Qualidades fisiológicas do som
Produção e percepção de ondas sonoras
Quando uma fonte sonora (lâmina, corda, membrana, etc.) é colocada para vibrar, ela provoca em toda sua volta, no meio que a envolve (normalmente o ar), ondas mecânicas longitudinais que, por meio de sucessivas
compressões e rarefações das partículas desse meio, viajam em todas as direções (meio tridimensional), formando assim, uma onda sonora.
Essas sucessivas compressões e rarefações simultâneas transferem energia das moléculas do ar nas três dimensões, na direção do movimento da lâmina corda ou membrana, produzindo ondas longitudinais, nas quais as moléculas do ar se movimentam para frente e para trás,nas compressões e rarefações, recebendo energia das moléculas mais próximas da fonte e transmitindo-a para as moléculas mais afastadas dela, até chegarem ao ouvido.
No ouvido externo onde o som é captado, as ondas sonoras atingem uma membrana chamada tímpano, que passa a vibrar com a mesma freqüência das ondas emitidas pela fonte sonora, transmitindo ao cérebro, por meio de terminações nervosas (nervo acústico) os impulsos elétricos, que os transformam em sensação denominada som.
O som musical, que provoca sensações agradáveis, é produzido por vibrações periódicas.
O ruído, que provoca sensações desagradáveis, é produzido por vibrações aperiódicas.
Qualidades fisiológicas do som
São três as qualidades fisiológicas do som: intensidade, altura e timbre.
Intensidade Sonora
È a característica do som que nos permite distinguir um som forte de um som fraco e está relacionada com a energia transportada pela onda que, quanto mais perto da fonte mais forte será o som e mais afastado da fonte, mais fraco.
Dessa maneira, o som emitido, por exemplo, por uma britadeira, será mais forte para uma pessoa perto da
mesma e mais fraco para uma pessoa afastada da mesma.
O som emitido por um rádio funcionando num volume máximo terá maior intensidade que o som emitido pelo mesmo rádio num volume menor.
O som se propaga num meio material se espalhando em todas as direções (propagação tridimensional) e as frentes de onda têm formato esférico (superfície esférica).
Frente de onda é a região do espaço que reúne todos os pontos do meio alcançados simultaneamente por um pulso (dizemos que todos os pontos de uma frente de onda têm a mesma fase, por exemplo, compressões ou rarefações).
As frentes de onda em meios tridimensionais, no caso do som, podem ser chamadas de superfícies de onda e possuem o formato esférico.
Expressão matemática da Intensidade Sonora
A intensidade sonora ou sonoridade (I) de uma onda esférica, num determinado ponto, é definida pela expressão:
As intensidades de onda são inversamente proporcionais aos quadrados das distâncias à fonte.
Nível Sonoro (NS)
Mede a intensidade sonora percebida ou detectada pelo sistema auditivo humano. É medida em decibel (dB).
Para descobrir se o som produzido por uma fonte sonora é forte (grande intensidade sonora) ou fraco (pequena intensidade sonora), determina-se o Nível Sonoro produzido.
O nível sonoro (NS) relaciona a intensidade sonora de um som com a intensidade sonora do som mais fraco que conseguimos ouvir.
A intensidade mínima do som percebido pelo ouvido humano (limiar de audição) é, aproximadamente, de
10-12 W/m2 e se for superior a 1W/m2 ela provocará dor (limiar da dor).
Assim, o ouvido humano pode perceber normalmente sons cuja intensidade varie de 10-12W/m2 a 1Wm2.
Como esse intervalo audível é muito grande, utilizamos a escala logarítmica para expressa-lo.
Assim, definimos NS (nível sonoro ou nível de intensidade ou intensidade auditiva) de determinado som, como por exemplo, o som de uma britadeira, de uma sirene, de um conjunto musical, etc., como sendo a relação entre a intensidade desse determinado som (I) e o limiar de audibilidade (Io).
O nível sonoro NS é medido em decibel (dB) e 1dB = 1/10B.
