Frequências e Decibéis

Os sons que ouvimos são o resultado da vibração mecânica do ar à nossa volta. Esta vibração propaga-se através do ar sob a forma de ondas longitudinais. Os seres humanos, como muitos animais, sentem esta vibração através do sentido da audição, que se encontra no ouvido.
A acústica é a ciência que estuda os sons, e os dois principais parâmetros utilizados para a descrever são as frequências e os decibéis.

Altura sonora: a frequência.

Vamos verificar o caso de um som ‘puro’ ou simples, ou seja, composto por uma única frequência.
A representação gráfica da onda sonora mostra uma sinusoidal que evolui com o tempo em ambos os lados da linha de intensidade 0.
O tempo decorrido entre o início e o fim de um ciclo é chamado período.
A frequência é definida como o número de períodos por segundo, expresso em Hertz (Hz). Assim, por exemplo, 100 ciclos por segundo = 100 Hz.
O ponto mais alto da curva dá a intensidade máxima, neste caso o volume do som expresso em decibéis (dB).
Os sons que ouvimos diariamente são complexos porque consistem na soma de muitas frequências, tendo cada uma delas a sua própria intensidade.
É possível decompor um som complexo no conjunto de frequências simples que o compõem através de um processo matemático chamado Transformada de Fourier.

Classificação das frequências:

Em função da sua frequência, os sons são classificados em várias categorias:
Abaixo de 120 Hz: baixa frequência.
120 a 4000 Hz: médio alcance.
De 4000 a 25000 Hz: agudos
Acima de 25000 Hz: ultra-sónico.

E o ouvido humano?

Se o ouvido humano é teoricamente suposto perceber frequências entre 20 Hz e 20 000 Hz, na realidade a experiência mostra que existem grandes diferenças entre os indivíduos.
Quando a idade aumenta, a percepção das frequências agudas diminui, fala-se de envelhecimento do ouvido.
Mas mesmo para um ouvido jovem, a frequência máxima audível é variável, entre 8.000 e mais de 20.000 Hz.
A padronização de dispositivos de alta fidelidade optou por ser limitada a uma largura de banda padrão de 20 a 20.000 Hz.
Alguns animais têm capacidades auditivas muito mais elevadas do que os humanos. Os cães, por exemplo, percebem ultra-sons até cerca de 45000 Hz.

Mais sobre o ouvido humano aqui.

Notas musicais, oitavas e semitons

Tomemos o exemplo da nota A4, que corresponde a uma frequência de 440 Hz.
A escala musical definiu uma relação matemática entre frequências. Assim, a A3 corresponde a 220 Hz (440/ 2) e a A5 corresponde a 880 Hz (440 * 2). Esta diferença entre duas notas A consecutivas é chamada uma oitava.
Uma oitava é dividida em 12 semitons, que correspondem às teclas brancas e pretas do piano.

Frequência fundamental e harmónica.

Vamos tomar uma nota única tocada no teclado de um piano.
Vamos escolher a tecla A4, que corresponde a uma frequência de 440 Hz. Esta frequência é chamada o fundamental da nota.
Uma nota tocada num instrumento, como aqui a A4, é complexa e composta de muitas frequências que se combinam para dar o som que ouvimos.
Os múltiplos inteiros do fundamental são chamados de harmónicos. No nosso exemplo, 880 Hz, 1320 Hz, 2200 Hz são harmónicos da nota A4.
É a soma das frequências harmónicas fundamentais e as frequências harmónicas acrescentadas que produzem o som característico do piano chamado timbre.
Cada instrumento tem o seu próprio timbre.

Volume de som: o Decibel

O decibel (dB) é a unidade utilizada para medir o volume de um som, que corresponde à amplitude da nossa onda pura vista acima.
Adoptada na década de 1920 nos Estados Unidos, esta unidade deve o seu nome aos Laboratórios Bell e ao seu fundador.
A escala é logarítmica, o que significa concretamente que quando a potência sonora é multiplicada por 2, o nível aumenta em 3 dB.
Quando a potência sonora é multiplicada por 10, o nível aumenta em 10 dB.
Por exemplo, um som medido a 43 dB será percebido como duas vezes mais alto do que o mesmo som medido a 40 dB.
Outro exemplo: dois ruídos separados somados em conjunto, de um volume de 50 dB cada, darão em conjunto 53 dB e não 100.

Os dB são obtidos por um cálculo matemático relativamente complexo, e estão também disponíveis em várias versões:
– O dB é um nível sonoro ‘teórico’ que só faz sentido a uma dada frequência.
– O dBA é ponderado para ter em conta as peculiaridades do ouvido humano. De facto, o ouvido humano é mais sensível a frequências altas do que a frequências baixas. O dB(A) representa melhor o nível sonoro global realmente percebido pelo ouvido.
– O dB FS (Full Scale) é utilizado em áudio digital. Para simplificar as coisas, vem em duas versões.
– O dB HL (Nível de Audição) é especialmente adaptado à definição de curvas de audiograma padrão.
– Existem ainda outras variantes, que são utilizadas em função das áreas de aplicação.

Audiometria e teste de audiometria.

A audiometria é uma indústria que pertence ao campo da audiologia. Esta ciência reúne todos os métodos, técnicas e meios necessários para medir o estado funcional dos percursos auditivos.
Para determinar os limites da percepção auditiva, deve ser realizado um teste audiométrico. Este teste determina que frequências (em herz) ouvimos e abaixo de que intensidade (em dB) já não as percebemos.
Torna assim possível quantificar a perda auditiva.

Para realizar o teste, é utilizado um audiómetro, que gera frequências com intensidades diferentes. Para uma dada frequência, o operador irá gradualmente diminuir a intensidade até deixar de ouvir nada. Isto determina o seu limiar de audição para a frequência, que será representado por um ponto no audiograma.
O resultado obtido para todas as frequências testadas é a curva audiométrica ou audiograma.
O audiograma é, portanto, uma representação gráfica da sua capacidade auditiva.
O teste é realizado separadamente para cada orelha
Os testes audiométricos negligenciam as extremidades da banda de frequência, limitando-se a testar a banda entre 125 e 8000 Hz.

Os diferentes níveis de perda auditiva.

– Perda auditiva ligeira – 20 a 40 dB de perda:
incapacidade de ouvir sons fracos, dificuldade de compreensão em ambientes ruidosos.
– Perda auditiva média – 40-70 dB:
incapacidade de ouvir sons fracos e moderadamente altos, grande dificuldade em compreender a fala, especialmente em ambientes ruidosos.
– Perda auditiva severa – 70-90 dB:
Necessidade de aparelhos auditivos, mesmo que alguns sons altos permaneçam audíveis
– Perda auditiva profunda – 90 dB ou mais.