Aula 7 - Bioacústica

Prévia do material em texto

PROFª me lorena pantaleon
ONDULATÓRIA
ONDAS
Perturbações que se propagam pelo espaço sem transporte de matéria, apenas de energia
Fonte: elemento que provoca uma onda
Exemplos: ondas do mar, ondas de rádio, som, luz, raio-x, micro-ondas
Características da Ondas
Crista: ponto máximo da onda
Vale: ponto mínimo da onda
Amplitude (A): altura da onda, do equilíbrio (repouso) até a crista
Comprimento de onda (λ): distância entre 2 vales ou 2 cristas consecutivas
Velocidade (v): depende do meio em que ela está se propagando
Frequência (f): medida em Hz, é número de oscilações da onda em um intervalo de tempo
Não depende do meio de propagação, apenas da frequência da fonte
Período (T): tempo em segundos de um comprimento de onda
Características da Ondas
Quanto maior a frequência, menor é o comprimento de onda
TIPOS DE ONDAS
Não é necessita de um meio material para se propagar
Exemplo: ondas de rádio e a luz
Precisa de um meio material para se propagar
Exemplo: ondas sonoras e as ondas em uma corda
Onda Eletromagnética
Onda Mecânica
Quanto à natureza, há 2 tipos de ondas:
Conceitos 
Vertical
Horizontal
Circular 
Para baixo ou para cima
Direita ou Esquerda
Horário ou Anti-horário
Direção
Sentido
Classificação das ondas
Ondas Unidimensionais: se propagam em uma direção
Ex: ondas de uma corda
Ondas Bidimensionais: se propagam em 2 direções
Ex: ondas na superfície de um lago
Ondas Tridimensionais: se propagam em todas as direções
Ex: ondas sonoras
De acordo com a direção de propagação das ondas
Ondas mecânicas 
Podem ser:
Transversais: Quando a perturbação é perpendicular à direção de propagação da onda 
Ex: ondas produzidas pelas cordas
Longitudinais: Quando a perturbação é paralela à direção de propagação da onda 	
Ex: ondas sonoras
Ondas mecânicas
Ondas mecânicas
fórmulas
O período é o inverso da frequência 
ou
Período e Frequência
Velocidade 
Qual o período e a velocidade de propagação de uma onda que apresenta frequência de 5Hz e comprimento de onda de 0,2 m?
Como o período é o inverso da frequência, então:
Para calcular a velocidade usamos o comprimento de onda e a frequência, assim:
BIoacústica
13
Ondas Mecânicas 
São perturbações que se propagam através de meios materiais e que transportam energia cinética e potencial 
Por exemplo:
Ondas em cordas geradas por instrumentos musicais
Ondas na água 
Ondas sonoras
Utilizadas na medicina, odontologia e biologia, para tratamentos de saúde e pesquisas no geral 
Pulso ondulatório
São perturbações de extensão limitada
Têm um princípio e um fim
Toda vez que um pulso se propaga:
Em qualquer instante, somente uma região limitada estará perturbada 
Em qualquer ponto, ele leva um tempo limitado pra passar
Em qualquer instante ou posição, o pulso estará transmitindo momento linear e energia
Exemplos:
Barulho de um tiro
Relâmpago
Velocidade de um pulso
A velocidade de um pulso depende das propriedades físicas do meio em que ele se propaga, e não da velocidade da fonte que gera o pulso em relação ao meio
Todo pulso ondulatório precisa de um meio para se propagar
Um pulso com certa velocidade em um meio que não é livre:
Velocidade de um pulso
Um pulso com certa velocidade em um meio e entra em outro meio onde a fronteira não é rígida:
Uma parte do pulso será refletida e a outra será transmitida
Se sua velocidade é menor do que a original, então o pulso refletido será invertido
Se sua velocidade é maior do que a original, então o pulso refletido não é invertido
Ondas harmônicas 
Ou ondas progressivas
São ondas em que a sua configuração se move, e há observação da propagação de pulsos
Há transporte de energia na direção do movimento 
Ondas mecânicas longitudinais
Perturbações que se propagam em meios líquidos, sólidos ou gasosos
Na figura: as partículas do ar, devido à perturbação, movem-se de acordo com a propagação do pulso 
As partículas se juntam e se separam com o pulso
