Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo

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Disciplina 
Biofísica Aplicada à Fonoaudiologia 
 
Unidade 
Princípios Gerais de Biofísica 
do Sistema Auditivo 
 
Conteudista: Prof. Dr. Francisco de Assis Cavallaro 
Revisão Textual: Esp. Laís Otero Fugaitti 
 
Objetivo da Unidade: 
• Compreender os princípios e bases biofísicos da audição e sinais acústi-
cos. 
 
Biofísica Aplicada à Fonoaudiologia 
 
Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 2 
 
Introdução 
O processo físico do sistema auditivo tem como componente principal ondas 
mecânicas, cuja transmissão é feita em meio físico, como o ar, por exemplo, pro-
vocando vibrações na orelha média. Essa energia é transmitida através de efeitos 
hidráulicos na orelha interna e, posteriormente, em impulsos nervosos elétricos. 
O ouvido, órgão exteroceptor no qual ocorrem esses efeitos, entre outros, por 
analogia pode ser comparado a instrumentos utilizados por engenheiros, como 
harmonizador de impedâncias, um analisador mecânico potente, um grupo mó-
vel de amplificação e retransmissão, um transdutor de conversão de energia me-
cânica em elétrica, um sistema de controle para manter um equilíbrio delicado, 
hidráulico e um sistema interno de comunicação de duas vias. Além disso, possui 
isolamento acústico que atenua frequências relativas aos sons do próprio corpo, 
incluindo a nossa voz. Também tem uma grande adaptação às intensidades for-
tes de motores e sirenes, pode distinguir que instrumento musical está sendo 
utilizado num concerto e isolar o barulho da festa para escutar a voz de uma ou-
tra pessoa; está sempre alerta, em estado de vigília, mas não evita que se possa 
adormecer quando se está em ambiente barulhento ou ser prontamente desper-
tado por um alarme, por mais fraco que seja, como o de relógio, por exemplo. É 
um órgão extraordinário, pois desempenha suas funções com delicadeza num 
espaço de aproximadamente 17 cm3. 
Faixa Perceptiva de Frequência da 
Audição Humana 
Os sons que nossos ouvidos percebem ou aos quais são sensíveis localizam-
se numa faixa específica de frequências, compostas por sons graves e agudos, 
com intensidades que determinam o campo auditivo dos seres humanos. Claro 
que existem outras frequências fora desse intervalo, porém o ouvido humano 
não consegue identificá-las ou se sensibilizar, embora outros animais consigam. 
A Figura 1 ilustra alguns exemplos de animais e suas faixas de sensibilidade. 
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Figura 1 – Comparativo de alguns limiares de audição 
#ParaTodosVerem: ilustração representando o campo auditivo. Sobre 
fundo branco, são mostradas algumas barras que representam a faixa 
de audibilidade do ser humano em comparação com outros animais, 
como elefante e toupeira, gato e cão e morcego e golfinho. Fim da des-
crição. 
 
O campo auditivo humano consegue identificar frequências entre 20 Hz (mais 
grave) e 20.000 Hz (mais aguda), sendo que abaixo de 20 Hz as frequências são 
denominadas de infrassons – por exemplo, um elefante que consegue ouvir sons 
de poucos Hz relacionados a um terremoto (Figura 1) –, e de ultrassons para fre-
quências acima de 20.000 Hz, como as captadas, por exemplo, por cães e gatos 
(20 kHz) e por morcegos (160 kHz). 
Determinação do Nível de Audição 
O nível de audição foi encontrado por meio de experimentos em que um grupo 
de pessoas consideradas otologicamente normais, com idade entre 18 e 25 anos, 
foi submetido a tons puros em campo livre e, em seguida, utilizando fones; os 
experimentos ocorreram no Laboratório Nacional de Física (Inglaterra) e repro-
duzidos nos Laboratórios Telefônicos Bell (Estados Unidos) em 1970 (LOPES FI-
LHO et al., 2013, p. 73). Na Figura 2 são observadas algumas linhas, sendo que a 
linha contínua é a representação da mediana da população, em torno de 50%. A 
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Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 4 
 
zona de limiar de audibilidade mínimo para tons puros localiza-se entre os tra-
cejados na cor vermelha. Outra característica interessante é a área da fala, na 
qual há energia no intervalo de frequências de 400 Hz a 4.000 Hz. Para que se 
possa quantificar tons puros, criou-se o audiômetro, equipamento eletrônico 
que é calibrado para que o zero de escala, relativo à frequência, represente um 
nível de audição médio tanto para jovens quanto para adultos considerados oto-
logicamente normais. Como há diferentes valores de Nível de Pressão Sonora 
(NPS), esse instrumento mede o número de decibéis (dB) em que o limiar do pa-
ciente se enquadra em relação aos valores médios. Esses valores são plotados em 
um gráfico que mostra os limiares de audibilidade, o audiograma (Figura 3). Os 
níveis de audição positivos têm ligação com a pressão adicional necessária para 
ouvir em indivíduos com ouvidos menos sensíveis em relação à média da popu-
lação. Esses valores são apresentados na parte inferior do gráfico para represen-
tar a redução na sensibilidade auditiva. 
 
