Biofísica da Audição

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE – UFCG 
CENTRO DE FORMAÇÃO DE PROFESSORES – CFP 
UNIDADE ACADÊMICA DE CIÊNCIAS DA VIDA – UAVC 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM MEDICINA 
MÓDULO: PRINCÍPIOS FÍSICOS E QUÍMICOS DO SER HUMANO 
DISCIPLINA: BIOFÍSICA 
PROFESSOR LUCIANO GONÇALVES DA NÓBREGA 
 
 
 
 
 
 
 
 
EVANILDO RODRIGUES DE SOUZA JUNIOR 
GABRIEL OLIVEIRA CAMPOS 
JEFFERSON MARLON DE MEDEIROS PEREIRA MACIEL 
 
 
 
 
 
 
 
BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAJAZEIRAS/PB 
2015 
EVANILDO RODRIGUES DE SOUZA JUNIOR 
GABRIEL OLIVEIRA CAMPOS 
JEFFERSON MARLON DE MEDEIROS PEREIRA MACIEL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho Apresentado ao professor Luciano 
Gonçalves da Nóbrega, como requisito parcial 
para obtenção da 3º nota da disciplina de Bio-
física, do curso de graduação em Medicina da 
Universidade Federal de Campina Grande, 
Campus de Cajazeiras-PB. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAJAZEIRAS, PB 
2015 
BIOFÍSICA DO SOM 
 
O que é o som? 
Os fenômenos sonoros estão associados à vibração dos corpos materiais. 
Todo som que escutamos é produzido por um corpo material que vibra. Quando 
uma pessoa fala, por exemplo, o som que ela emite é produzido pelas vibrações 
de suas cordas vocais. 
Ao penetrarem no nosso ouvido, as ondas sonoras provocam vibrações 
que nos causam as sensações sonoras. Assim, para que seja classificada como 
som, a onda deve possuir uma intensidade mínima e uma frequência tal que 
nosso sistema auditivo seja capaz de captar. 
A abordagem utilizada pela física clássica, e que ainda é a mais apropri-
ada, analisa o som como um deslocamento de energia provocado por uma per-
turbação material cujo formato de propagação pode ser representado como um 
movimento ondulatório. 
 
Características gerais das ondas 
 Dizemos que uma onda é transversal quando a direção da vibração dos 
pontos do meio em que a onda se propaga é perpendicular à direção de propa-
gação da onda. A vibração de uma corda amarrada em uma parede cuja extre-
midade oposta está sendo animada entre dois pontos em um movimento fre-
quente é um exemplo de onda transversal. 
 Onda longitudinal é aquela em que a vibração dos pontos do meio material 
se faz paralelamente à direção de propagação da onda. O som é um exemplo 
de onda longitudinal; as moléculas do ar são dispostas em zonas de compressão 
e rarefação paralelas à direção de propagação da onda. 
 O conceito de ciclo se relaciona com a oscilação completa que um ponto 
do meio material realiza. Assim, uma molécula de ar, por exemplo, parte de uma 
extremidade A até uma extremidade oposta B e retorna à extremidade inicial A, 
modelando assim as zonas de compressão e rarefação. 
 Partindo desse conceito temos que o comprimento de onda é a distância 
percorrida pela perturbação durante um ciclo; e o tempo de duração desse ciclo 
é denominado período. A velocidade da onda é dada, portanto, pelo quociente 
dessas duas últimas medidas e nos fornece o espaço percorrido pela onda por 
unidade de tempo. Frequência é o número de ciclos que ocorrem a cada se-
gundo. 
 A velocidade, o comprimento de onda e a frequência da onda são relaci-
onados por uma equação notável da física ondulatória: 
𝑉 = ɻ. 𝑓 
 