O deslocamento das partículas de ar representa uma onda harmônica 
Ondas estacionárias
Ondas de amplitude variável e nós fixos 
A configuração não se move, não há propagação dos pulsos e nem transporte de energia 
São superposições de ondas que avançam na mesma direção, mas em sentidos opostos 
A interferência provoca a configuração estacionária (vibração)
Fenômeno que dá origem a ressonância
Onda estacionária
Ondas estacionárias
Em uma onda estacionária alguns pontos permanecem em repouso o tempo todo = Nós 
Corda vibrante: a formação de uma onda estacionária dá origem a pelo menos 2 nós (extremidades onde a corda está fixada)
Regiões de interferência destrutiva total
Cristas e vales 
Regiões de interferência construtiva entre as 2 ondas e estão sempre em movimento
Antinós 
Nós
Ondas estacionárias
1º harmônico é chamado também de “Fundamental”
São chamadas de “harmônicos”
Ondas estacionárias em cordas
Extremidades fixas
De acordo com a frequência da onda, o comprimento de onda das ondas estacionárias muda
L = comprimento da corda
n = ordem dos harmônicos
Relação do comprimento da corda com o comprimento de onda 
Frequência de vibração: 
Onda estacionária
Onda estacionária
Onda estacionária
Ondas estacionárias em tubos abertos
Tubos com as 2 extremidades abertas
Ondas estacionárias produzidas: antinós se formam nas aberturas do tubo, e os nós, ao longo de seu interior
Fórmula geral: 
L = comprimento da corda
n = ordem dos harmônicos
Ondas estacionárias em tubos fechados
Tubos com 1 extremidade aberta e outra fechada
Ondas estacionárias produzidas: 
nós são formados ao longo do tubo e na extremidade tampada
na extremidade aberta, formam-se uma crista e um vale
Fórmula geral: 
L = comprimento da corda
n = ordem dos harmônicos
O SOm
É uma sensação produzida no ouvido humano por ondas que percorrem um meio elástico e que satisfaz certas frequências e intensidades 
É percebido por humanos quando incidem no aparelho auditivo, que são traduzidos em estímulos elétricos e direcionados ao cérebro, que os interpreta
Não é transmitido no vácuo
Toda vez que experimentamos uma sensação sonora há:
Um movimento vibratório de um meio material, que pode ser sólido (corda), líquido (água) ou gasoso (ar)
Um meio material elástico entre o corpo vibrante e a orelha
Os sons distinguem-se um do outro pelas seguintes qualidades fisiológicas:
Altura: relacionada à frequência da onda sonora
Timbre: que dependem dos harmônicos associados ao som fundamental
Intensidade fisiológica: ligada à amplitude de vibrações
Características dO SOm
Relacionada à frequência da onda sonora
Sons altos (agudos): apresentam grandes frequências
Sons baixos (graves): apresentam baixas frequências
Depende dos harmônicos associados ao som fundamental
É o que permite distinguir a natureza da fonte
É o modo de vibração da onda sonora, e cada fonte sonora possui o seu timbre característico
Altura
Timbre
Os sons distinguem-se um do outro pelas seguintes qualidades fisiológicas:
Intensidade
Ligada à amplitude de vibrações
Quanto maior a sua amplitude, maior a intensidade
Medida em decibéis
Sons intensos são fortes e sons de baixa intensidade são sons fracos
Características do som
A velocidade de propagação do som depende diretamente da elasticidade do meio
Quanto mais elástico um meio for, maior será a velocidade de propagação das ondas sonoras em seu interior
Meio é elástico é capaz de variar grandemente o seu volume quando sujeito a uma pressão
	Meio	Velocidade do som
	Ar (25°C)	340 m/s
	Água	1480 m/s
	Concreto	3400 m/s
	Alumínio	5150 m/s
	Vidro	5200 m/s
O som audível
Espectro audível:
Para humanos: frequência entre 20 Hz e 20.000 Hz
Corresponde a ondas sonoras no ar de 1,7 cm < λ < 17 m ( = 343 m/s)
O som audível
As intensidades sonoras também são quantificadas como um nível de intensidade sonora β medido em decibéis (dB):
O limiar de audição corresponde a 0 dB
