Características do som

Objetivo

Investigar as características de um som, nomeadamente o seu período, frequência, intensidade, comprimento de onda e timbre, através da análise de um sinal elétrico produzido com base num sinal sonoro.

Explicação teórica

Os sons produzidos por qualquer fonte, desde um diapasão à tua voz, podem ser captados por um microfone, que faz a sua conversão num sinal elétrico.

O microfone pode, por sua vez, estar ligado a um osciloscópio que permite visualizar o sinal elétrico produzido, analisando as suas características.

É importante ter em conta que o sinal elétrico visível no osciloscópio é exatamente igual, ou seja, tem as mesmas características que o sinal sonoro que o originou.

Osciloscópio

O osciloscópio pode parecer um aparelho bastante complexo, no entanto, existem apenas alguns princípios básicos que deves conhecer para analisares os sinais nele produzidos:

Eixo vertical: Dá a amplitude da onda, normalmente em $mV$ ;
Escala com o valor da menor divisão vertical (normalmente localizada no canto inferior esquerdo);
Eixo horizontal: Dá o período da onda, normalmente em $ms$ ;
Escala com o valor da menor divisão horizontal (normalmente localizada no canto inferior direito).

Diretamente a partir do aparelho conseguirás, então, determinar o período e a intensidade do sinal produzido.

De forma indireta calculas a frequência e, realizando um procedimento experimental adicional, chegarás ao comprimento de onda.

Material

Osciloscópio;
Dois microfones;
Altifalante;
Diapasão e martelo;
Gerador de sinais;
Cabos de ligação;
Régua.

Procedimento 1

1.	Ligar o microfone ao osciloscópio (de acordo com a imagem abaixo).
2.	Calibrar a escala horizontal e vertical do osciloscópio.
3.	Com um martelo, bater numa das hastes do diapasão, produzindo um som puro.
4.	Analisar o sinal produzido no osciloscópio.
5.	Realizar vários ensaios, batendo com mais ou menos força no diapasão.
6.	Emitir sons com a voz direcionados ao microfone e comparar os sinais obtidos com o do diapasão.

Física e Química A; Atividades laboratoriais; 11º Ano; Características do som

Procedimento 2

1.	Ligar um gerador de sinais a um altifalante e a um osciloscópio (de acordo com a imagem abaixo).
2.	Escolher, no osciloscópio, uma frequência de ordem de grandeza $1 \ kHz$ .
3.	Ir diminuindo a frequência do sinal até se começar a ouvir. Continuar a diminuir até se deixar de ouvir.
4.	Definir, assim, os limiares de audição.

Física e Química A; Atividades laboratoriais; 11º Ano; Características do som

Procedimento 3

1.	Ligar dois microfones ao osciloscópio, alinhados em frente ao altifalante, de forma a que os sinais produzidos se sobreponham (de acordo com a imagem).
2.	Afastar progressivamente um dos microfones, provocando um desfasamento. Continuar a afastar até que as ondas voltem a sobrepor-se.
3.	Medir a distância entre os microfones.

Física e Química A; Atividades laboratoriais; 11º Ano; Características do som

Tratamento de resultados

Com base no Procedimento 1, é possível calcular o período, amplitude e frequência dos diferentes sinais. Deves comparar os valores de frequência obtidos com o marcado no diapasão.

No Procedimento 2, irás observar que os teus limiares de audição não são exatamente os mesmos dos do teu colega de grupo, e muito menos são os do teu professor.

A partir do Procedimento 3, medindo a distância a que o microfone móvel ficou do fixo, conseguirás determinar o comprimento de onda do sinal produzido de forma direta! Com este valor até conseguirás chegar à velocidade de propagação do som no ar.

Exemplo

Considera os sinais obtidos durante o primeiro procedimento da atividade:

A base de tempo é de $2 \ ms/div$ .

Física e Química A; Atividades laboratoriais; 11º Ano; Características do som

O sinal A é mais forte do que o sinal B - o diapasão terá sido percutido com mais força.

B tem um período inferior a A e, por isso, uma frequência superior.

Se 1 quadrícula corresponde a $2 \ ms$ :

$\Gamma_A=2\times 4=8 \ ms\Rightarrow f_A=125 \ Hz\\\Gamma_B=2\times2{,}5=5 \ ms \Rightarrow f_B=200Hz$ 