NOÇÕES DE ACÚSTICA E
PSICOACÚSTICA
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Movimento harmônico simples
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Onda estacionária
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Corda vibrando na frequência
fundamental e no 2o., 3o., 4o., 5o. e 6o.
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Na membrana basilar, uma resposta alta em uma
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Banda crítica:
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Banda crítica:
Na figura (a), a banda crítica praticamente não ocorre pois t...
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Mascaramento:
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CURVAS DE AUDIBILIDADE
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CURVAS DE AUDIBILIDADE
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TIMBRE
Percepção de timbre ...
Noções de acústica e Psicoacústica - Gravação e sonorização
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Noções de acústica e Psicoacústica - Gravação e sonorização

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Aula de "Noções de acústica e Psicoacústica - Gravação e sonorização" ministrada pelo Prof. Marcos Filho
Onda, Freqüência, Amplitude, Decibel, Reverberação, Ressonância, Eco, Ouvido, Timbre
Universidade Federal de São João del-Rei - UFSJ

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  • Acústica é o ramo da física que estuda o som.
    Psicoacústica estuda como os sons são percebidos.
  • PSICO-ACÚSTICA:
    * Estuda como as pessoas percebem os sons. Tenta explicar a resposta subjetiva de tudo o que ouvimos.
    * Relaciona as propriedades físicas dos sons (que podem ser medidas cientificamente de forma objetiva) com as respostas fisiológicas e psicológicas evocadas por elas.
    * Para isto, utiliza conhecimentos sobre a anatomia do ouvido humano, os processos neurológicos de transporte de informações, e até a interpretação da informação aural pelo cérebro.
  • O movimento harmônico simples (MHS) é o movimento oscilatório ocorrido quanocaceleração e a força resultante são proporcionais e opõem ao deslocamento. É um tipo de frequência do movimento,onde oscila a massa.1 É explicável por um modelo matemático para alguns movimentos vibratórios observáveis em alguns fenômenos (pêndulo ou vibração molecular).2
  • O movimento harmônico simples (MHS) é o movimento oscilatório ocorrido quanocaceleração e a força resultante são proporcionais e opõem ao deslocamento. É um tipo de frequência do movimento,onde oscila a massa.1 É explicável por um modelo matemático para alguns movimentos vibratórios observáveis em alguns fenômenos (pêndulo ou vibração molecular).2
  • Uma onde estacionária (preta) como superposição de duas outras ondas. Os pontos vermelhos representam os nós estacionários. As ondas que geram a onda estacionário são mostradas em azul e vermelho.
    Ondas estacionárias são ondas que possuem um padrão de vibração estacionário. Formam-se a partir de uma superposição de duas ondas idênticas mas em sentidos opostos, normalmente quando as ondas estão confinadas no espaço como ondas sonoras em um tubo fechado e ondas de uma corda com as extremidades fixas. Esse tipo de onda é caracterizado por pontos fixos de valor zero, chamados de nodos, e pontos de máximo também fixos, chamados de antinodos. São ondas resultantes da superposição de duas ondas de mesma freqüência, mesma amplitude, mesmo comprimento de onda, mesma direção e sentidos opostos. 1
  • Ver tabela de Afinação temperada.
  • Existem alguns animais, como o morcego, o cachorro e o gato, que possuem ouvidos sensíveis ao ultrassom. Já os elefantes e os hipopótamos, por exemplo, possuem ouvidos sensíveis ao infrassom.
    IMAGEM: Cinco ondas senoidais com diferentes frequências (a azul é a de maior frequência). Repare que o comprimento da onda é inversamente proporcional à frequência.
  • A amplitude (A) se refere à diferença entre os valores máximo e médio de pressão ao longo do tempo em um determinado ponto do espaço ou, alternativamente, ao longo do espaço na direção de propagação da onda, em um determinado instante de tempo.
  • A amplitude (A) se refere à diferença entre os valores máximo e médio de pressão ao longo do tempo em um determinado ponto do espaço ou, alternativamente, ao longo do espaço na direção de propagação da onda, em um determinado instante de tempo.
  • A frequência é expressa em hertz (ou ciclos/segundo) e a pressão em pascal (ou newtons/m2), enquanto que a potência é a energia emitida pela fonte sonora por unidade de tempo, expressa em joules/s ou W (estamos usando unidades do Sistema Internacional). A intensidade sonora pode ser definida como potência por unidade de área, expressa em watt/m2. Essas escalas para medida de pressão, potência e intensidade das ondas sonoras são escalas lineares.

