Historia da Física Acústica

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Egito, Coleção Grandes Civilizações do Passado (Ediciones Folio, 2006)
Egito
	Músicos tocando harpa, alaúde e um instrumento de sopro. Pintura da tumba de Nakht, necrópole de Tebas, 1350 a.C.
C.A. Ronan, Historia Ilustrada das Ciências, Universidade de Cambridge (Ed. Zahar, 1987)
D.R. Raichel, The Science and applications of acoustics (2nd ed. Springer, 2006)
M. Jing, J. Acoust. Soc. America 114, 1622 (2003)
China
	O estudo da música e do som era particularmente voltado para uma medição cuidadosa. Os sons foram classificados por timbre e por altura, e se especificaram várias escalas musicais. Isso, por sua vez, exigia uma afinação perfeita. Um sino devidamente afinado podia servir de padrão e faria com que outro sino tocasse em ressonância quando estivesse corretamente afinado. Em 270 a.C. Lin lun, ministro do imperador Huangundi, é encarregado de estabelecer um padrão de altura para música, o que hoje chamamos de tom. Ele cortou uma haste de bamboo e obteve sua nota fundamental. Ele desenhou também 20 sinos.
C.A. Ronan, Historia Ilustrada das Ciências
Universidade de Cambridge (Ed. Zahar, 1987)
Robert Grosseteste foi a figura central na Inglaterra do importante movimento intelectual da primeira metade do século XIII. Consagrado bispo de Lincoln em 1253, tinha grande curiosidade das coisas naturais e escreveu importantes textos a respeito de óptica, som e astronomia. Grande amante da música, trabalhou nas relações matemáticas entre as notas.
No período da Renascença se destacou o engenheiro flamengo Simon Stevin. Foi autor de vários textos sobre escalas musicais. Também trabalhou como engenheiro militar e fez contribuições à matemática (álgebra) e a mecânica (estática e hidrostática).
Grécia
Pitágoras e seus discípulos realizaram pesquisas sobre a acústica em relação a natureza do som e a teoria matemática da escala. Com base nos acordes produzidos por cordas vibrantes de diferentes comprimentos, a Escola pitagórica construiu a escala a partir dos números inteiros pequenos, suas frações e potências. A escala pitagórica foi reformada por Aristóxeno (360 – 300 a.C.) por razões baseadas na música e na exigência do ouvido.
René Taton (diretor), História Genral de las Ciências (Ed. Destino, Barcelona,1971)
Ian Johnston, Measured Tones (Taylor & Francis, 2002)
Grécia
Para Euclides (sec. III), a altura do som aumenta com o número de movimentos (choques) produzidos. Dois sons podem ser consoantes ou dessoantes. Na ultima parte do tratado, sobre os instrumentos de corda, se admite implicitamente que o número das vibrações é inversamente proporcional ao comprimento da corda em vibração, que é a Lei das Cordas de Pitágoras.
História Genral de las Ciências
René Taton (diretor) Ediciones Destino, Barcelona (1971)
Arquimedes de Siracusa determinou a área da superfície esférica e estabeleceu a chamada Lei do inverso do quadrado da distância para a intensidade acústica e luminosa. Herón (100 a.C.), indicou que o ângulo de incidência ao chocar o som contra um sólido seria igual ao ângulo de reflexão. Desta forma, foram traçados os dois princípios fundamentais da Acústica Geométrica, cuja culminação arquitetônica é o teatro grego. Eles foram os primeiros a perceber que audição e visibilidade são dois conceitos inseparáveis.
Teatro grego de Epidaurus
R.S. Shankland, Physics Today
(October 1973)
L.J. Arizmendi, Tratado Fundamental de Acustica en la Edificación (Ed. Univ. Navarra, Pamplona,1980)
Guido D'Arezzo (995-1050)
Monge beneditino regente do coro da Catedral de Arezzo (Toscana, Italia). Ele atribuiu as notas musicais pelas letras ut, re, mi, fa, sol, la, letras que coincidem com os versos de hino composto em homenagem a São João Batista.
Ut queant laxis
Resonare fibris
Mira gestorum
Famuli tuorum
Solve polluti
Labii reatum
Sancte Ioannes
A nota si aparece no século XVI (chamada inicialmente bi). Em 1673, numa peça de Bononcini, aparece a do, que substitui a ut.
J. Perez Miñana. Compendio práctico de acústica.
(Ed. Labor, 1969)
Idade média
As condições acústicas das primeiras catedrais era totalmente inadequadas. As abóbadas e cúpulas provocavam uma série de reflexões e concentrações de som que dificultavam a audição. O estilo gótico aumentou o problema pois, ao crescer as proporções, aumentaram as distância que percorre o som e as reflexões sucessivas, aparecendo os ecos. Isto favorecia o canto gregoriano ao reforçar a sensação de grandiosidade. Com o Renascimento, se interrompe a sede por volumes desmedidos do estilo gótico. Os templos tem proporções harmoniosas com abundante ornamentação.
Catedral de Bourges (França,1195 a 1255) Mervilleuses Cathédrales de France Editions Princesse, Paris, 1986
J. Perez Miñana.
Compendio práctico de acústica
(Ed. Labor, 1969)
Fora dos templos, o canto era cultivado apenas por poetas líricos ambulantes. No ano de 1207 celebrou-se no castelo de Wartburgo (Saxônia), um concurso de canto entre trovadores.
J. Perez Miñana. Compendio práctico de acústica
Em 1576 se construiu em Londres o primeiro teatro inglês, que em 1599 foi substituído pelo Globe Theater. A partir de 1600, a música apresenta uma grande riqueza de efeitos e filigranas. Aparecem a melodia, a cadência e o compasso, ampliando as possibilidades musicais.
Galileo realizando demostrações. Pintura de Guiseppe Bezzouli (Zoological Museum, Florencia).
Galileo Galilei (1564 – 1642)
Verificou que a sensação de altura musical relacionava-se diretamente à frequência Esta percepção marca o início da física da música em sua concepção atual.
O.J. Abdounur, Matemática e Música (Escrituras editora, SP, 1999)
A.D. Pierce, Acoustics
(AIP & Acoustic Soc America, 1981)
O.J. Abdounur, Matemática e Música
(Escrituras editora, SP, 1999)
Marin Mersenne (1588-1648)
Motivado pelo seu interesse em música, dedicou muito tempo a pesquisa em acústica e as medidas da velocidade de propagação do som no ar. Em 1627 publicou L'harmonie universelle cuja abordagem teórico-prática contém relatos de experimentos engenhosos, estudos sobre o som e reflexões concernentes à relação entre matemática e música, pelo qual é considerado o pai da acústica. Ele foi o primeiro a determinar a frequência de uma nota musical e descobriu que a relação da frequência entre uma nota e sua oitava era respectivamente de 1 para 2. Ele explicou as características de colunas vibrantes de ar, bem como os fenômenos do eco e da ressonância.
Estabeleceu a relação da frequência de uma corda tensionada:
f = frequência.
L = comprimento.
F = força.
μ = a massa por unidade de comprimento.
Medidas da velocidade do som na água
Jean-Daniel Colladon (1802-1893) e Charles Sturn (1803-1855)
R.T. Beyer. Sounds of Our Times (Springer & AIP, 1999)
A. Fischetti. Initiation à l´ Acoustique (Editions Belin, Paris, 2003)
Lago de Genebra (1826, 1827).
Velocidade do som na água
A fonte do som era um sino que era golpeado debaixo da água ao mesmo tempo que explodiam uma pequena quantidade de pólvora. O valor encontrado: 1438 m/s
(valor aceito atualmente, 1482 m/s, a 20 ºC)
R.T. Beyer. Sounds of Our Times (Springer & AIP, 1999)
A velocidade de propagação no ar é 343m/s, a 20 ºC.
Hermann von Helmholtz (1821 – 1894)
Cientista particularmente versátil, fez importantes contribuições no campos da medicina (transmissão de impulsos nervosos, fisiologia da visão, o mecanismo de audição, invenção do oftalmoscópio), da física (princípio de conservação da energia, mecânica dos fluidos e teoria eletrodinâmica) e da acústica (vibração de colunas de ar, frequências de ressonância de cavidades).
R.T. Beyer. Sounds of Our Times
(Springer & AIP, 1999)
John William Strutt, Lord Rayleigh (1842-1919)
Com uma experiência simples realizada no gramado da Universidade de Cambridge, demonstrou que a localização binaural (audição dos dois ouvidos) era muito precisa e formulou uma hipótese sobre o funcionamento do sistema de localização. Rayleigh sugeriu que a diferença de fase e de intensidade fornecem a informação paraa localização binaural.
Em 1871 publica The theory of sounds, onde organiza a teoria de vibrações, generaliza a lei de reciprocidade formulada por Helmholtz, introduz o
conceito de impedância acústica, e estuda o problema da propagação das ondas de som e o limite de audição.
J.Tyndall (1820–1893) pesquisas sobre canto e ondas visualizadas com chamas.
K. R. Koening (1839–1901) desenvolveu um aparelho tonométrico contendo 600 diapasões.
Sir Charles Wheatstone (1802 – 1875) experimentos sobre audição.