O limiar doloroso corresponde a 120 dB
Quando a intensidade sonora é > 120 dB, a sensação no ouvido é dolorosa
som audível (dB)
Efeito Doppler
Fenômenofísico ondulatório que ocorre quando há aproximação ou afastamento relativo entre uma fonte de ondas (gerador) e um observador (receptor)
Causa: a velocidade de propagação de uma onda depende meio pelo qual ela se propaga
Efeito Doppler
A velocidade de propagação das ondas sonoras depende do meio (nesse caso, o ar)
Som se afastando = maior comprimento de onda e menor frequência = mais grave
Som se aproximando = maior frequência e menor comprimento de onda = mais agudo
bioacústica
Estuda o funcionamento do sistema auditivo dos mamíferos
É a análise e a percepção de sensações auditivas cuja a origem são estímulos sonoros
Ouvido humano
É um órgão extremamente sensível, que converte um fraco estímulo mecânico, produzido em um meio externo, em estímulos nervosos
Parte do ouvido em contato com o meio externo
Nele incide o estímulo produzido por uma fonte sonora
Composto por: pavilhão externo e canal auditivo (0,7cm de diâmetro e 2,5cm de comprimento) 
Início do ouvido médio
É uma membrana que recebe as vibrações do meio externo
Ouvido humano
Martelo: em contato com o tímpano (“manúbrio”)
Caminho da vibração: martelo – bigorna – estribo
Base do estribo faz contato com a cóclea 
Ouvido humano
Ou Tuba de Eustáquio
Conecta o ouvido médio a cavidade nasal
Iguala as pressões
Porção auditiva (Labirinto Coclear)
Porção de equilíbrio (Labirinto Vestibular) 
Envolve o labirinto membranoso
Forma cavidades ocas
Comunicação com o ouvido médio
Rampa vestibular: porção superior da cóclea
Rampa timpânica: porção inferior da cóclea
 Comunicam-se com o ouvido médio pela janela redonda (oval) 
Órgão de Corti:
Na rampa média, porção intermediária, sobre a membrana basilar 
Estrutura que transforma energia mecânica em elétrica
Existem 5 tipos de celulares que realizam essa transdução: 
Células ciliadas internas
Células ciliadas externas (amplificam o impulso nervoso) 
Células de sustentação
Estereocílios das células ciliadas
Nervo auditivo (coclear)
Estímulos são transformados em impulsos nervosos e conduzidos ao córtex cerebral onde serão decodificados pelo cérebro
Membrana Tectorial: faz contato com a membrana basilar e transmite a vibração para a células ciliadas externas, que no outro extremo, fazem sinapse com o nervo auditivo
3 canais que se fundem no utrículo e sacúolo
Armazena endolinfa: líquido que se movimenta de acordo com a postura corporal
Perda auditiva
Distúrbios na orelha externa: mal formação congênita
E/ou na orelha média: otite 
Distúrbios na orelha interna
Lesão na cóclea ou no nervo auditivo 
Exposição a ruído intenso, presbiacusia (decorrente da idade), ototoxicidade (por medicamento)
Condutiva
 
Mista
Tipo de perda depende do local da lesão
Neurossensorial
Implante coclear 
Inserção de eletrodos na cóclea
Microfone 
Processador de fala
Antena transmissora 
Componente interno – converte os sons em impulsos elétricos que se comunica com eletrodos inseridos no interior da cóclea 
Campo de audibilidade 
GRÁFICO DO CAMPO DE AUDIBILIDADE 
A partir de um certo valor de pressão acústica (Limiar de Sensibilidade), começamos a perceber o som 
Além de um valor bem superior da pressão acústica (Limiar Doloroso), o som provoca uma sensação dolorosa e até insuportável 
Análise da curva de audibilidade: 
O ouvido
não percebe com a mesma intensidade sons de frequências diferentes
é sensível a frequências médias (50 a 5.000 Hz)
Tem um limiar diferencial = capacidade de perceber vibrações que apresentam pequenas diferenças de frequência
É pouco sensível aos sons com frequências que situam-se nos extremos do campo da audibilidade 
Pressão ()
A voz humana
A produção da fala é o resultado de um conjunto de processos que envolvem diversas partes do organismo: 
A voz humana
A fala é consequência do movimento dessas partes