    Contudo, a pressão, a potência e a intensidade dos sons captados pelo ouvido humano cobrem uma ampla faixa de variação. Por exemplo, um murmúrio irradia uma potência de 0.000 000 001 watt enquanto que o grito de uma pessoa comum tem uma potência sonora de cerca de 0.001 watt; uma orquestra sinfônica chega a produzir 10 watts enquanto que um avião a jato emite 100 000 watts de potência ao decolar. Sendo assim, uma escala logarítmica, como o **decibel**, é mais adequada para medida dessas grandezas físicas.
  • Por se tratar de uma medida logarítmica o dobro do sinal não será representado pelo dobro do valor inicial de referência.
  • As figuras (a), (b), (c) e (d) mostram um tipo de correspondência da membrana basilar a sons puros. O ponto de partida da nossa análise é observar como a cóclea recebe essas freqüências agudas e graves horizontalmente a partir da entrada deles pela janela oval. Em (a) ocorre um mascaramento mínimo pois os níveis de “vibração” entre os dois não chegam a se sobrepor. Já em (b) observamos um mascaramento significativo por parte do som puro B. Em (c) notamos que uma maior intensificação do som B mascarou quase integralmente a freqüência A (mais alta). O exemplo final (d) nos mostra que a relação existente na figura (c), quando invertida, não nos possibilita o mesmo nível de mascaramento. Quando o som A é intensificado em relação a B, ele não chega a mascará-lo completamente. Portanto, a partir destas observações percebemos que sons de freqüências altas são mais fáceis de serem mascarados do que sons de freqüências baixas.
  • O gráfico de Fletcher e Munson mostra que o nosso ouvido reage diferentemente no que diz respeito à percepção de intensidades. Sons cujas freqüências são muito graves ou muito agudas são percebidas pelo ouvido como tendo menos intensidade do que as freqüências médias. As curvas no gráfico mostram que a intensidade sonora necessária para se ter a mesma “percepção de intensidade” varia de acordo com a freqüência do som. Podemos ver que um som na região entre 4KHz a 6KHz começa a ser percebido próximo de 0dB. O mesmo som na freqüência de 20Hz começa a ser percebido com 70dB, ou seja, com intensidade sonora acima de 10 vezes superior.
  • O gráfico de Fletcher e Munson mostra que o nosso ouvido reage diferentemente no que diz respeito à percepção de intensidades. Sons cujas freqüências são muito graves ou muito agudas são percebidas pelo ouvido como tendo menos intensidade do que as freqüências médias. As curvas no gráfico mostram que a intensidade sonora necessária para se ter a mesma “percepção de intensidade” varia de acordo com a freqüência do som. Podemos ver que um som na região entre 4KHz a 6KHz começa a ser percebido próximo de 0dB. O mesmo som na freqüência de 20Hz começa a ser percebido com 70dB, ou seja, com intensidade sonora acima de 10 vezes superior.
  • Noções de acústica e Psicoacústica - Gravação e sonorização

    1. 1. NOÇÕES DE ACÚSTICA E PSICOACÚSTICA (versão 2014) Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música M A R C O S F I L H O INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE GRAVAÇÃO E AMPLIFICAÇÃO SONORA
    2. 2. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O ACÚSTICA Sub-área da física que estuda os sons, sua geração e interação desse fenômeno ondulatório com o ambiente. PSICOACÚSTICA Sub-área da psico-física, fundada por Helmholtz, que estuda a relação entre som, audição e psicologia. A psico-acústica estuda a forma como os sons são percebidos pelo homem.
    3. 3. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O ONDA FREQUÊNCIA AMPLITUDE DECIBEL REVERBERAÇÃO RESSONÂNCIA ECO OUVIDO TIMBRE
    4. 4. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O ONDA A onda é uma perturbação oscilante, abalo, distúrbio ou pulso energético que se propaga através do espaço ou através de um meio gasoso, líquido ou sólido. As ondas sonoras são definidas pela física como sendo ondas mecânicas, pois somente se propagam através de um meio material. Diferentemente das ondas eletromagnéticas (como, por exemplo, a luz), as ondas sonoras não podem se propagar no vácuo.
    5. 5. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O ONDA – cont. As ondas sonoras são consideradas ondas de pressão, ou seja, ondas que se propagam a partir de variações de pressão de um meio. Por exemplo, quando um músico bate em um tambor musical, a vibração da membrana produz alternadamente compressões e rarefações do ar, ou seja, produz variações de pressão que se propagam através do meio, no caso, o ar.
    6. 6. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O 1 = Elementos de uma onda 2 = Distância 3 = Deslocamento λ = Comprimento de onda ϒ = Amplitude
    7. 7. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O Movimento harmônico simples
    8. 8. PROF.MARCOSFILHO Onda estacionária
    9. 9. P R O F. M A R C O S F I L H O Corda vibrando na frequência fundamental e no 2o., 3o., 4o., 5o. e 6o. harmônicos.