R.W.B. Stephens, A.E. Bates, Acoustics and Vibrational Physics (E. Arnold, London, 1966)
Tyndall
Wheatstone (em.wikipedia.org)
Aparelho de Koening para visualizar vocais (Beyer, Sound of our Times)
W. Thomson, Lord Kelvin (1824-1907) desenvolve o primeiro sintetizador harmônico.
J. Fourier (1768-1830) desenvolveu a técnica para análise das funções periódicas e mostrou que ela pode ser decomposta numa série de funções harmônicas simples.
G.S. Ohm (1789-1854) estabelece que os soms musicais são funções periódicas e que o ouvido é capaz de analisar qualquer som em suas componentes separadas.
J. Henry (1799-1878) pesquisas sobre a propagação do som na neblina e sobre acustica de edificações.
M. Faraday (1791-1867) e E.F. Chladni (1756 – 1827) utilizam pó (areia) para visualizar os modos de vibração de tampos.
R.W.B. Stephens, A.E. Bates
Acoustics and Vibrational Physics
(E. Arnold, London, 1966)
Lord Kelvin
Fourier
Ernst Heinrich Weber (1795-1878) foi um dos pioneiros a estudar a resposta humana a estímulos físicos. Experimentando com pesos, ele descobriu que a resposta do indivíduo era proporcional ao aumento relativo da carga. As descobertas de Weber foram mais tarde popularizadas por Gustav T. Feschner (1801-1887).
Em 1920, a unidade de transmissão em telefonia, desenvolvida pelos engenheiros da Bell Telephone passou a ser medida em “bel” (símbolo, dB), em homenagem a Alexander Graham Bell (1847-1922). Harvey Fletchner (1884-1981) verificou que 1 dB era a mínima variação da potência sonora detectável pelo sistema auditivo.
S.R. Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído (Editora Blücher, 2006 e 2011)
Wallace Clement Sabine (1868-1919)
	Professor de Harvard, considerado o pai da acústica aplicada a arquitetura. Estudou o problema acústico do auditório Fogg Lecture Hall inagurada em 1894 e, depois de muitas experiências estabeleceu uma equação empírica que permite calcular o tempo de reverberação do som em função das dimensões do local e do coeficiente de absorção acústica dos materiais. A figura mostra os tempos medidos em função da localização no auditório. Seu filho Hale, dedicou-se ao estudo do controle de ruido em industrias e instituições.
Raichel, The Sience & Applications of Acoustics (Springer, 2006)
Perez Miñana. Compendio práctico de acústica (Ed. Labor, 1969)
Beyer. Sounds of Our Times (Springer & AIP, 1999)
W.C. Sabine
Sala da orquestra Filarmónica de Berlín (1963). Projeto de Hans Scharoum e Palau de Música de Barcelona (1908) de Luis D. Montaner.
Revista Tectonica, vol. 14 (ATC Ediciones, 1995)
CRÉDITOS E REFERÊNCIAS
Este trabalho é uma edição e adaptação da pesquisa do Prof. Dr. José Pedro Donoso, História da acústica, FFI0210 Acústica Física, Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos – IFSC.
Referências Bibliográficas
D.R. Raichel, The Science and applications of acoustics (2nd ed. Springer, 2006)
Ian Johnston, Measured Tones (Ed. Taylor & Francis, 2002)
J. Perez Miñana. Compendio práctico de acústica (Ed. Labor, Barcelona, 1969)
L.J. Arizmendi, Tratado Fundamental de Acústica en la Edificación (Univ Navarra, 1980)
O.J. Abdounur, Matemática e Música (Escrituras editora, SP, 1999)
R.T. Beyer. Sounds of Our Times (Springer & AIP, 1999)
R.W.B. Stephens, A.E. Bates, Acoustics and Vibrational Physics (E. Arnold, London, 1966)
W.F. Magie, A Source Book in Physics (Mc Graw Hill, 1935)
M. Barron, Auditorium acoustics and architectural design (E&FN Spon, 1993)
Artigos
M.E. Delany, Sound propagation in the atmosphere. Acustica 38 201 (1977)
S. Shen, Acoustics of Ancient Chinese Bells. Scientific American 256 (4) 94 (1987)
S.L. Vassilantonopoulos, J.N. Mourjopoulos, A Study of Ancient Greek and Roman Theater Acoustics, Acta Acustica & Acustica 89, 123 (2003)
R.S. Shankland, Acoustics of Greek Theatres. Physics Today, October (1973)
G. Assayag, JP. Cholleton, Musique, nombres et ordinateurs. La Recherche 26, 804 (1995)
FIM