Vídeo 
Veja a seguir um vídeo de como interpretar uma audiometria: 
Video de como Interpretar una Audiometría 
https://youtu.be/fYH0nYL5l7Q 
https://youtu.be/fYH0nYL5l7Q
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Figura 2 – Gráfico que representa a faixa de audição humana 
Fonte: Acervo do conteudista 
#ParaTodosVerem: sobre fundo cinza é mostrado um gráfico que de-
limita a faixa de sons inaudíveis, e em branco está a faixa de sons au-
díveis pelo ser humano. Dentro da área em branco há algumas linhas 
coloridas. A linha azul representa a zona de limiar (aproximadamente 
de 20 a 16.000 Hz e até 120 dB); a verde representa a área de fala 
(aproximadamente de 275 a 4.000 Hz e de 40 a 70 dB); e a laranja in-
dica o limiar da dor (aproximadamente de 20 a 16.000 Hz e 140 dB). 
No gráfico, tem-se a frequência no eixo das abcissas e o NPS no eixo 
das ordenadas, em dB e Pascal. Fim da descrição. 
Em audiogramas, as frequências estão no intervalo de 125 Hz a 8.000 Hz em 
intensidades que vão de –10 dB (audição considerada acima do normal) a 120 dB 
de Nível Auditivo (NA). A variação individual é denominada “nível de sensação”, 
que corresponde ao zero audiométrico de cada indivíduo. 
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Figura 3 – Audiograma de duas pessoas: (a) uma com audição dentro dos 
padrões normais e (b) outra com considerável perda auditiva 
Fonte: Adaptada de BORGES; RODRIGUES, 2016 
#ParaTodosVerem: sobre fundo branco, são mostrados dois gráficos 
representando dois audiogramas, sendo o primeiro, indicado pela le-
tra “a”, de uma pessoa com audição dentro dos padrões normais, e o 
indicado por “b”, de uma pessoa com perda auditiva. Cada gráfico in-
dica a frequência no eixo das abcissas e a intensidade (em dB) no eixo 
das ordenadas, separando cada medição entre as orelhas direita (re-
presentada por triângulos) e esquerda (representada por círculos). 
Fim da descrição. 
Exemplo 1 
Considere três pessoas com os níveis de audição médios de 20, 40 e 60 dB, que 
serão expostas a um som de 100 dB NA. Qual será o nível de sensação de cada 
indivíduo? 
Solução 
A diferença entre o NA e o estímulo sonoro aplicado é de: 
100 – 20 = 80 dB NA; 
100 – 40 = 60 dB NA; 
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100 – 60 = 40 dB NA. 
Esses são os níveis de sensação de cada indivíduo, respectivamente. 
Exemplo 2 
Observe a Figura 3b e determine a perda auditiva para cada orelha na frequên-
cia de 500 Hz. 
Solução 
Observando a Figura 4, pode-se ver que os valores correspondentes de perda 
auditiva das orelhas direita e esquerda, respectivamente, são 50 e 40 dB. 
 
