Acústica é definida pela ANSI/ASA S1.1-2013") como "(a) Ciência do som, incluindo sua produção, transmissão e efeitos, incluindo efeitos biológicos e psicológicos. (b) Aquelas qualidades de uma sala que, juntas, determinam seu caráter no que diz respeito aos efeitos auditivos."

O estudo da acústica gira em torno da geração, propagação e recepção de ondas e vibrações mecânicas.

As etapas mostradas no diagrama acima podem ser encontradas em qualquer evento ou processo acústico. Existem muitos tipos de causas, tanto naturais quanto volitivas. Existem muitos tipos de processos de transdução que convertem energia de alguma outra forma em energia sonora, produzindo uma onda sonora. Existe uma equação fundamental que descreve a propagação da onda sonora, a “equação da onda acústica”, mas os fenômenos que dela surgem são variados e muitas vezes complexos. A onda transporta energia através do meio de propagação. Finalmente, esta energia é transduzida de volta para outras formas, de formas que também podem ser naturais e/ou voluntariamente artificiais. O efeito final pode ser puramente físico ou entrar em domínios biológicos ou volitivos. Os cinco estágios básicos se aplicam igualmente quer estejamos falando de um terremoto ou de um submarino usando um sonar para localizar seu inimigo ou de uma banda tocando em um show de rock.

A etapa central do processo acústico é a propagação das ondas. Isso se enquadra no domínio da acústica física. Nos fluidos, o som viaja principalmente como uma onda de pressão. Nos sólidos, as ondas mecânicas podem assumir várias formas, como ondas longitudinais, ondas transversais e ondas de superfície.

A acústica estuda primeiro os níveis de pressão e frequências da onda sonora e como ela interage com o ambiente. Esta interação pode ser descrita como difração, interferência ou reflexão (Reflexão (física)) ou uma mistura dos três. Se houver múltiplas mídias, uma Refração também poderá ocorrer. Os processos de transdução também são de particular importância para a acústica.

Propagação de Ondas: Níveis de Pressão

Em fluidos como o ar e a água, as ondas sonoras se propagam como perturbações no nível de pressão ambiente. Embora esse distúrbio seja geralmente pequeno, ainda é perceptível ao ouvido humano. O menor som que uma pessoa pode ouvir, conhecido como limiar auditivo, é nove ordens de grandeza inferior à pressão ambiente. A intensidade "Loudness (psicoacústica)") desses distúrbios está relacionada ao nível de pressão sonora (NPS), que é medido em escala logarítmica em decibéis.

Propagação de ondas: frequência

Físicos e engenheiros acústicos tendem a falar sobre os níveis de pressão sonora em termos de frequências, em parte porque é assim que os nossos ouvidos interpretam o som. O que sentimos como sons “mais altos” ou “mais baixos” são vibrações de pressão com um número maior ou menor de ciclos por segundo. Numa técnica comum de medição acústica, os sinais acústicos são amostrados no tempo e depois apresentados em formas mais significativas, tais como bandas de oitava ou gráficos de frequência de tempo. Ambos os métodos populares são usados ​​para analisar o som e compreender melhor o fenômeno acústico.

O espectro completo pode ser dividido em três seções: áudio, ultrassônico e infrassônico. A faixa de áudio está entre 20 Hz e 20.000 Hz. Esta faixa é importante porque suas frequências podem ser detectadas pelo ouvido humano. Esta gama tem inúmeras aplicações, como comunicação falada e música. A faixa ultrassônica refere-se a frequências muito altas: 20.000 Hz e superiores. Esta faixa possui comprimentos de onda mais curtos que permitem melhor resolução em tecnologias de imagem. As aplicações médicas, como ultrassonografia médica e elastografia, dependem da faixa de frequências ultrassônicas. No outro extremo do espectro, as frequências mais baixas são conhecidas como faixa infra-sônica. Essas frequências podem ser usadas para estudar fenômenos geológicos como terremotos.

Instrumentos analíticos como o analisador de espectro facilitam a visualização e medição de sinais acústicos e suas propriedades. O espectrograma produzido por tal instrumento é uma representação gráfica da variação temporal do nível de pressão e dos perfis de frequência que dão a um sinal acústico específico seu caráter definidor.

Transdução em acústica

Um transdutor é um dispositivo para converter uma forma de energia em outra. Num contexto eletroacústico, isso significa converter energia sonora em energia elétrica (ou vice-versa). Os transdutores eletroacústicos incluem alto-falantes, microfones, sensores de velocidade de partículas, hidrofones e sonares de projetor. Esses dispositivos convertem uma onda sonora em ou a partir de um sinal elétrico. Os princípios de transdução mais utilizados são o eletromagnetismo, a eletrostática e a piezoeletricidade.

