis ao
comprimento da onda esta se curva para contorná-lo, propagando-se após
o obstáculo ou fenda como se ali fosse seu ponto de origem. Por isto
não é ideal projetar auditórios e salas de concertos com pilares soltos
no salão, pois neste caso, eles funcionam como pontos emissores de
ondas sonoras, criando a interferência ou superposição de ondas.
Interferência é o encontro de duas ou mais ondas resultando numa nova
onda. Acontece a interferência quando a onda incidente se encontra com
outras ondas que podem ser as próprias ondas refletidas ou se encontra
com outras ondas quaisquer. Encerrada a interferência a superposição se
encerra e cada onda segue inalterada.
Reflexão é a característica física da onda sonora de retornar total ou
parcialmente para seu ponto de origem quando atinge um obstáculo como
parede, teto ou superfície refletora. Uma sala de concerto corretamente
projetada deve ser cercada de superfícies refletoras, para que a onda
sonora atinja a superfície e ser novamente refletida.
Refração é a alteração na velocidade de propagação e no comprimento da
onda, sempre que ela encontra uma fronteira entre dois meios de
propagação de natureza diferente. Um nadador imerso na água de uma
piscina percebe o som produzido fora da piscina, mas de maneira com que
abafado, distante, isto porque a onda se propaga de forma alterada no
meio líquido da piscina. O mesmo ocorre com um facho de luz projetado
na água da piscina; a luz se propaga, mas de maneira alterada.
Polarização é a restrição de movimento em alguma direção que ocorre
quando a onda atravessa uma fenda. Isto acontece apenas em ondas
transversais; nas ondas longitudinais o movimento de oscilação se dá na
mesma direção que a propagação. A onda pode também sofrer polarização
quando é refletida. Este fenômeno acontece com ondas eletromagnéticas e
é a explicação para o brilho observado nos dias meio enevoados. Vale
ressaltar que a polarização como a refração são fenômenos da acústica
de ocorrência praticamente nulos nas salas de concertos.
O desconhecimento ou inobservância destes princípios físicos explicam
porque, na sala de concertos do Philharmonic Hall o maestro não podia
ouvir toda a orquestra e porque em algumas salas o som é mais alto em
determinados locais do que em outros.
SOM REVERBERANTE
A soma de todas as ondas refletidas é chamada de som reverberante. A
reverberação é o prolongamento da sensação auditiva gerada pelo reforço
resultante da interferência entre duas ondas. O tempo de reverberação é
o tempo gasto para que o som atinja o seu valor máximo ou mínimo, a
partir do nível de equilíbrio.
A qualidade de uma boa sala de concertos depende, portanto da qualidade
da reverberação que é resultante da boa aplicação dos elementos
deflatores e elementos reflexivos; é o equilíbrio entre o som direto e
o som reverberante. A distinção das performances musicais ouvidas em
grandes parques, ao ar livre, daquelas ouvidas em salas de concertos é
resultado da boa qualidade do som reverberante e a ausências de sons de
interferência.

TEMPO DE REVERBERAÇÃO

O tempo necessário para o nível de som chegar ao máximo ou diminuir até
zero, a partir de seu valor de equilíbrio, é chamado tempo de
reverberação e esta é a mais importante característica de uma sala de
concertos.
O tempo de reverberação é definido como o tempo necessário
para que a intensidade do som (watts por metro quadrado) cresça ou
decresça por um fator de um milhão.
Com o desenvolvimento da acústica o tempo de reverberação passou a ser
medido com maior exatidão. Antigamente, naqueles enormes templos, o
tempo de reverberação era muito grande, por isso que as músicas eram
cantadas mais lentamente.
Durante o período barroco, por exemplo,
aquelas pequenas capelas com paredes paralelas possuíam um tempo de
reverberação muito pequeno, propiciando, portanto, a criação de músicas
para serem cantadas mais rápidas.
Atualmente já se tem conhecimento que se o tempo de reverberação é
muito curto, as notas musicais são ouvidas isoladas umas das outras e a
música é percebida de maneira leve. Se, o tempo de reverberação é muito
longo, os sons das notas mais recentes se chocam com os das notas
tocadas anteriormente.
O tempo de reverberação mais indicado para música sinfônica é cerca de
2 segundos; o Symphony Hall, em Boston, uma das maiores casas de
concerto do mundo, tem um tempo de reverberação de 1,8 segundo
totalmente cheio.
O volume da sala de concertos também interfere no tempo da
reverberação; quanto maior o volume, mais tempo leva o som, viajando a
cerca de 345 metros por segundos, para percorrer a distância entre as
superfícies refletoras e atingir seu equilíbrio.
O volume do Symphony
Hall é de 61,496 metros cúbicos; o do Carnegie Hall, em Nova York, é de
79,610 metros cúbicos, mesmo assim o tempo de reverberação é de 1,7
segundos menor do que o do Symphony Hall de Boston.
A diferença é devido à constituição das superfícies refletoras, ou
seja, quando as superfícies expostas às ondas sonoras são muito
absorventes, a taxa de absorção de energia por todas elas, rapidamente
se torna igual à de produção de energia de todas as fontes: ou seja, o
tempo de reverberação da sala de concertos é maior quando ela esta
vazia.
Em muitas salas, a apresentação da orquestra é melhor nos ensaios do
que nas apresentações. É que cada pessoa tem a propriedade de absorção
equivalente a 0,5 metros quadrados de uma janela aberta, assim, o tempo
de reverberação da sala de concertos é maior quando ela está vazia.
Este é o motivo. É o motivo também por que a maioria das salas de
concertos de países de clima frio possuir armários onde os espectadores
podem guardar suas roupas de inverno, que são extremamente absorventes.
Assim, o conhecimento dos princípios físicos da acústica, mais
especificamente a difração, interferência e reflexão é fundamental para
projetar uma boa sala de concertos, a soma de todas as ondas refletidas
é chamado som reverberante. A qualidade de uma boa sala de concertos
depende, portanto da qualidade da reverberação que é uma combinação do
volume da sala e da boa aplicação dos elementos deflatores e
reflexivos.
O tempo necessário para o nível de som chegar ao máximo ou diminuir até
zero, chamado tempo de reverberação é a mais importante característica
de uma sala de concertos. O tempo de reverberação mais indicado para
música sinfônica é cerca de 2 segundos; o Symphony Hall, em Boston, uma
das maiores casas de concerto do mundo, tem um tempo de reverberação de
1,8 segundo totalmente cheio.

No futuro a construção de salas de concertos irá explorar não só novos
materiais e métodos, como também o uso de melhorias eletrônicas. Também
os compositores irão criar novos estilos coerentes com as novas salas e
terão suas performances melhoradas.

Referências: Anotações de aula do curso de Engenharia Civil da
Faculdade FEA-FUMEC da disciplina Física III- Professora Ângela. 
Artigo escrito por John S.Rigden do Instituto Americano de Física
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por Prof Helma- Física Postado em Física

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