Figura 4 – Audiograma de uma pessoa com considerável perda auditiva 
Fonte: Adaptada de BORGES; RODRIGUES,2016 
#ParaTodosVerem: sobre fundo branco, é mostrado um gráfico que 
representa um audiograma de uma pessoa com considerável perda 
auditiva, que indica a frequência no eixo das abcissas e a intensidade 
(em dB) no eixo das ordenadas, separando cada medição entre as ore-
lhas direita (representada por triângulos) e esquerda (representada 
por círculos). Há duas setas com contorno laranja indicando a perda 
auditiva das orelhas esquerda e direita na faixa de 500 Hz, correspon-
dendo, respectivamente, aos valores de 40 dB e 50 dB. Fim da descri-
ção. 
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A percepção do som pelo ouvido depende de algumas informações básicas. 
• Pitch (sensação subjetiva da frequência): pode ser ordenado em função da 
tonalidade (graves a agudos). Está relacionado à variação ou taxa de re-
petição do formato de uma onda sonora. Não pode ser medido de forma 
direta, apesar de existir a unidade “sone” para graduar a sensação de fre-
quência; 
• Duração: tempo da vibração sonora, diferença nos estímulos sonoros vs. 
tempo (em segundos); 
• Loudness (sensação subjetiva da intensidade): relativo à intensidade de 
uma onda sonora em relação à sua pressão, amplitude ou energia. A mais 
baixa pressão sonora capaz de sensibilizar é de 20 𝜇Pa para um tom com 
frequência de 1.000 Hz, sendo possível multiplicá-la por 109 vezes até que 
se atinja o limite da dor. Por ser menos precisa, a sensibilidade auditiva 
para alterações na intensidade sonora necessita de 1 dB de intervalo para 
que diferenças sejam percebidas. A unidade de medida é o “fone”, que 
corresponde à intensidade (em dB) produzida por um tom de 1.000 Hz, a 
partir de curvas isofônicas (igual audibilidade) estimadas empiricamente 
(Figura 5); 
• Timbre: relacionado à combinação harmônica do som – permite que se 
possa distinguir uma mesma nota musical proveniente de instrumentos 
diferentes. É dependente da qualidade e da quantidade de harmônicos 
contidos numa onda complexa. Também é uma impressão subjetiva. 
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Figura 5 – Curvas de audibilidade determinadas em laboratório. Ao longo 
de uma curva, percebemos os sons com a mesma audibilidade 
Fonte: Adaptada de WEISSMÜLLER; PINTO; BISCH, 2010 
#ParaTodosVerem: sobre fundo branco é mostrado um gráfico com 
diversas linhas em preto e branco que representam curvas de audibili-
dade determinadas em laboratório, mostrando na parte superior a 
curva do limiar da dor. Na extremidade inferior, há uma linha trace-
jada indicando o limiar de audibilidade. A frequência está no eixo das 
abcissas e os valores de NPS estão no eixo das ordenadas, na referên-
cia de 20 µN/m². Fim da descrição. 
Essas informações podem se relacionar de diferentes formas. 
• Relação entre frequência e pitch: essa relação somente existe no intervalo 
de 125 Hz a 2.000 Hz. Realizada experimentalmente com um número de 
pessoas representativo estatisticamente, o que permite a aplicação de 
testes psicométricos de forma confiável; 
• Relação entre loudness e intensidade: não há linearidade entre eles. Po-
rém, numa faixa estreita de intensidade, mais precisamente entre 30 e 60 
dB, o loudness é proporcional à intensidade sonora. A explicação reside no 
fato de que os valores médios da intensidade sonora para a fala, de 50 a 
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60 dB, estão dentro do intervalo de linearidade. Assim, por exemplo, se 
um indivíduo falar duas vezes mais forte, o NPS aumenta em 6 dB (fator 
2 = 20*log(2) = 20*0,3 = 0,6 dB). 
Ernst Heinrich Weber (1795 - 1878), médico alemão, estudou a relação entre 
a intensidade física de uma excitação e a intensidade subjetiva da sensação de 
uma pessoa. Ele desenvolveu uma regra que vale para qualquer percepção sen-
sorial, seja auditiva, visual, térmica, tátil, gustativa ou olfativa: o aumento do 
estímulo (ΔI) necessário para produzir um incremento mínimo da sensação (ΔS) 
é proporcional ao estímulo (I) preexistente. 
Matematicamente, podemos escrever: 
∆𝐼
∆𝑆
= 𝐾𝐼; 𝐾 = constante de proporcionalidade. 
Ou: 
𝑆 = 𝐾 ∗ 𝑙𝑜𝑔(𝐼). 
Onde: 
• S = sensação; 
• I = intensidade do estímulo. 
Essa relação pode ser utilizada para criar uma medida para intensidade so-
nora apropriada aos sentidos humanos, o NPS. O NPS é uma medida relativa a 
uma intensidade padrão do estímulo (𝑃0), representada por: 
 𝑁𝑃𝑆 (𝑑𝐵) = 20 log
∆𝑃
∆𝑃0
 (1) 
Onde ∆𝑃0 é escolhido como 20 𝜇Pa, aproximadamente, o menor valor de pres-
são sonora audível para 2 kHz. 
Exemplo 3 
Considere intensidades de sons iguais, por exemplo, que provocam uma 
mesma pressão no ar e são sentidos com intensidades diferentes pelo ouvido hu-
mano se tiverem frequências diferentes. Assim, determine: 
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• A intensidade NPS de um som de 40 Hz que produz a percepção com in-
tensidade igual a um som de 70 dB e 1 kHz; 
• As variações de pressão que esses dois sons provocam no ar. 
Solução 
i) Observando a Figura 6, os sons de 70 e 90 dB são sentidos de forma pare-
cida nas frequências de 1 kHz e 40 Hz, respectivamente. 
 