    10. 10. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O FREQUÊNCIA [Hz] É uma grandeza física ondulatória que indica o número de ocorrências de um evento (ciclos, voltas, oscilações, etc.) em um determinado intervalo de tempo. As contagens por unidade de tempo são medidas em hertz (Hz). 20 Hz, portanto, significa que o evento se repete vinte vezes por segundo. Dependendo da fonte emitente, as ondas sonoras podem apresentar qualquer frequência, desde poucos hertz (como as ondas produzidas por abalos sísmicos), até valores extremamente elevados (comparáveis às frequências da luz visível).
    11. 11. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O FREQUÊNCIA – cont. Os seres humanos, só conseguem ouvir ondas sonoras cujas frequências estejam compreendidas entre 20 Hz e 20.000 Hz. Ondas sonoras que possuem frequência abaixo de 20 Hz são denominadas infrassons e as ondas que possuem frequência superior a 20.000 Hz são denominadas ultrassons.
    12. 12. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O FREQUÊNCIA – cont.
    13. 13. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O FREQUÊNCIA – cont.
    14. 14. P R O F. M A R C O S F I L H O
    15. 15. P R O F. M A R C O S F I L H O
    16. 16. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O AMPLITUDE É uma medida escalar negativa e positiva da magnitude de oscilação de uma onda. A amplitude de ondas sonoras e sinais de som costumam ser expressas em decibéis.
    17. 17. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O AMPLITUDE – cont. “Intensidade” refere-se à percepção da amplitude da onda sonora. Outros termos semelhantes também utilizados são “volume” e nível de pressão sonora (SPL).
    18. 18. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O DECIBÉIS [dB] É uma unidade escalar logarítmica usada para indicar a quantidade de energia física de um determinado sinal de referência. O som é uma oscilação na pressão do ar (ou de outro meio elástico) capaz de ser percebida pelo ouvido humano. O número de oscilações da pressão do ar por unidade de tempo definem sua frequência, enquanto que a magnitude da pressão média define a potência e a intensidade sonora. Por se tratar de uma medida logarítmica o dobro do sinal não será representado pelo dobro do valor inicial de referência.
    19. 19. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O DECIBÉIS – cont.
    20. 20. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O REVERBERAÇÃO E ECO O eco e a reverberação são dois efeitos sonoros causados pela reflexão do som. Sendo assim, podemos dizer que eco é o som refletido que é percebido com intervalo de tempo suficiente para ser distinguido do som original. Quando o intervalo de tempo não é suficiente para se distinguir o som refletido do original, temos o efeito de reverberação.
    21. 21. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O REVERBERAÇÃO E ECO – cont.
    22. 22. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O REVERBERAÇÃO E ECO – cont. • Reverberação – série de reflexões muito densas percebidas como um contínuo decaimento no tempo, “prolongando” o som direto (múltiplos ecos) – dão a sensação de ambiente e de localização, senão seria “seco” e “muito perto” – aumentam em número quando decaem – tempo de reverb. = queda de 60dB (ton de 500 Hz)
    23. 23. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O REVERBERAÇÃO E ECO – cont. • Som direto e som indireto (reflexões) – Direto: viaja diretamente da fonte ao receptor – Indireto: é refletido/absorvido nas paredes, teto, chão, etc. – Grande parte do som é indireto mas ele é mais fraco • Pode ser usado artisticamente para criar ambiência – Filmes, tv, jogos, mixagem em estúdio, etc.
    24. 24. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O RESSONÂNCIA – reforço de certas frequências (em geral abaixo de 300Hz), chamadas modos da sala – isto deve-se às ondas estacionárias: ondas que continuamente se reforçam ao refletirem nas paredes – Depende da dimensão da sala – descaracteriza o timbre e altera o som em geral, reforçando frequências particulares
    25. 25. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO
    26. 26. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. Ouvido externo: coleta o som. Suas dobras ajudam na direcionalidade. Canal: tem frequência de ressonância em torno de 3kHz. Ajuda na percepção da voz. Ossículos: transformam a energia acústica em energia mecânica. Alcançam a máxima excursão por volta de 120 dB SPL. Casadores de impedância para maximizar a transferência dos sons do ar para o ouvido interno cheio de líquido.
    27. 27. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. Canais vestibulares: não influenciam na audição, mas são importantes no equilíbrio. Membrana basilar: detecta a amplitude e frequência dos sons, convertendoos em impulsos elétricos.
    28. 28. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. A cóclea: Preenchida por um fluido, e sua superfície interna tem cerca de 20.000 células nervosas em forma de cabelos em uma membrana, chamada de membrana basilar. Estas células nervosas possuem comprimentos diferentes, por diferenças minúsculas, e também possuem diferentes graus de elasticidade. À medida que uma onda de compressão se move através do líquido da cóclea, as células nervosas entram em movimento.