Propriedades do som 
O som emitido por uma fonte sonora pode ser definido por três caracterís-
ticas: intensidade, altura e timbre. A velocidade e o comprimento de onda não 
são propriedades válidas para a identificação da onda, dado que são dependen-
tes do meio no qual a onda se propaga. 
A intensidade corresponde ao nível de energia sonora, sendo, no movi-
mento ondulatório, relacionada com a amplitude. A relação entre intensidade e 
amplitude está na equação: 
𝐼 = 2 𝜋2 𝑓2 𝐴2 d v 
Dado que a intensidade do som está relacionada com a energia sonora, 
ela decresce à medida que o som se distancia da fonte emissora de forma inver-
samente proporcional ao quadrado da distância. Esse fenômeno é chamado de 
amortecimento do som. 
A altura corresponde à frequência do som emitido. Sons de maior fre-
quência são ditos mais agudos, ou mais altos. Sons de menor frequência são 
ditos mais graves, ou mais baixos. 
O timbre corresponde ao somatório de frequências harmônicas e relaci-
ona-se com o formato da onda. É o que confere certa identidade ao som. Pode-
mos reconhecer a voz das pessoas devido às diferenças de timbre. 
 
Propagação do Som – Efeitos do meio 
O som se propaga de acordo com as características do meio transmissor. 
A velocidade de propagação, por exemplo, varia em função do módulo de elas-
ticidade do meio e da temperatura. Assim a velocidade do som na água é supe-
rior ao quádruplo da velocidade do som no ar. 
Quando um obstáculo se opõe à propagação do som, o trem de ondas 
muda de direção com ângulo de incidência igual ao de reflexão. Essa proprie-
dade do som tem diversas aplicações como no ultra-som, por exemplo. 
Interferência é a variação na intensidade do som decorrente do somató-
rio dos pulsos de onda, podendo ser completamente construtiva, caso o aprovei-
tamento de energia seja máximo, completamente destrutiva, caso o efeito de 
uma onda anule o efeito da outra, ou um caso intermediário. 
Difração é a capacidade que a onda possui de contornar obstáculos. Uma 
vez que o comprimento da onda sonora é muito maior que o da onda luminosa, 
o som contorna melhor os obstáculos, bastando um pequeno orifício em um 
muro, por exemplo para que se propague para o outro lado. 
Efeito Doppler é a variação aparente na frequência quando o emissor e 
o receptor se movem um em relação ao outro. Quando eles se aproximam um 
do outro a frequência captada é maior do que a frequência emitida. Quando eles 
se afastam um do outro a frequência captada é menor do que a frequência emi-
tida. 
O Efeito Doppler é muito comum e pode ser observado em situações que 
envolvem fontes sonoras que se deslocam, tais como buzinas de automóvel e 
sirene de ambulâncias. Um exemplo de aplicação é a determinação da veloci-
dade da circulação sanguínea. 
 
Principais medidas utilizadas 
As medidas mais utilizadas na prática para aferir aspectos relacionados 
ao som são: pressão, potência e intensidade. 
A pressão, no S.I. (Sistema Internacional de Unidades), é dada em new-
tons por metro quadrado (𝑁/𝑚2), que é equivalente ao Pascal (Pa). 
A potência, que é a energia sonora transferida por unidade de tempo, é 
dada em Watts (W). 
A intensidade, que é a potência dividida pela área, é dada em Watts por 
metro quadrado (𝑊/𝑚2). 
Contudo, é muito mais utilizada a escala decibélica de intensidade, que 
dá a intensidade relativa do som tomando por referência o limite de audição con-
vencional: 10−12 𝑊/𝑚2. 
A intensidade em decibéis será dada de acordo com a seguinte equação 
abaixo: 
𝑑𝐵 = 10 log
𝐼
𝐼0
 , onde 𝐼0 = 10
−12 𝑊/𝑚2. 
 É importante ter cuidado na utilização da escala decibélica para determi-
nar a intensidade de uma associação de fontes sonoras, visto que, por ser ba-
seada numa relação logarítmica, essa escala não é linear. Assim, se juntarmos 
dois alto-falantes com 60 dB cada, a intensidade sonora resultante da associa-
ção dos dois alto-falantes é de 63 dB. 
 