Figura 6 – Curvas de audibilidade determinadas em laboratório. Ao longo 
de uma curva, percebemos os sons com a mesma audibilidade 
Fonte: Adaptada de WEISSMÜLLER; PINTO; BISCH, 2010 
#ParaTodosVerem: sobre fundo branco, é mostrado um gráfico com 
diversas linhas em preto e branco que representam curvas de audibili-
dade determinadas em laboratório, mostrando na parte superior a 
curva do limiar da dor. Na extremidade inferior do gráfico há uma li-
nha tracejada mostrando o limiar de audibilidade. A frequência está no 
eixo das abcissas e os valores de NPS estão no eixo das ordenadas, na 
referência de 20 µN/m². Com dois pequenos círculos vermelhos, são 
mostrados os sons de 70 e 90 dB, sentidos com a mesma audibilidade 
nas frequências de 1 kHz e 40 Hz, respectivamente. Fim da descrição. 
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Utilizando a Equação 1 tem-se: 
𝑁𝑃𝑆 (𝑑𝐵) = 20 ∗ log
∆𝑃
∆𝑃0
= {
 𝑝𝑎𝑟𝑎 70 𝑑𝐵 → 70 = 20 ∗ 𝑙𝑜𝑔
∆𝑃
20
=> ∆𝑃 = 63,2 𝑚𝑃𝑎 
𝑝𝑎𝑟𝑎 90 𝑑𝐵 → 90 = 20 ∗ 𝑙𝑜𝑔
∆𝑃
20
=> ∆𝑃 = 632𝑚𝑃𝑎.
; 
Anteriormente em nossos estudos, foram conceituados os fundamentos das 
ondas transversais (ou longitudinais). Uma onda emitida por uma fonte sonora, 
num meio gasoso (o ar, nesse caso), produz uma vibração na mesma direção em 
que essa onda se propaga, na forma de um elemento oscilante com amplitude Sm 
(Figura 7). Como o meio de condução física é gasoso (ar), basicamente o processo 
que ocorre, em nível microscópico, é que quando as moléculas do ar são compri-
midas, perturbando as moléculas ao redor, provocam o mesmo processo nas 
moléculas mais próximas. Dessa forma, cada grupo de moléculas pressiona o 
grupo seguinte e, em seguida, retorna à sua posição inicial. Lembrando que a 
pressão numa posição 𝑥, durante a passagem dessa onda longitudinal, diminui e 
aumenta em relação ao tempo, podendo ser quantificada essa variação por: 
∆𝑝 = ∆𝑝𝑚𝑠𝑒𝑛(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡); onde ∆𝑝𝑚 = amplitude da pressão (1 𝑃𝑎 = 1
𝑁
𝑚2
). 
A variação da pressão máxima na onda (∆𝑝𝑚) está relacionada com o desloca-
mento máximo (Sm) por: 
∆𝑝𝑚 = 𝑣𝜌𝜔𝑆𝑚 
Onde: 
• 𝑣 = velocidade da onda; 
• 𝜌 = densidade volumétrica do ar em que a onda se propaga; 
• ω = frequência angular. 
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Figura 7 – Frente de onda atinge a membrana timpânica 
Fonte: BOÉCHAT et al., 2015 
#ParaTodosVerem: ilustração em preto e branco de uma orelha e suas 
partes internas. É mostrada uma orelhaem corte com diversos pontos 
pretos na lateral esquerda, indicando frentes de onda sonora se pro-
pagando em direção à membrana timpânica, à direita. Fim da descri-
ção. 
Exemplo 4 
Sabendo que a mínima variação de pressão que o ouvido humano pode sentir 
é próxima de 20 × 10-6 Pa, determine Sm das moléculas de ar em relação a um som 
com frequência de 1.000 Hz. Dado: 𝑣𝑎𝑟 = 343 𝑚/𝑠 e 𝜌𝑎𝑟 = 1,21 𝑘𝑔/𝑚3. 
Solução 
∆𝑝𝑚
𝑣𝜌𝜔
= 𝑆𝑚 = 
∆𝑝𝑚
𝑣𝜌2𝜋𝑓
=
20 ∗ 10−6 𝑃𝑎
(343 𝑚/𝑠)(1,21 𝑘𝑔/𝑚3)2𝜋(1.000 𝐻𝑧)
= 7,6𝑥10−12𝑚 
O valor mínimo de intensidade sonora sentido pelo aparelho auditivo depende 
da frequência do som. Considere, para um ouvido normal, a frequência de 1.000 
Hz; então o limite é aproximadamente (I0=) 10-12 W/m2 (amplitude de vibração 
10-9 cm). Esse valor é usado como referência para comparações de intensidade 
dos diversos sons. No outro extremo, valores acima de 1 W/m2 (amplitude de vi-
bração de 0,01 mm, aproximadamente) podem causar dores e possíveis danos ao 
ouvido. 
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Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 14 
 
 
 