    29. 29. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. 1) A vibração sonora é captada pela orelha externa (pavilhão auditivo e canal externo do ouvido) atingindo a membrana do tímpano. Essas vibrações transferem-se para a membrana timpânica. [Ouvido externo] 2) A membrana do tímpano encontra-se fixada em um ossículo chamado martelo. O martelo está articulado em um outro ossículo chamado bigorna que, por sua vez, articula-se no estribo. Este conjunto de três pequenos ossos se movimentam com a vibração da membrana do tímpano amplificando esta vibração. [Ouvido médio]
    30. 30. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. 3) O estímulo ampliado pelos três ossículos é conduzido à membrana que cobre a janela oval que por sua vez conduz a ampliação da energia para o canal da cóclea. [Ouvido médio] 4) O canal da cóclea é cheio de um líquido e tem a forma em espiral como de um “caracol”. Com a vibração da cadeia de ossinhos que consequentemente faz vibrar a membrana da cóclea, este líquido se movimenta dentro do espiral. O interior do espiral é revestido por células que tem pêlos semelhantes a cílios que se movimentam com a vibração do líquido da cóclea. Cada região desses cílios identifica frequências diferentes.
    31. 31. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. 5) Quando os cílios, ou fibras vibram estimulam as células nervosas que convertem esses movimentos em sinais elétricos, que são enviados ao cérebro, através do nervo da audição (nervo auditivo). [Ouvido interno]
    32. 32. P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. A membrana basilar: • Cada célula capilar possui uma sensibilidade natural a uma vibração de frequência particular . Quando a frequência da onda de compressão casa com a frequência natural da célula nervosa, a célula irá ressoar com uma grande amplitude de vibração. • Esta vibração ressonante induz a célula a liberar um impulso elétrico que passa ao longo do nervo auditivo para o cérebro. • As frequências nas quais as células vibram com mais intensidade são chamadas de bandas críticas, um conceito introduzido por Harvey
    33. 33. P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. A membrana basilar: Na membrana basilar, uma resposta alta em uma região da membrana irá mascarar respostas mais suaves na banda crítica ao redor dela.
    34. 34. P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont.
    35. 35. P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. Banda crítica: A banda crítica é um fenômeno ligado à nossa percepção de frequências. Ocorre na membrana basilar e representa o limite de resolução para a nossa distinção entre duas freqüências próximas. A sonoridade áspera ocorre abaixo de um terço de oitava. Isso deforma a audibilidade e as características originais dos sons puros.
    36. 36. P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. Banda crítica: Na figura (a), a banda crítica praticamente não ocorre pois temos uma tessitura de uma oitava; a figura (b) apesar da distância de uma quarta justa, a banda crítica não chega perturbar a percepção da relação intervalar; porém, a figura (c) – uma segunda maior – percebemos no gráfico que a região negra representa o elevado nível de intensidade da banda crítica, quase se igualando à intensidade da percepção da relação entre os dois sons.
    37. 37. P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. Mascaramento: A interação dos vários sons de uma música dá origem a vários efeitos: batimento, fusão, mascaramento, tons subjetivos, etc. Mascaramento é quando um som “oculta” o outro e depende da relação de frequência e de volume entre eles.
    38. 38. P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont. Como vimos, o mascaramento de volume ocorre devido às características anatômicas da percepção de frequências agudas e graves dentro da cóclea de uma extremidade a outra. Analisemos esse gráfico:
    39. 39. P R O F. M A R C O S F I L H O OUVIDO – cont.
    40. 40. P R O F. M A R C O S F I L H O CURVAS DE AUDIBILIDADE
    41. 41. P R O F. M A R C O S F I L H O CURVAS DE AUDIBILIDADE O gráfico de Fletcher e Munson mostra que o nosso ouvido reage diferentemente no que diz respeito à percepção de intensidades. Sons cujas freqüências são muito graves ou muito agudas são percebidas pelo ouvido como tendo menos intensidade do que as freqüências médias. As curvas no gráfico mostram que a intensidade sonora necessária para se ter a mesma “percepção de intensidade” varia de acordo com a freqüência do som. Podemos ver que um som na região entre 4KHz a 6KHz começa a ser percebido próximo de 0dB. O mesmo som na freqüência de 20Hz começa a ser percebido com 70dB, ou seja, com intensidade sonora acima de 10
    42. 42. Universidade Federal de São João del-Rei Departamento de Música P R O F. M A R C O S F I L H O TIMBRE Percepção de timbre depende do espectro dinâmico (sobretudo) da ambiência Percepção da fundamental várias frequências harmônicas são percebidas como uma única frequência: a fundamental isto ocorre mesmo quando a fundamental não está presente (fundamental ausente) identificação da fonte também é possível identificar um instrumento numa orquestra

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