 
ANATOMIA DO SISTEMA AUDITIVO 
 
A orelha contém as células sensoriais e nervosas de dois sistemas que 
se originam de um mesmo primórdio embrionário, mas apresentam funções dis-
tintas: a audição e o equilíbrio. Os minúsculos e delicados órgãos, de natureza 
membranácea e entrelaçados entre si, abrigam as células sensoriais, de ambas 
as modalidades e se encontramno interior de um labirinto membranáceo. 
Anatomicamente, a orelha, antigamente chamada de ouvido, está dividida 
em três partes: orelha externa, orelha média e orelha interna. Em toda sua 
extensão é importante a presença de nervos acústicos e centros auditivos 
cerebrais. 
 
Figura 1. Representação esquemática da anatomia da orelha com suas divisões. 
 
A orelha externa inclui o pavilhão auricular ou concha da orelha e o meato 
acústico externo. A concha da orelha está inserida na porção rochosa do osso 
temporal e é constituída por tecido cartilaginoso recoberto por pele, tendo como 
função de captar e canalizar os sons para a orelha média. Diferentemente das 
orelhas de cães e cavalos, por exemplo, a humana apresenta pouco tecido mus-
cular, o que lhe impede de movimentar para o direcionamento para o som. 
O meato acústico externo é um canal encurvado em forma de S, com 
aproximadamente 3 a 4 cm de comprimento e escavado no osso temporal, esta-
belecendo a comunicação entre a orelha média e o meio externo. Ele é revestido 
internamente por pelos e glândulas, que produzem a cera, cuja função é reter 
poeira e microrganismos existentes no ar. Esse canal ósseo é finalmente fe-
chado em sua extremidade limitante à orelha média pela membrana timpânica, 
cuja função é vibrar em resposta aos sons recebidos e transmitir esta vibração 
aos ossículos do ouvido médio. Ela apresenta uma formação cônica e é segmen-
tada em quatro regiões: umbo, stria mallearis, porção flácida e porção tensa. 
A orelha média é um espaço contorcido e revestido por túnica mucosa, 
dotado de espaços adjacentes, em cujas paredes existem orifícios por onde se-
guem diferentes nervos e em cujo interior os três ossículos da orelha se encon-
tram suspensos. Ela é a parte interna do sulco faríngeo primitivo e está ligada à 
faringe por meio da tuba auditiva ou trompa de Eustáquio, por meio da qual a 
pressão do ar da orelha média se ajusta à do meio ambiente. A cavidade timpâ-
nica, que compreende em sua totalidade a orelha média, aloja o martelo, a bi-
gorna e o estribo. Eles formam uma alavanca em formato de V, fixada à parede 
por meio de articulações móveis, que transmitem as vibrações da membrana 
timpânica – onde o martelo está fixado – até a janela do vestíbulo – sobre a qual 
o estribo atua. 
Anatomicamente, esses ossículos são divididos em: 
Bigorna Martelo Estribo 
→ Ramo curto; 
→ Ramo longo. 
→ Cabeça; 
→ Apófise curta; 
→ Apófise longa; 
→ Braço. 
→ Cabeça; 
→ Ramo; 
→ Base. 
 
A orelha interna, chamada labirinto, está localizada na parte petrosa do 
temporal imediatamente acima – como órgão estático – e medialmente – como 
órgão acústico – a cavidade timpânica. O labirinto membranáceo é um sistema 
tubular fechado preenchido pela endolinfa e contém órgãos sensoriais associa-
dos aos movimentos de rotação da cabeça. Continuando como labirinto ósseo, 
um espaço preenchido por perilinfa se abre através de duas janelas: a janela do 
vestíbulo ou janela oval e a janela da cóclea ou janela redonda. Na cóclea ocor-
rem as vibrações da endolinfa transmitidas a partir da parte condutora da orelha; 
portanto, é o órgão da audição propriamente dito. 
Um corte transversal feito ao nível do ouvido interno, na porção da cóclea, 
mostra que o seu interior está cheio de líquidos, os quais estão distribuídos em 
três compartimentos: escala vestibular, escala média e escala timpânica. A es-
cala vestibular está separada da escala média por uma membrana elástica muito 
fina e extensível, chamada de membrana de Reissner. A escala média, por sua 
vez, distingue-se da escala timpânica pela membrana basilar, sobre a qual está 
situado o órgão de Corti, o qual é formado por células ciliadas que captam as 
vibrações da membrana basilar e em resposta gera impulsos nervosos que ati-
varam a porção do encéfalo responsável pela audição. 
 
 
FISIOLOGIA DA AUDIÇÃO 
 
O processo da audição ocorre basicamente desta forma: o som é captado 
pelo ouvido humano através do pavilhão auditivo. Esse som entra então no con-
duto auditivo externo. Quando o som chega ao final do conduto auditivo ele toca 
a membrana timpânica. Essa membrana começa a vibrar fazendo com que os 
ossículos do ouvido (martelo, bigorna e estribo) também vibrem. Por sua vez, 
esses ossículos fazem com que a cóclea comece a vibrar. Essa vibração faz com 
que o líquido presente nessa estrutura se movimente e estimule algumas células 
auditivas a mandar informações a regiões do cérebro responsáveis pela audição. 
No entanto, esse processo tem muito mais particularidades, essas serão 
expostas a partir do ouvido externo onde a onda sonora que penetra no conduto 
auditivo externo perde parte de sua energia em virtude do atrito com as paredes 
e a outra parte de sua energia é transferida para a membrana timpânica. O ou-
vido externo atua como um tubo acústico fechado, nesses tubos, as variações, 
de pressão na extremidade selada são maiores do que as que ocorrem na ex-
tremidade aberta. Por esta razão, durante a chegada de uma onda sonora no 
meato auditivo, existe um gradiente de pressão entre o ar que está próximo ao 
tímpano e ao ar na entrada do meato. 
A membrana timpânica recebe grande parte da energia sonora isso a faz 
vibrar, no entanto, essa vibração ocorre de forma mais complexa já que o tím-
pano não é homogêneo, nele existem regiões tensas e outras flácidas, regiões 
com maior e menor grau de liberdade para movimentar-se. A membrana timpâ-
nica, para vibrar com a onda sonora, necessita que haja um equilíbrio entre pres-
sões de repouso dos ouvidos externo e médio, isso é conseguido graças a 
trompa de Eustáquio. 
O ouvido médio serve para fazer com que a pressão do lado interno do 
tímpano seja igual à pressão do lado externo, outra função é a de promover ga-
nho mecânico, para que a onda sonora consiga movimentar a linfa no ouvido 
interno, já que a resistência da vibração da linfa é bem maior que o do ar, esse 
ganho mecânico ocorre devido tanto a amplificação da força recebida pelo mar-
telo, como da diferença entre as áreas da membrana timpânica e da janela oval. 
Para proteger o ouvido interno de sons graves e fortes, os músculos ten-
sor do tímpano e estapédio quando se contraem, comprimem os ossículos, de-
formando o tímpano e a janela oval para dentro do ouvido médio, isso atenua os 
sons graves. Quando esses músculos não exercem sua função de maneira cor-
reta ocorre uma hipersensibilidade auditiva. 
O ouvido interno é constituído pela cóclea, a cóclea é uma das estruturas 
mais importantes do sistema auditivo. Nela existe, na superfície da membrana 
basilar, um outro órgão importante para a audição. Trata-se do órgão de Corti. 
Neste órgão existem células ciliadas que estão presentes em órgãos que geram 
impulsos nervosos em resposta a vibrações. Essas vibrações sonoras entram na 
rampa vestibular. Portanto, o órgão de Corti é um receptor que gera impulsos 
nervosos em resposta à vibração da membrana basilar. Os receptores são de 
dois tipos: células ciliadas internas e células ciliadas externas. Porém, os sinais 
auditivos são transmitidos principalmente por células ciliadas internas. 
A percepção para saber se um som é grave ou agudo ocorre pois para 
frequências mais altas, vibra apenas um pequeno segmento da cóclea, em fre-
quências mais baixas a cóclea vibra por inteiro. Já para diferir a intensidade do 
som é baseado no deslocamento da membrana basilar e do órgão de Corti e 
esses deslocamentos são proporcionais a intensidade do som. 
 