O nível de referência é Io = 10-12 W/m2, que corresponde ao som mais fraco que podemos ouvir (limiar de audição).
Expressão matemática do nível sonoro (NS):
Exemplos de aplicação:
NS = 10log(I/Io) 
Processo inverso
10-12)
NS = 10log(I/Io)
Processo inverso
Na tabela abaixo fornecemos alguns valores de níveis sonoros em decibéis (dB) e no gráfico alguns valores das relações entre níveis sonoros e intensidades para você compará-los:
Os níveis de 90 a 180 decibéis são extremamente perigosos no caso de exposição constante e a faixa de maior sensibilidade do ouvido humano está compreendida entre 1.000Hz e 4.000Hz.
Altura do som
A velocidade de vibração da fonte sonora (lâmina, corda, membrana, etc.) é que vai definir sua altura.
As vibrações lentas produzem sons graves e as vibrações rápidas produzem sons agudos.
A altura dos sons depende também do tamanho dos corpos que vibram. Uma corda fina e curta produz sons mais agudos que os de uma corda longa e grossa.
Uma flauta pequenina de tubo bem fino também produz sons mais agudos do que um instrumento de sopro com um tubo longo e grosso como a tuba.
A altura do som está relacionada com sua freqüência, ou seja, a altura (tom) é a qualidade do som que permite ao ouvido distinguir um som grave, de baixa frequência, de um som agudo, de alta freqüência.
O som mais grave audível por um ouvido humano é de aproximadamente 20 Hz e o mais agudo é de
aproximadamente 20 000 Hz.
Exemplos, calculando a frequência de sons pelo gráfico:
Para que dois sons distintos possam ser comparados, em relação às suas alturas (frequências), define-se entre eles o intervalo acústico (IA), através da expressão:
Timbre
O timbre é uma qualidade sonora que permite distinguir dois sons de mesma altura (mesma freqüência) e mesma intensidade, emitidos por instrumentos diferentes tocando a mesma nota musical ou acorde.
Assim, conseguimos distinguir se a mesma nota musical é emitida por um violão, piano ou saxofone pelo timbre, pois ela difere nos três instrumentos e nos fornece sensações sonoras diferentes, devido às diferentes composições de harmônicos gerados por cada instrumento. 
O que você deve saber,informações e dicas
Assim, conseguimos distinguir se a mesma nota musical é emitida por um violão ou por um piano pelo timbre, pois ele difere nos dois instrumentos e nos fornece sensações sonoras diferentes, devido às diferentes composições de harmônicos gerados por cada instrumento.
Assim;
Quanto menor é o comprimento das cordas, mais agudo (maior frequência) possui o som emitido.
Numa orquestra, de forma geral, instrumentos da família de cordas cujas cordas são mais curtas
produzem sons mais agudos (altos) e instrumentos de cordas mais longas, sons mais graves (baixos).
Veja a resolução de alguns exercícios interessantes:
01-(FUVEST-SP)
O resultado do exame de audiometria de uma pessoa é mostrado nas figuras abaixo.
Os gráficos representam o nível de intensidade sonora mínima I, em decibéis(dB), audível por suas orelhas direita e esquerda, em função da frequência f do som, em kHz.
A comparação desse resultado com o de exames anteriores mostrou que, com o passar dos anos, ela teve perda auditiva. Com base nessas informações, foram feitas as seguintes afirmações sobre a audição dessa pessoa:
I. Ela ouve sons de frequência de 6 kHz e intensidade de 20 dB com a orelha direita, mas não com a esquerda.
II. Um sussurro de 15dB e frequência de 0,25 kHz é ouvido por ambas as orelhas.
III. A diminuição de sua sensibilidade auditiva, com o passar do tempo, pode ser atribuída a degenerações dos ossos martelo, bigorna e estribo, da orelha externa, onde ocorre a conversão do som em impulsos elétricos.