A respiração proporciona matéria-prima para a fala resultando na produção de um som e no seu controle = Fonação
Na fonação: o ar da respiração produz a vibração das cordas vocais que resulta em um som complexo
A frequência do som produzido pelas cordas vocais depende da atenção experimentada e de sua massa 
A massa das cordas vocais do homem é maior que a da mulher, logo a frequência da voz do homem é menor do que a da mulher
A corrente respiratória deve ser modelada e modificada para produzir um fonema correto
Para produzir um fonema: 
A faringe e as cavidades oral e nasal formam uma cavidade ressonante
A cavidade oral pode mudar as condições de ressonância para uma posição diferencial da língua, da mandíbula e dos lábios
A corrente respiratória passa a ser um fonema concreto, por meio da ação dos articuladores: línguas, dentes e lábios
Os sons que seguem uma rápida sequência agrupam-se em palavras, que são unidas em frases a diferentes velocidades e com ritmos característicos de um idioma
Reprodução da fala pode ser considerada como resultado da influência de uma série de válvulas músculo esqueléticas sobre a corrente da respiração 
A voz humana
A voz humana
Ondas ultrassônicas
Frequências de onda que estão fora do campo da audibilidade humana:
Ondas Infra-sônicas: frequência de vibração < 20 Hz
Ondas Ultra-Sônicas: frequência de vibração > 20.000 Hz (ou 20 kHZ)
Mesmas propriedades físicas 
Muitos animais tem campo de audição que inclui essas ondas acústicas:
ecolocalização
Sistema de auto-informação no qual o mesmo animal possui um órgão para emitir um sinal acústico e outro órgão para receber sinais que podem ser o eco do sinal emitido
Animais que têm capacidade de captar o sinal refletido por um obstáculo de uma onda, inicialmente emitida por ele, podem avaliar a distância e o contorno desse obstáculo 
As características principais dos animais com capacidade de ecolocalização são:
Possuem um mecanismo evoluído para gerar sons (morcegos, cetáceos e pássaros)
Possuem uma grande extensão espacial para suas atividades (são nadadores ou voadores)
Atividade diária mais intensa no período noturno 
A fonte emissora dos sinais ultrassônicos desses animais está localizada no seu trato respiratório
Ecolocalização - Morcegos
Ouvido: apresenta uma sensibilidade muito apurada capazes de identificar os ecos das ondas emitidas por outros obstáculos em sua vizinhança
Pavilhão do ouvido externo: serve para focalizar o som 
Ouvido interno: 
Cóclea é similar ao dos outros mamíferos, mas a cóclea está mais próxima ao ouvido médio e é mais desenvolvida 
Janela redonda está em contato com o fluido do ouvido interno
Membrana basilar é mais espessa 
Ecolocalização – cetáceos 
Cetáceos apresentam um alto grau de desenvolvimento da ecolocalização
Capazes de identificar objetos a 1,5 km de distância
Através das vocalizações ocorre:
Atração de parceiros sexuais
Sinalização da posição no grupo	
Interação com os filhotes, e são coordenados os ataques a presas
É escutando e vocalizando que esses animais também se orientam espacialmente, estimam sua profundidade e distância da costa e diferenciam regiões rasas das mais profundas
Pode ser sons pulsantes, assobios e cliques 
Ecolocalização – cetáceos 
Ultrassonografia
Exame que captura imagens em tempo real do interior do corpo humano por meio da reflexão e da absorção de ondas sonoras de altas frequências
Os aparelhos de ultrassonografia utilizam frequências muito altas, entre 2 MHz e 14 MHz
Durante o procedimento, são emitidos pulsos sonoros que são absorvidos, refletidos e refratados em diferentes velocidades de acordo com o tipo de tecido: pele, ossos, gordura, sangue, etc. 
O aparelho de ultrassom capta o eco formado pelos pulsos e produz uma imagem do relevo interno dos órgãos por meio do cálculo da pequena diferença de tempo entre os pulsos sonoros incidentes e refletidos
Obrigada!