Biofísica da audição

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BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO
Prof. Dr. Rodrigo Marcel Valentim da Silva
Pulso de Ondas
Ondas= propagação de energia, caso essa propagação ocorra em um meio material,
como o ar, teremos ondas mecânicas, se as ondas propagam-se no vácuo teremos
ondas eletromagnéticas.
Ondas
Caracterizamos as ondas mecânicas periódicas, ou simplesmente, ondas periódicas,
pela oscilação dos átomos e moléculas que compõe o meio, onde a onda se propaga.
A freqüência da onda (f) é a freqüência de oscilação do átomos e moléculas do meio.
O período, T = 1 / f, é o tempo que leva para um átomo ou molécula particular passar
por um ciclo completo do movimento de oscilação.
O comprimento de onda () é a distância, entre dois átomos, que oscilam em fase, ao
longo da direção de propagação da onda mecânica.
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
Amplitude{
Ondas
Temos uma relação simples entra o comprimento de onda, velocidade de propagação
da onda (v) e a freqüência da onda (f), que é dada por:
v = f.
Por exemplo: Consideremos uma onda do mar que aproxima-se da praia com
velocidade de 1,8 m/s e um comprimento de onda de 2,4 m. Com qual freqüência a
onda atinge a praia?
Solução: f = v /  = (1,8 m/s) / (2,4 m) = 0,75 s-1 ou 0,75 Hz .
O Hertz é a unidade de medida de freqüência, e é representado por Hz.
Ondas
Vamos considerar outro exemplo. A figura abaixo mostra uma onda. Qual é o seu
comprimento de onda? Se a frequência for de 12 Hz, qual é a sua velocidade de
propagação?
Solução: O comprimento de onda é de 3 m. Vemos claramente na figura que num
total de 6 m a onda repete-se duas vezes. Com =3 m, temos que a velocidade de
propagação (v) é dada como segue: v = f = 12 Hz. 3m = 36 m/s .
Ondas Transversas e Longitudinais
Quando o deslocamento dos átomos ou moléculas for perpendicular à direção em que
a onda está viajando, chamamos a onda de transversa, como na animação abaixo.
Para o deslocamento dos átomos ou moléculas coincidente com a direção de
propagação, temos ondas longitudinais ou de compressão. Ondas transversas só
podem ocorrer em meios sólidos, as ondas longitudinais em meios sólidos,
líquidos e gasosos. Nas animações abaixo temos dois exemplos de onda
longitudinal.
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Interferência
Quando temos duas ou mais ondas, viajando no mesmo meio independentemente,
podemos ter situações onde elas passam uma através da outra. Temos a soma das
ondas, que pode resultar numa interferência construtiva, as amplitudes das ondas
somam-se, como na figura abaixo.
Tempo = 0
Tempo = 1
Tempo = 2
Interferência
Outra situação de interferência entre ondas é a destrutiva, o máximo de uma onda
coincide com o mínimo de outra onda, igual em amplitude, mas com sinais diferentes,
no local do encontro teremos amplitude zero, como na figura abaixo.
Interferência
Podemos estender o conceito de interferência para dimensões maiores, como na
interferência de duas ondas circulares em lago. Nesse caso o padrão de
interferência resulta da superposição dos máximos e mínimos da onda em
determinados pontos, como mostra a figura abaixo.
Reflexão e Transmissão de Ondas
Ondas mecânicas ao chocarem com objetos sofrem reflexão. Na figura abaixo vemos
uma onda em uma corda chocando-se sobre uma parede, onde possui uma
extremidade presa. A corda na parte da onda que chega à parede exerce uma força
para cima sobre a mesma. Pela terceira lei de Newton, a parede exerce uma força
igual e para baixo sobre a corda, invertendo a amplitude da onda, e enviando para trás
um pulso igual e invertido.
Reflexão e Transmissão de Ondas
No caso onde a corda não estiver fixa na parede o pulso de onda retorna a partir do
extremo aberto, não havendo inversão do mesmo, pois não existe força exercida neste
extremo. A figura abaixo mostra essa situação.