A sensação produzida no ouvido humano foi quantificada pela definição da 
grandeza denominada de NIS (B ou “bel”), que é a forma: 
 B = 𝑙𝑜𝑔 (
𝐼
𝐼0
) (2) 
Onde: 
• I= intensidade da onda sonora; 
• I0= 10-12 W/m2. 
Reescrevendo a Equação 2 em decibel (1 dB = 0,1 B) em relação ao NIS, tem-
se: 
𝑁𝐼𝑆 = 10log (
𝐼
𝐼0
) (3) 
Observe que: 
Saiba Mais 
O intervalo de maior sensibilidade do ouvido humano está com-
preendido entre 1.000 e 5.000 Hz, em geral, para uma pessoa com 
audição normal. À medida que as pessoas envelhecem, a sensibi-
lidade do ouvido decresce, assim como a máxima frequência au-
dível; consequentemente, o Nível de Intensidade Sonora (NIS) 
deverá ser aumentado para que essas pessoas possam perceber o 
som. Um dos principais fatores que contribuem para isso é a 
perda de elasticidade dos tecidos da orelha interna com o au-
mento de idade. Em relação às pessoas que se expõem a ruídos 
intensos e contínuos, a principal causa de perda da sensibilidade 
auditiva é a degeneração do órgão de Corti da cóclea. 
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𝑠𝑒 𝐼 = 𝐼0 → 𝑁𝐼𝑆 = 10log (
𝐼0
𝐼0
) = 10 log 1 = 0 𝑑𝐵; 
𝑠𝑒 𝐼 = 10𝐼0 → 𝑁𝐼𝑆 = 10log (
10𝐼0
𝐼0
) = 10 log 10 = 10 𝑑𝐵; 
𝑠𝑒 𝐼 = 100𝐼0 → 𝑁𝐼𝑆 = 10log (
100𝐼0
𝐼0
) = 10 log 100 = 20 𝑑𝐵; 
𝑠𝑒 𝐼 = 1000𝐼0 → 𝑁𝐼𝑆 = 10log (
1000𝐼0
𝐼0
) = 10 log 1000 = 30 𝑑𝐵. 
E assim sucessivamente. Portanto, o som cujo nível sonoro é igual a 1 dB pos-
sui intensidade (I) 10 vezes maior que o som de intensidade I0; o de nível sonoro 
2 B possui intensidade (I) 100 vezes maior que I0 etc. 
Bases Físicas da Audição 
A audição humana é produto de um órgão vestibulococlear composto por um 
complexo morfofuncional responsável pelos efeitos gravitacionais de movi-
mento e, claro, pela sensibilidade ao som, ou seja, funções de equilíbrio e audi-
ção. Esse órgão está localizado no osso temporal, podendo ser divido em três 
partes: orelha externa, orelha média e orelha interna (Figura 8). Essas estruturas 
funcionam de forma integrada e impressionante, discriminando aproximada-
mente 400.000 tipos de sons, exercendo um papel importante para os seres hu-
manos na manutenção do equilíbrio (estático e dinâmico), em sua locomoção e 
na localização da direção e da distância de fontes sonoras, sendo um importante 
mecanismo de alerta e defesa. Além disso, possibilita a coleta de sons e o desen-
volvimento de um sistema estruturado de símbolos, permitindo aos humanos a 
linguagem verbal. 
As principais funções do ouvido podem ser resumidas em três itens. 
• Protetora: possui processos que são capazes de atenuar intensidades so-
noras fortes, prejudiciais, evitando maiores danos às células sensoriais da 
orelha interna; 
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• Transmissora: a transmissão de energia acústica captada e executada de 
forma adequada por meio de mecanismos especializados; 
• Transdutora: mecanismo de transformação da energia mecânica em elé-
trica e nervosa. 
Orelha Externa 
Observando a Figura 8, pode-se ver a cavidade de entrada do som, denomi-
nada pavilhão auricular ou pina, cuja função é auxiliar na captação e canalização 
dos sons para o Meato Acústico Externo (MAE) ou canal auditivo, sendo um tubo 
fechado com 2,5 cm (aproximadamente) que é capaz de entrar em ressonância 
para ondas sonoras com até quatro vezes o seu comprimento, o que proporciona 
uma amplificação de 10 a 15 dB dessas ondas, num intervalo de frequência de 
2.000 e 3.000 Hz. O MAE tem também como função a produção de secreção, mais 
conhecida como cera, com a finalidade de proteção para a orelha média. A orelha 
externa é separada da média pela Membrana Timpânica (MT). É uma fonte so-
nora formada por um anel fibroso que se fixa na parede do MAE, sendo que o 
ventre de vibração é localizado na região mais central (Figura 8). Apesar de essa 
região central ser rígida, ela se move como um todo, de modo análogo a um pis-
tão, com movimentos de vai e vem. Uma característica importante dessa região 
é que, acima de 2.000 Hz, a vibração da MT torna-se segmentar, ou seja, por 
partes, perdendo sua tensão. 
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Figura 8 – Anatomofisiologia e acústica da audição 
Fonte: BOÉCHAT et al., 2015 
#ParaTodosVerem: ilustração em preto e branco da anatomia e fisio-
logia de uma orelha. Sobre fundo branco, são mostradas diversas re-
presentações da anatomia de uma orelha, com o detalhamento de di-
versas partes constituintes de uma orelha em corte. As partes da ore-
lha mostradas na Figura são: Hélice (parte curva superior da orelha), 
antélice, tubérculo da orelha, fossa triangular, concha da orelha, 