Os transdutores de alto-falantes mais comuns (por exemplo, woofers e tweeters) são dispositivos eletromagnéticos que geram ondas através de um diafragma suspenso acionado por uma bobina de voz eletromagnética, emitindo ondas de pressão. Microfones de eletreto e microfones condensadores são eletrostáticos: quando a onda sonora atinge o diafragma do microfone, ela se move e induz uma mudança na voltagem. Os sistemas ultrassônicos usados ​​na ultrassonografia médica empregam transdutores piezoelétricos. São fabricados com cerâmicas especiais nas quais as vibrações mecânicas e os campos elétricos estão interligados devido a uma propriedade do próprio material.

Alguns ramos da física acústica são:

Primeiros empregos

A acústica tem origem na Grécia e Roma Antigas, entre os séculos VI a.C. C. e eu d. C. Tudo começou com a música, que era praticada como arte há milhares de anos, mas não havia sido estudada cientificamente até que Pitágoras se interessou pela natureza dos intervalos musicais. Ele queria saber por que alguns intervalos soavam mais bonitos que outros e encontrou respostas na forma de proporções numéricas.

Aristóteles (384 aC) descobriu que o som consistia em contrações e expansões de ar "caindo e atingindo o ar próximo", uma boa forma de expressar a natureza do movimento das ondas. Por volta do ano, o arquiteto e engenheiro romano Vitrúvio escreveu um tratado sobre as propriedades acústicas dos teatros, incluindo tópicos como interferência, ecos e reverberação; Isso marcou o início da acústica arquitetônica.[6]​.

Ele descreveu os assentos elevados dos teatros antigos como sendo projetados para evitar essa deterioração do som e também recomendou que vasos de bronze de tamanhos apropriados fossem colocados nos teatros para ressoar com a quarta, quinta e assim por diante, até a oitava dupla, a fim de ressoar com as notas mais desejáveis ​​e harmoniosas.[7]​[8][9]​.

A compreensão da física dos processos acústicos avançou rapidamente durante e após a Revolução Científica. Galileu (1564-1642) e Marin Mersenne (1588-1648) descobriram independentemente todas as leis da vibração das cordas, concluindo assim o trabalho que Pitágoras havia começado 2.000 anos antes. Galileu escreveu “As ondas são produzidas pelas vibrações de um corpo sonoro, que se difundem pelo ar, levando ao tímpano do ouvido um estímulo que a mente interpreta como som”, dando assim o início da acústica fisiológica e psicológica.

Entre 1630 e 1680, medições experimentais da velocidade do som no ar foram feitas por uma série de pesquisadores, principalmente Mersenne. Enquanto isso, Newton (1642-1727) obteve a fórmula da velocidade das ondas em sólidos, um dos pilares da física acústica (Principia, 1687).

Do Iluminismo em diante

O século viu grandes avanços na acústica pelas mãos dos grandes matemáticos da época, que aplicaram novas técnicas de cálculo ao desenvolvimento da teoria da propagação das ondas.

No século XIX, os gigantes da acústica foram Helmholtz na Alemanha, que consolidou a acústica fisiológica, e Lord Rayleigh na Inglaterra, que combinou conhecimentos anteriores com abundantes contribuições de sua autoria em sua obra monumental "A Teoria do Som". Também durante esse século, Wheatstone, Ohm e Henry desenvolveram a analogia entre eletricidade e acústica.

Durante o século surgiram muitas aplicações tecnológicas de conhecimentos científicos anteriores. O primeiro foi o trabalho de Wallace Clement Sabine sobre acústica arquitetônica, seguido por muitos outros. A acústica subaquática foi usada para detectar submarinos na Primeira Guerra Mundial. A gravação de som e o telefone foram importantes para a transformação da sociedade global. A medição e análise sonora alcançaram novos níveis de precisão e sofisticação através do uso da eletrônica e da computação. O uso de frequências ultrassônicas permitiu novos tipos de aplicações na medicina e na indústria. Novos tipos de transdutores (geradores e receptores de energia acústica) também foram inventados.

Acústica é definida pela ANSI/ASA S1.1-2013") como "(a) Ciência do som, incluindo sua produção, transmissão e efeitos, incluindo efeitos biológicos e psicológicos. (b) Aquelas qualidades de uma sala que, juntas, determinam seu caráter no que diz respeito aos efeitos auditivos."

O estudo da acústica gira em torno da geração, propagação e recepção de ondas e vibrações mecânicas.