Reflexão e Transmissão de Ondas
Se onda passa de um meio a outro, com diferentes características físicas, uma parte
dessa sofre reflexão, enquanto que outra parte é transmitida para o meio material
seguinte. A figura abaixo ilustra essa situação.
wfdaj.sites.uol.com.br BIOFÍSICA
Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html
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Frentes de Ondas
A direção de propagação de uma onda é chamada de raio. Tal conceito facilita a
análise de fenômenos ondulatórios, principalmente em dimensões superiores, como a
propagação de ondas em duas ou mais dimensões. Temos ilustrado na figura abaixo,
os raios em orientações distintas no espaço, dependendo da direção de observação
da onda. Os máximos e mínimos de onda formam um lugar comum, chamados de
frentes de onda.
Ondas Planas
Quando todos os raios de uma onda são perpendiculares às frentes de onda, as
ondas são denominadas de ondas planas. Isto acontece com as ondas de água,
quando se está observando a onda a uma distância muito grande da sua fonte.
Ondas Sonoras
As ondas sonoras são produzidas pela deformação de um meio, causadas por
diferenças de pressão. Para propagação das ondas sonoras necessitamos de um
meio material, líquido, sólido ou gasoso. Não há propagação de ondas sonoras no
vácuo. Os sons são, na sua maioria, produzidos pela vibração de objetos sólidos,
como o diafragma de um alto-falante de uma caixa de som. Quando o diafragma se
movimenta para fora da caixa acústica cria uma região de alta pressão, devido à
compressão do ar que está próximo ao diafragma. Da maneira similar, ocorre uma
rarefação, quando o diafragma se volta para dentro da caixa. A figura abaixo ilustra a
produção de som pelo alto-falante.
Ondas Sonoras
Quando as variações de pressão chegam às nossas orelhas, os tímpanos são levados
a vibrar, causando a sensação fisiológica do som. Uma pessoa com audição normal
consegue ouvir uma faixa de freqüências que varia aproximadamente entre 20 e
20000 Hz. Ondas que apresentam freqüências abaixo de 20 Hz são chamadas de
infra-sônicas. Ondas com freqüências acima de 20000 Hz são chamadas ultra-
sônicas.
Qualidades do Som
a. Intensidade Sonora (I )
Está relacionada com a amplitude da onda sonora.
I = (A22v)/2
b. Altura do Som
É a qualidade relacionada com a freqüência sonora.
Alto e baixo, referem-se a ondas sonoras de alta e baixa 
freqüência respectivamente, sendo portanto, equivalentes 
aos termos agudo (som alto) e grave (som baixo).
c. Timbre do Som
Este não é uma qualidade do som, mas sim da fonte sonora. 
Oscilações Mecânicas Audíveis
c) Ruído
É o fenômeno audível, cujas freqüências não podem ser 
discriminadas, porque diferem entre si por valores 
inferiores aos detectáveis pelo aparelho auditivo. 
Como exemplo temos: o ruído da chuva, o amassar do 
papel celofane, etc.
d) Barulho
Reserva-se o nome de barulho, em geral, a todo som 
indesejável. Difere do ruído por apresentar um espectro 
de freqüências, passível de ser analisado, o que permite 
os tratamentos acústicos adequados a cada caso. 
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Grandezas Físicas da Acústica
a) Energia Acústica
É a energia mecânica transportada pela onda sonora. 
b) Potência Acústica
É o fluxo de energia acústica por unidade de tempo. Medida em 
watts (W). 
c) Intensidade Sonora (I)
É a potência acústica por unidade de área. Medida em W/m2. 
d) Pressão Sonora (p)
Força exercida pelas partículas do meio elástico sobre uma 
unidade de área. Medida em pascal (Pa). 
Audição
O aparelho auditivo
• Freqüências sonoras audíveis e limiar da audição
• 16 a 20.000 Hz.
• A intensidade mínima necessária para que cada freqüência
seja escutada é chamada de limiar da audição
• O ouvido humano é mais sensível para as freqüências
entre 2.000 e 5.000 Hz.