trago, antitrago, incisura intratrágica, lóbulo da orelha (parte inferior 
da orelha) meato acústico externo (que é um canal da parte externa 
até a membrana timpânica) e a tuba auditiva. Na parte superior direita 
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da Figura é detalhado as partes da membrana timpânica, mostrando a 
localização da parte flácida e da parte tensa, anel timpânico, cone de 
luz – que tem a forma circular – e os ossículos martelo, bigorna e es-
tribo. Na parte da orelha interna é detalhado a cóclea, indicando o mo-
díolo e o gânglio espiral. A parte circular de parte da cóclea é também 
detalhada, mostrando na direita, a rampa vestibular, ducto coclear, 
órgão espiral e a rampa timpânica. Na parte inferior têm-se o detalhe 
do órgão espiral, em que se localizam a membrana tectória, a estria 
vascular, lâmina espiral óssea, fibras do nervo coclear, lâmina basilar 
e os espaços de Nuel. Nesta última região, é mostrada uma figura à es-
querda ampliada, indicando algumas formas parecidas com a da letra 
“v”. Na parte superior desta ampliação, é mostrada as células ciliadas 
interna e externa. Fim da descrição. 
Orelha Média 
O conjunto ossicular, que contém os menores ossos do corpo, é composto por 
martelo, bigorna e estribo e está localizado na cavidade timpânica, encon-
trando-se suspenso por ligamentos, permitindo realizar o movimento para 
dentro e para fora num formato de bloco único (Figura 9). Esse mecanismo é 
responsável pela transmissão da vibração (som) da MT para a orelha interna. A 
platina do estribo gira em torno de seu polo posteroinferior. Se a intensidade va-
riar de baixa frequência para um valor crítico (70 a 90 dB), o modo de vibração 
se altera, fazendo a platina do estribo rodar em torno de seu eixo longo, dimi-
nuindo a amplitude do movimento, de modo que menor pressão é transmitida 
para a cóclea. É um processo de proteção,pois reduz o risco de lesões das células 
ciliadas do órgão de Corti. 
Conectados a esse conjunto de ossículos estão os músculos estapédio e tensor 
do tímpano, sendo que o primeiro liga a parede do tímpano ao colo do estribo 
por um tendão e tem a finalidade de retrair o estribo e amortecer suas vibrações. 
Já a tuba auditiva (trompa de Eustáquio) equaliza a pressão de dentro do ouvido 
médio com a pressão atmosférica, procedimento necessário porque a pressão do 
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ar sobre ambos os lados do tímpano deve ser igual à pressão atmosférica para 
que a transmissão da onda sonora seja executada de forma adequada. A tuba au-
ditiva é um conduto que liga a cavidade do ouvido médio à garganta e ao nariz, 
ficando fechada na maior parte do tempo e abrindo quando engolimos ou asso-
amos o nariz, ou caso ocorra uma variação brusca de pressão. A transmissão de 
ondas sonoras do ar para fluidos da orelha interna é facilitada na orelha média, 
sua mais importante função. O conjunto tímpano-ossicular produz uma oposi-
ção às ondas sonoras que entra através do MAE e é traduzida conceitual e quan-
titativamente como impedância mecânica da orelha, que fisicamente faz com 
que parte da energia acústica que atinge a MT seja refletida para fora, enquanto 
outra parte é transmitida para a orelha média, oriunda da vibração dessa MT. 
Conceitualmente, a impedância (característica) é a propriedade do meio em 
se opor ao movimento de uma onda sonora, nosso objeto de estudo, devido à re-
sistência desse meio em relação ao movimento dessa onda, podendo ser ex-
pressa por: 
𝑍 = 𝜌 ∗ 𝑣; onde {
𝜌 = densidade do meio; 
𝑣 = velocidade do som nesse meio
 (4) 
As velocidades do som no ar e na água são diferentes e, portanto, suas impe-
dâncias também são diferentes, o que é traduzido fisicamente numa grande re-
flexão das ondas sonoras incidentes (meio 1) em relação a outro meio distinto 
(meio 2). Para atenuar esse efeito, coloca-se um material de impedância inter-
mediária entre os meios 1 e 2, denominado de casamento de impedância. Esse 
processo físico ocorre no ouvido humano: uma onda sonora vinda do meio ex-
terno penetra na orelha interna (cóclea, número 13 da Figura 9), na qual há flu-
idos (na forma líquida) cocleares com impedâncias diferentes (ar → líquido). Os 
três ossículos da orelha média trabalham como um dispositivo de casamento de 
impedância ou sistema mecânico-biológico de acoplamento de impedância, 
agindo como transformadores, evitando uma perda de aproximadamente 30 dB 
e propiciando a máxima admitância ou máxima transmissão de energia acústica. 
Esse processo é denominado ação transformadora da cadeia ossicular. 
A impedância da orelha média depende de três fatores: 
Biofísica Aplicada à Fonoaudiologia 
 
Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 20 
 
• Massa: relaciona-se ao peso (ou densidade) de conjunto ossicular, MT e 
fluidos da orelha interna; 
• Rigidez: refere-se aos movimentos da platina do estribo e à resistência dos 
fluidos cocleares. Contribui para manter a posição e a forma originais do 
conjunto móvel; 
• Resistência: é o resultado do processo de transformação da energia apli-
cada no conjunto móvel em outra forma de energia. É também denomi-
nada de fricção ou atrito. 
 
 
Exemplo 5 
Determine a impedância característica do ar e da água, considerando a velo-
cidade do som no ar de 346 m/s e na água de 1.495 m/s, a densidade do ar 1,21 
kg/m3 e a da água 1.000 kg/m3. 
Solução 
Utilizando a Equação 4 tem-se: 
𝑍 = 𝜌 ∗ 𝑣; onde {
𝑍 = 346
𝑚
𝑠
∗ 1,21
𝑘𝑔
𝑚3 ≅ 418, 7
𝑘𝑔
𝑚2𝑠
; 
𝑍 = 1495
𝑚
𝑠
∗ 1000
𝑘𝑔
𝑚3 ≅ 1,5 ∗ 106
𝑘𝑔
𝑚2𝑠
 .
 
Importante! 
Por definição, a resistência é a parte da impedância que não de-
pende da frequência sonora, mas sim da densidade do meio e da 
velocidade do som desse meio. 
Biofísica Aplicada à Fonoaudiologia 
 
Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 21 
 
 
 
 
Figura 9 – Principais partes da orelha: (a) orelha externa: 1) meato acús-
tico externo; (b) orelha média: 2) MT, 3) martelo, 4) bigorna, 5) estribo, 6) 
janela oval, 7) trompa de Eustáquio; (c) orelha interna: 8) perilinfa, 9) endo-
linfa, 10) membrana vestibular, 11) rampa vestibular, 12) rampa timpânica, 
13) cóclea, 14) rampa média ou ducto coclear, 15) nervo vestibular, 16) mem-
brana basilar, 17) órgão de Corti, 18) cílios, 19) membrana tectorial, 20) ja-
nela redonda 
Fonte: BORGES; RODRIGUES, 2016 
#ParaTodosVerem: ilustração em preto e branco das principais partes 
de uma orelha. Há indicações numéricas em diversas dessas partes, 
separadas em três regiões: orelha externa, orelha média e orelha 
Saiba Mais 
A unidade de impedância é 𝑘𝑔
𝑚2𝑠
, denominada de rayl (1
𝑘𝑔
𝑚2𝑠
= 1 𝑟𝑎𝑦𝑙). 
Biofísica Aplicada à Fonoaudiologia 
 
Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 22 
 
interna. Também é mostrado o caminho de propagação de uma onda 
sonora dentro da orelha a partir do contato com a MT e passando por 
diversas partes internas, como a cóclea. Fim da descrição. 
A orelha média é frequentemente ventilada através da trompa de Eustáquio 
(número 7 da Figura 9), que se conecta à região da nasofaringe. Na área cartila-
ginosa dessa tuba há um orifício que só abre quando ocorrem eventos como bo-
cejar, deglutir, tossir ou espirrar. Quando isso acontece, há ventilação da orelha 
média e a pressão do ar do meio interno fica igual à do meio externo. De forma 
eficiente, esse mecanismo proporciona proteção ao sistema auditivo contra al-
terações da pressão atmosférica quando mergulhamos, viajamos de avião ou 
simplesmente subimos (ou descemos) uma serra. 
Orelha Interna 
Essa região é constituída pelos labirintos (formato tortuoso) auditivo e vesti-
bular. A cóclea está localizada na orelha interna, dentro da cavidade do osso 
temporal (número 13 da Figura 9). Essa estrutura tem formato de caracol, con-
tendo dois tipos de líquido: a endolinfa, que é caracterizada por grande concen-
tração de potássio e baixa de sódio, e a perilinfa, com grande concentração de 
sódio e baixa de potássio. As ondas sonoras vindas do estribo penetram pela ja-
nela oval na escala vestibular, sendo que a base do estribo está conectada às la-
terais da janela oval por terminações anulares flexíveis, de tal modo que essa 
base possa movimentar-se para dentro e para fora dependendo das vibrações 
sonoras. 
Já as células ciliadas (número 18 da Figura 9) são especializadas na conversão 
do som em impulsos elétricos, que são recepcionados pelo córtex auditivo. Este 
tem a função de decodificar e interpretar esses impulsos. Ou seja, quando é apli-
cada uma força (mecânica), ela será amplificada e transmitida da orelha média 
para a interna pelo conjunto de ossículos, e depois transformada em pressão hi-
dráulica, que comunicará os movimentos ao duto coclear e às células ciliadas do 
órgão de Corti (centro da audição). 
Biofísica Aplicada à Fonoaudiologia 
 
Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 23 
 
As ondas de pressão na cóclea começam sua jornada na janela oval, atraves-
sando as rampas vestibular e timpânica e chegando à janela redonda (números 
de 6 a 20 da Figura 9 e Figura 10). Essas rampas estão separadas por uma mem-
brana flexível que dá suporte para o duto coclear e as células ciliadas do órgão de 
Corti, cujos cílios estão absortos numa outra membrana gelatinosa, chamada de 
tectória (Figura 11). Quando essas duas membranas se movimentam de forma 
oposta, por causa da inversão de fase na transferência de energia para as duas 
janelas cocleares, forçam os cílios a dobrarem e liberarem um composto químico 
que desencadeia um pulso eletronervoso que percorrerá as fibras do nervo audi-
tivo até o cérebro. Resumidamente, esse processo de conversão executado pela 
orelha interna transforma a energia mecânicaem eletroquímica e nervosa. 
 