 
Anomalias da Audição – Tipos de Surdez 
 Podemos classificar a surdez em três tipos distintos: surdez de condu-
ção, surdez sensorineural e surdezcentral. 
 A surdez de condução ocorre quando o som não pode ser transmitido 
apropriadamente através dos ouvidos externo e médio. As principais causas são: 
acúmulo de cera no meato auditivo externo, fixação dos ossículos à parede do 
ouvido médio, espessamento do tímpano e fixação do estribo por crescimento 
ósseo anormal. 
 A surdez sensorineural é decorrente do aumento do limiar de excitabili-
dade necessário para a ocorrência dos potenciais de ação transmitidos ao longo 
das membranas dos nervos acústicos. Geralmente, nesses casos, ocorre uma 
perda maior da audição para as altas frequências. As principais causas são: ex-
posição a sons de elevada intensidade durante um tempo longo, processos in-
flamatórios e antibióticos ototóxicos, que promovem a degeneração das células 
ciliadas. 
 A surdez central decorre de lesões nas vias nervosas centrais ou na re-
gião do córtex cerebral responsável pela audição. 
Para um possível diagnóstico de surdez ou perda parcial e gradual da 
audição dois testes muito comum são realizados: o teste de Weber e o teste de 
Rinne. 
O primeiro compreende na vibração de um diapasão colocado no plano 
sagital em contato com a testa do paciente. O normal é que se escute o som de 
modo igual em ambos os ouvidos. A oclusão proposital de um dos meatos acús-
ticos externos provocam uma sensação de ampliação do som escutado por esse 
ouvido, já que este, pela conversão da energia sonora, dissipa menos para o 
meio exterior. Quando o teste é feito em pacientes sem que lhes obstrua propo-
sitalmente os ouvidos e, mesmo assim, ele acusa diferença de intensidade, o 
lado onde o som é mais forte está em processo de surdez. Não obstante esse 
teste é pouco preciso quando, o paciente percebe o som igualmente nas duas 
orelhas, indicando que a audição das mesmas é simétrica, mas ou o paciente 
tem limiares auditivos normais em ambos os lados ou apresenta perdas auditivas 
simétricas, de mesmo tipo e mesmo grau. 
 Não obstante, para descobrir que tipo de perda auditiva apresenta o pa-
ciente, o indicado é o teste de Rinne, por comparar o quão bem se ouvi o som 
que viaja pelo ar através da orelha externa e média com o quão bem se ouve 
sons que é realizada diretamente através do osso mastóide para o ouvido in-
terno. Para a parte de condução de ar do exame, o médico mantém o diapasão 
alguns centímetros de distância a partir de cada orelha. Para a parte de condu-
ção óssea do exame, o médico tem a base do diapasão contra a mastóide atrás 
da orelha. Em seguida, o médico pergunta se a vibração do diapasão foi mais 
alto durante a primeira ou a segunda parte do teste. Se o ouvido médio está 
funcionando normalmente, o som será mais longo por condução aérea; ao con-
trário, ou seja, quando o som é mais longo pelo osso, o ouvido tem perda auditiva 
condutiva. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referências 
 
GARCIA, E. A. C. Biofísica. 1. ed. São Paulo: Sarvier, 2002. 
 
HENEINE, I. F. Biofísica Básica. São Paulo: Atheneu, 2002. 
 
GAYTON, A. C. Tratado de Fisiologia Médica. 11. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 
2006. 
 
SOBOTTA, J. Atlas de Anatomia Humana: Volume 3. 23. ed. Rio de Janeiro: 
Guanabara Koogan, 2012.