O Ouvido
• ouvido médio
• ouvido externo
• ouvido interno
• nervo acústico
• centros auditivos 
cerebrais
O Ouvido O Ouvido
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SISTEMA AUDITIVOA geração de sensações 
auditivas se desenvolve em 
três etapas básicas:
Captação e processamento
Conversão e transmissão
Processamento neural da informação
Coleta as ondas 
sonoras e as 
encaminha para o 
ouvido médio
Protege as 
delicadas estruturas 
do ouvido médio
Minimiza a distância 
do ouvido interno al 
cérebro.
0uvido EXTERN0
Conduto auditivo
Orelha
Tímpano
Transforma a vibração acústica em vibração 
mecânica e a transmite ao ouvido interno
Nele se encontram 3 pequenos ossos: o martelo, 
a bigorna e o estribo.
0UVID0 MÉDI0
• Serve para realizar duas tarefas
• A primeira, e fazer com que a pressão do lado interno da 
membrana timpânica seja igual à pressão do lado 
externo
• A segunda, é a de promover um ganho mecânico, a fim 
de que a energia da onda sonora seja suficiente para 
promover a vibração das linfas e membranas do ouvido 
interno
OBS: A força aplicada pelo estribo sobre a janela oval é 1,3 vezes maior (30%) do 
que aquela que o tímpano aplica sobre o martelo.
Ouvido Médio
0UVID0 INTERNO OUVID0 INTERNO
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 Cóclea ou caracol
- Janela oval
- Membrana basilar
- Membrana tectoria
 Canais semicirculares
 O utrículo e o sáculo
- CELULAS CILIARES
0UVID0 INTERNO
Efeitos da audição
Efeitos psicológicos: Sons entre 0 e 90dBA
. Temos como exemplos:
⚫Um som de música pode acalmar, alegrar, ou até excitar.
⚫Um som desagradável pode arrepiar.
⚫Estados psicológicos de depressão, solidão, ansiedade, etc, 
podem ser tratados através da música clássica.
⚫Técnicas de relaxamento utilizam-se de um som, repetido 
mentalmente, que leva a um estado de concentração 
profunda.
Efeitos da audição
Efeitos físicas e fisiológicos:
⚫Sons repentinos: produzem uma reação de sobressalto e a 
complexa resposta do organismo a uma ocasião de 
emergência; a pressão arterial e a pulsação disparam; os 
músculos se contraem.
⚫Acima de 120 dBA podem começar a serem observados 
efeitos físicos. Diversas sensações orgânicas desagradáveis 
podem ocorrer: vibrações dentro da cabeça, dor aguda no 
ouvido médio, perda de equilíbrio, náuseas. 
⚫Até mesmo a visão pode ser afetada pelo som muito 
intenso, devido ‘a vibração, por ressonância, do globo 
ocular.
Efeitos da audição
⚫Por volta dos 140 dBA pode ocorrer a ruptura do 
tímpano.
⚫Entre 90 e 120 dBA, além dos efeitos psicológicos, podem 
ocorrer efeitos fisiológicos que alterem temporária ou 
definitivamente a fisiologia normal do organismo.
⚫Experiências realizadas com animais mostraram que sons 
muito intensos podem provocar queimaduras superficiais 
através da absorção de energia sonora pela pele e pêlos e 
sua transformação em energia térmica. 
O que pode afetar a audição?
Perdas condutivas: 
⚫Acumulação de cera no ouvido, tímpanos 
perfurados e defeitos ou problemas nos 
ossículos podem causar perda condutiva 
fazendo com que o som não possa ser 
transmitido normalmente através do canal 
auditivo e/ou do ouvido médio para a cóclea.
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1) Diferencia onda mecaninca e eletromagnética
2) O que é reflexão? Qual a diferença para refração?
3) Qual a mecanismo da audição humana?
4) Qual a influencia que o som traz na prática terapeutica/?
Revisão
“A arte de escutar é como uma luz que 
dissipa a escuridão da ignorância.”
DALAI LAMA