Figura 10 – Sistema de amplificação acústica 
Fonte: Adaptada de NISHIDA et al., 2007 
#ParaTodosVerem: ilustração de um sistema de amplificação acústica. 
Sobre fundo branco, são mostrados alguns elementos coloridos repre-
sentando o sistema que amplifica as ondas de pressão acústica que 
adentram o tímpano e percorrem da orelha média até a orelha interna, 
sofrendo amplificação. Após passar pelos ossículos, as ondas são 
transformadas em pressão hidráulica. As ondas de pressão na cóclea 
partem da janela oval e seguem até a janela redonda. Fim da descrição. 
 
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Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 24 
 
 
Figura 11 – Os órgãos de Corti, espalhados ao longo da membrana basilar, 
funcionam como se fossem os microfones da nossa orelha: cada um reage 
com um impulso elétrico em função da altura (frequência) e do volume (in-
tensidade) do som 
Fonte: Adaptada de NISHIDA et al., 2007 
#ParaTodosVerem: ilustração colorida dos órgãos de Corti. Sobre 
fundo branco são mostradas duas representações desses órgãos ao 
longo da membrana basilar. Na Figura da esquerda está o nervo audi-
tivo, em que é indicada a escala vestibular e escala timpânica (peque-
nas figuras ovaladas em tons de vermelho), o duto coclear (pequena 
parte em vermelho ao lado da escala vestibular), o nervo auditivo 
(parte inferior irregular em amarelo) e o órgão de Corti (pequena 
parte ao lado do duto coclear, em azul). Na figura da direita, o órgão de 
Corti está representado junto com o M. tectorial (superfície em lilás), 
os cílios das células sensoriais (pequenos pontos em roxo), nervo au-
ditivo (parte inferior na cor bege), a membrana basilar (fina camada 
na parte inferior na horizontal, de cor azul) e as células sensoriais 
(aparência tubular na vertical, em lilás). Fim da descrição. 
 
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Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 25 
 
Material Complementar 
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: 
Livro 
Corpo Humano: Fundamentos de Anatomia e Fisiologia 
TORTORA, G. J. Corpo Humano: Fundamentos de Anatomia e Fisiologia. 4. ed. 
Porto Alegre: Editora Artmed, 2001. 
 
Leitura 
Cóclea: Generalidades 
https://bit.ly/3LtoE9G 
Funcionamento da Tuda Auditiva 
https://bit.ly/45YWdZE 
Fisiologia da Audição 
https://bit.ly/3Lvbb1p 
 
 
https://bit.ly/3LtoE9G
https://bit.ly/45YWdZE
https://bit.ly/3Lvbb1p
Biofísica Aplicada à Fonoaudiologia 
 
Princípios Gerais de Biofísica do Sistema Auditivo 26 
 
Referências 
BOÉCHAT, E. M. et al. (org.). Tratado de Audiologia. 2. ed. Rio de Janeiro: Gua-
nabara Koogan, 2015. 
BORGES, A. N.; RODRIGUES, C. G. Introdução à Física Acústica. [S. l.]: [s. n.], 
2016. Disponível em: <https://professor.pucgoias.edu.br/SiteDocente/ad-
min/arquivosUpload/6284/material/Acustica-Teoria.pdf>. Acesso em: 
04/08/2023. 
HUNGRIA, H. Otorrinolaringologia. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 
2000. 
LOPES FILHO, O. et al. Novo tratado de Fonoaudiologia. 3.ed. Barueri: Manole, 
2013. 
NISHIDA, S. M. et al. Como ouvimos o mundo? O aparelho da audição. Museu 
Escola do IB, [S. l.], 25/11/2007. Disponível em: 
<https://www2.ibb.unesp.br/Museu_Escola/2_qualidade_vida_hu-
mana/Museu2_qualidade_corpo_sensorial_audicao1.htm>. Acesso em: 
04/08/2023. 
PUJOL, R. Campo auditivo humano. Cochlea, [S. l.], 06/06/2018. Disponível em: 
<https://www.cochlea.org/po/som/campo-auditivo-humano>. Acesso em: 
04/08/2023. 
RUSSO, I. C. P. Acústica e Psicoacústica aplicadas à Fonoaudiologia. 2. ed. São 
Paulo: Lovise, 1999. 
TORTORA, G. J.; DERRICKSON, B. Princípios de Anatomia e Fisiologia. 12. ed. Rio 
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2010. 
WEISSMÜLLER, G.; PINTO, N. M. A. C.; BISCH, P. M. Biofísica. Rio de Janeiro: 
CECIERJ, 2010. Disponível em: <https://canal.ceci-
erj.edu.br/012016/d2d629655953c8ded240955e7045eba1.pdf>. Acesso em: 
04/08/2023.