Material de aula Física Acústica Fonoaudiologia

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02/08/2011
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ONDAS
FONOAUDIOLOGIA
Prof. Moacyr Marranghello
2011/2
Ondas
• Definição:
“Qualquer perturbação que se propaga”
Classificação das ondas
• Quanto a direção de propagação:
� Unidimensional
� Bidimensional
� Tridimensional
• Quanto à direção de perturbação:
� Transversal
� Longitudinal
• Quanto à natureza:
� Mecânica
� Eletromagnética
Representação gráfica de uma onda
Amplitude
Crista Vale Nós
Comprimento de onda (λ)
Equação geral das ondas
v = λλλλ . f
Onde: 
v = velocidade da onda
λ = comprimento de onda
f = frequência
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Ondas Sonoras
Definição
“Onda mecânica, longitudinal, tridimensional, 
com frequências entre 20 Hz e 20 000 Hz”
20 60 100 200 400 600 1k 4 6 10 20 40 60 100 200
Pássaros (100 Hz – 15 kHz)
Baleia (40 Hz – 80 kHz)
Morcego (20 Hz – 160 kHz)
Gato (30 Hz – 45 kHz)
Cão (20Hz – 30 kHz)
Aranha (20 Hz – 45 kHz)
Homem (20 Hz – 20 kHz)
Chimpanzé (100 Hz – 30 kHz)
Elefante (20 Hz – 10 kHz)
Fontes Sonoras
– A frequência sonora depende exclusivamente da 
fonte emissora da onda.
• Tipos de Fontes sonoras:
1. Cordas Vibrantes:
Principais características:
• Pequena rigidez
• Grande tensão
f ∝
∅
1
l
1f ∝ f ∝
ρ
1 f ∝ F
2. Barras sonoras:
Principais características:
• Grande rigidez
• Comprimento maior que a largura
• Uma extremidade fixa e a outra livre
3. Tubos sonoros:
Principais características:
• Comprimento do tubo
• Tubo aberto em ambas as extremidades ou fechado 
em uma das extremidades
4. Membranas vibrantes:
Principais características:
• Pequena rigidez
• Pequena massa
• Superfície maior que a espessura
• Extremidades fixas e região central livre
5. Placas vibrantes:
Principais características:
• Grande rigidez
• Grande massa
• Fixa em um ponto
Energia Sonora
• Impedância acústica:
Oposição oferecida pelo meio à passagem da 
energia sonora
� Resistência – parte da impedância associada ao meio.
� Reactância – parte da impedância associada à frequência.
• Casamento de Impedância:
Quando dois meios apresentam a mesma 
impedância, há uma perda mínima de energia sonora.
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Propagação do som
O som propaga-se através 
de uma sequência de 
compressões e 
descompressões mecânicas 
das moléculas do meio onde 
encontra-se.
Acúmulo
Compressão
Rarefação
Depressão
Espaço
Superfície
vibrante
P+
P-
AA
Onda Ideal
AA
Onda Real
Damping
– A energia da onda tridimensional distribui-se 
com o tempo em áreas maiores, logo a 
densidade de energia por unidade de área 
diminui mais em função da área do que em 
função do raio.
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esfera R4A ⋅pi⋅=
Quando o raio (R) aumenta 3 vezes 
a área (A) aumenta 9 vezes
(ao quadrado)
Fenômenos Acústicos
• Atenuação:
• Reflexão:
Superfícies rígidas
Eco e Reverberação:
Bate em uma superfície e retorna para o mesmo meio
f1 = f2 ; λ1 = λ2 V1 = V2
• Refração:
Troca de meio – Superfícies refringentes
Ar quente – vsom maior
Ar frio
vsom menorFonte Ouvinte
Bate em uma superfície e a atravessa, passando a 
propagar-se em um meio diferente.
f1 = f2 ; λ1 ≠ λ2 V1 ≠ V2
• Absorção:
Superfícies macias e porosas
Ressonância mecânica
• Difração:
Capacidade que o som 
tem de contornar obstáculos
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• Ressonância:
Vibrar com a mesma frequência
Cada material possui uma 
frequência própria de ressonância, 
isto é, uma frequência que é 
capaz de fazê-lo vibrar (entrar em 
ressonância).
• Interferência:
Sobreposição de sons
Interferências Construtivas e Destrutivas
Batimentos
– Efeito pulsante do som causado por fontes 
com frequências próximas que produzem 
interferências ora construtivas ora destrutivas.
• Batimentos:
• Corresponde a alteração na sensação de 
frequência resultante do movimento 
relativo entre fonte emissora e receptor.
• Efeito Doppler:
Velocidade do Som
• Dependente do meio e da temperatura
t61,04,331v s ⋅+=No ar:
� Borracha: 54 m/s
� O2: 317 m/s
� Ar 20°C: 340 m/s
� Água: 1 450 m/s
� Ferro: 5 100 m/s
� Granito: 6 000 m/s
Qualidade do som
• Altura (Tom):
• Timbre:
Som Grave – Baixa frequência
Som Agudo – Alta frequência
Característica de cada fonte –
Diferenciar frequencias iguais 
emitidas por fontes distintas
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• Intensidade sonora:
Diferencia sons fortes e fracos
Energia da onda sonora
Nível de Intensidade Sonora
O nível de intensidade sonora (NIS) é medido em 
Beis (B) ou mais comumente em decibeis (dB).
Escala logarítmica que toma 
como base uma intensidade 
sonora de 10-12 W/m² (Io) para 
uma frequência de 1000 Hz
oI
Ilog10NIS ×=
Bases Físicas da Fonação
• Durante a fala é o 
ar que existe nos 
tratos respiratório 
e oral que é 
trabalhado:
o ar contido nos 
pulmões, traquéia, 
laringe, faringe, 
nariz e boca.
• Fisicamente o aparelho de Fonação é uma fonte 
de vibração acoplado a um aparelho ressonante.
• "A vibração das pregas vocais exige uma 
aproximação (adução) das mesmas da linha 
média e, ao assim procederem, obstruem a 
passagem do fluxo aéreo expiratório ao nível da 
glote. Com isto ocorre um aumento da pressão 
subglótica até atingir níveis suficientes para 
forçar a abertura das pregas vocais e superar a 
resistência oferecida por esta obstrução."
• Funções da vibração da laringe na fonação:
Grupos fo (Hz) ∆∆∆∆f (Hz) Notas
Homens 113,01 De 80 a 150 mi1 ; ré2
Mulheres 204,91 De 150 a 250 ré2 ; si2
Crianças 235,76 Acima de 250 dó3
TORNAR OS SONS AUDÍVEIS
VARIAÇÃO DA FREQÜÊNCIA FUNDAMENTAL
SELEÇÃO VOCAL
QUALIDADE VOCAL
• Efeito Bernoulli:
O rápido aumento da velocidade do ar 
quando as pregas vocais se abrem 
resulta em uma queda abrupta na 
pressão e num conseqüente efeito de 
sucção que propicia o novo 
fechamento das pregas vocais.
Bases Físicas da Audição
• Principais funções da orelha
Transmissora
Protetora
Transdutora
• Orelha externa
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• Orelha média
Abertura
do crânio
Nervo
Auditivo
Nervo
Facial
Osso
Temporal
Canal auditivo Membrana timpânica
As principais funções da 
orelha média são:
• Facilitar a transmissão das 
ondas sonoras do ar para os 
fluidos da orelha interna
• Equilibrar a pressão 
– Ganho de 30 dB
– Perda de 30 dB
• Impedância do meio
F2F1
ba
N
tímpano cóclea
F1 . a = F2 . b
Como a > b
F2 > F1
Sistema de alavancas
Aumento de ≅ 2,5 dB
Redução da área
Aumento de ≅ 27 dB
tímpano janela
oval
I2 ; S2
I1 ; S1
Energia1 = Energia2
I1 . S1 = I2 . S2
Como S1 > S2
I2 > I1
• Na orelha média
• Orelha interna As principais funções da 
orelha interna são:
• Hidráulica da audição
• Transdução Mecanoelétrica
• Equilíbrio
• A base da cóclea entra em ressonância com as 
frequências altas – sons agudos.
• O ápice da cóclea entra em ressonância com as 
baixas frequências – sons graves.
Psicoacústica
• A audiologia é a ciência avalia fisicamente a 
audição humana.
• A psicoacústica ou acústica fisiológica lida com 
os atributos da sensação do indivíduo para a 
frequência (“pitch”) e para a intensidade 
(“loudness”) e outros julgamentos de 
impressões individuais.
Faixa de audição humana
Região da 
fala humana
In
te
n
sid
a
de
 
e
m
 
de
cib
éi
s
Frequência em Hz
Curvar isofônicas em fones
Curvas Isofônicas
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Determinação do Nível de Audição
• O audiômetro deve 
produzir tons puros.
• As frequências 
devem estar entre 
125 e 8000 Hz.
• Os Níveis de 
Intensidade Sonora 
devem estar entre 
– 10 dB a 120 dB.
• Determinação do 
nível de sensação 
audiométrico de cada 
indivíduo.
AudiometriaPerda média
Perda severa Perda profunda
Audição Normal
Aspectos Psicoacústicos da 
Percepção do Som
• “Pitch” = Sensação subjetiva de frequência.
• Duração = Tempo em segundos da vibração 
sonora.
• “Loudness” = Sensação subjetiva de intensidade.
• Timbre = Qualidade fornecida pela combinação 
harmônica do som, decorrente das 
características da fonte sonora que a produziu.