É correto apenas o que se afirma em
Resolução:
I. Falsa
Orelha esquerda
possuem intensidade mínima de 10 dB, ou seja, ele não ouve sons com intensidade abaixo de 10 dB, ouvindo, portanto som de intensidade 20 dB.
Assim, para a frequência de 6 kHz e nível sonoro 20 dB a pessoa ouve com a orelha esquerda, mas
não com a direita.
II. Correta
10 dB para as duas orelhas, ouvindo, portanto, um sussurro de 15 dB.
III. Falsa
R- B.
02-(UERJ) Seja NS o nível sonoro de um som, medido em decibéis. Esse nível sonoro está
relacionado com a intensidade do som, I, pela fórmula abaixo, na qual a intensidade padrão, Io, é igual a 10-12 W/m2.
NS = 10.log(I/I0)
Observe a tabela ao lado. Nela, os valores de I foram aferidos a distâncias idênticas das respectivas fontes de som.
Sabendo que há riscos de danos ao ouvido médio a partir de 90dB, quais as fontes da tabela cuja intensidade de emissão de sons está na faixa de risco?
Resolução:
Os riscos de danos ao ouvido médio ocorrem a partir de 90dB
R- Turbina e Amplificador de som
03- (UNICAMP-SP) É usual medirmos o nível de uma fonte sonora em decibéis d(B). O nível em dB
é relacionado à intensidade I da fonte pela fórmula Nível sonoro (dB) = 10.log(I/Io).
Em que Io = 10-12 W/m2 é um valor padrão de intensidade muito próximo do limite de audibilidade humana.
Os níveis sonoros necessários para uma pessoa ouvir variam de indivíduo para indivíduo.
No gráfico ao lado esses níveis estão representados em função da freqüência do som para dois indivíduos, A e B.
O nível sonoro acima do qual um ser humano começa a sentir dor é aproximadamente 120dB, independentemente da freqüência.
a) Que freqüências o indivíduo A consegue ouvir melhor que o indivíduo B?
b) Qual a intensidade I mínima de um som (em W/m2) que causa dor em um ser humano?
c) Um beija flor bate suas asas 100 vezes por segundo, emitindo um ruído que atinge o ouvinte com um nível sonoro de 10 dB.
Em quanto tempo a intensidade I desse ruído precisa ser amplificada para ser audível pelo indivíduo B?
Resolução:
a) O nível sonoro (NS) relaciona a intensidade sonora de um som com a intensidade sonora do som mais fraco que conseguimos ouvir.
Pelo gráfico observamos que o indivíduo A consegue ouvir melhor que o indivíduo B sons com freqüências compreendidas entre 20Hz e 200Hz porque a curva de seu nível sonoro (curva tracejada) está mais baixa (mais próxima do limiar de audição que é 0 dB) ou, o indivíduo A consegue ouvir melhor que o indivíduo B quando o nível sonoro, necessário para A ouvir, for menor que o de B. Portanto, A consegue ouvir melhor que B na faixa de frequência de 20 Hz a 200 Hz.
b) Pelo enunciado, o nível sonoro mínimo que causa dor em um ser humano é de 120 dB, o que corresponde a uma intensidade NS = 120 dB
I/10-12
c) O ruído atinge o ouvinte com um NS1 = 10 dB
NS1 = 10 dB
NS2 = 40 dB
I2/I1 = 10-8/10-11
04-(UFC) Sonoridade ou intensidade auditiva é a qualidade do som que permite ao ouvinte distinguir um som fraco (pequena intensidade) de um som forte (grande intensidade). 
Em um jogo de futebol, um torcedor grita “gol” com uma sonoridade de 40 dB.
Qual será a sonoridade (em dB), se 10 000 torcedores gritam “gol” ao mesmo tempo e com a mesma intensidade?
Resolução:
O nível sonoro total de n fontes idênticas é dado por L(t) = 10.log(n) + L, onde L é o nível sonoro de apenas uma fonte.
Assim
NS(t) =10.4.1 + 40