As etapas mostradas no diagrama acima podem ser encontradas em qualquer evento ou processo acústico. Existem muitos tipos de causas, tanto naturais quanto volitivas. Existem muitos tipos de processos de transdução que convertem energia de alguma outra forma em energia sonora, produzindo uma onda sonora. Existe uma equação fundamental que descreve a propagação da onda sonora, a “equação da onda acústica”, mas os fenômenos que dela surgem são variados e muitas vezes complexos. A onda transporta energia através do meio de propagação. Finalmente, esta energia é transduzida de volta para outras formas, de formas que também podem ser naturais e/ou voluntariamente artificiais. O efeito final pode ser puramente físico ou entrar em domínios biológicos ou volitivos. Os cinco estágios básicos se aplicam igualmente quer estejamos falando de um terremoto ou de um submarino usando um sonar para localizar seu inimigo ou de uma banda tocando em um show de rock.

A etapa central do processo acústico é a propagação das ondas. Isso se enquadra no domínio da acústica física. Nos fluidos, o som viaja principalmente como uma onda de pressão. Nos sólidos, as ondas mecânicas podem assumir várias formas, como ondas longitudinais, ondas transversais e ondas de superfície.

A acústica estuda primeiro os níveis de pressão e frequências da onda sonora e como ela interage com o ambiente. Esta interação pode ser descrita como difração, interferência ou reflexão (Reflexão (física)) ou uma mistura dos três. Se houver múltiplas mídias, uma Refração também poderá ocorrer. Os processos de transdução também são de particular importância para a acústica.

Propagação de Ondas: Níveis de Pressão

Em fluidos como o ar e a água, as ondas sonoras se propagam como perturbações no nível de pressão ambiente. Embora esse distúrbio seja geralmente pequeno, ainda é perceptível ao ouvido humano. O menor som que uma pessoa pode ouvir, conhecido como limiar auditivo, é nove ordens de grandeza inferior à pressão ambiente. A intensidade "Loudness (psicoacústica)") desses distúrbios está relacionada ao nível de pressão sonora (NPS), que é medido em escala logarítmica em decibéis.

Propagação de ondas: frequência

Físicos e engenheiros acústicos tendem a falar sobre os níveis de pressão sonora em termos de frequências, em parte porque é assim que os nossos ouvidos interpretam o som. O que sentimos como sons “mais altos” ou “mais baixos” são vibrações de pressão com um número maior ou menor de ciclos por segundo. Numa técnica comum de medição acústica, os sinais acústicos são amostrados no tempo e depois apresentados em formas mais significativas, tais como bandas de oitava ou gráficos de frequência de tempo. Ambos os métodos populares são usados ​​para analisar o som e compreender melhor o fenômeno acústico.

O espectro completo pode ser dividido em três seções: áudio, ultrassônico e infrassônico. A faixa de áudio está entre 20 Hz e 20.000 Hz. Esta faixa é importante porque suas frequências podem ser detectadas pelo ouvido humano. Esta gama tem inúmeras aplicações, como comunicação falada e música. A faixa ultrassônica refere-se a frequências muito altas: 20.000 Hz e superiores. Esta faixa possui comprimentos de onda mais curtos que permitem melhor resolução em tecnologias de imagem. As aplicações médicas, como ultrassonografia médica e elastografia, dependem da faixa de frequências ultrassônicas. No outro extremo do espectro, as frequências mais baixas são conhecidas como faixa infra-sônica. Essas frequências podem ser usadas para estudar fenômenos geológicos como terremotos.

Instrumentos analíticos como o analisador de espectro facilitam a visualização e medição de sinais acústicos e suas propriedades. O espectrograma produzido por tal instrumento é uma representação gráfica da variação temporal do nível de pressão e dos perfis de frequência que dão a um sinal acústico específico seu caráter definidor.

Transdução em acústica

Um transdutor é um dispositivo para converter uma forma de energia em outra. Num contexto eletroacústico, isso significa converter energia sonora em energia elétrica (ou vice-versa). Os transdutores eletroacústicos incluem alto-falantes, microfones, sensores de velocidade de partículas, hidrofones e sonares de projetor. Esses dispositivos convertem uma onda sonora em ou a partir de um sinal elétrico. Os princípios de transdução mais utilizados são o eletromagnetismo, a eletrostática e a piezoeletricidade.

Os transdutores de alto-falantes mais comuns (por exemplo, woofers e tweeters) são dispositivos eletromagnéticos que geram ondas através de um diafragma suspenso acionado por uma bobina de voz eletromagnética, emitindo ondas de pressão. Microfones de eletreto e microfones condensadores são eletrostáticos: quando a onda sonora atinge o diafragma do microfone, ela se move e induz uma mudança na voltagem. Os sistemas ultrassônicos usados ​​na ultrassonografia médica empregam transdutores piezoelétricos. São fabricados com cerâmicas especiais nas quais as vibrações mecânicas e os campos elétricos estão interligados devido a uma propriedade do próprio material.

Alguns ramos da física acústica são: