A ciência do som

Talvez você não tenha ouvido falar muito sobre a acústica, a ciência do som, se é que já ouviu falar alguma vez. Por que ela é tão pouco conhecida? Talvez porque, para muitos de nós, o som e a audição sejam algo corriqueiro. No entanto, imagine a vida sem o sentido da audição! Sem ouvir música, sem rir, sem falar, sem cantar… Quando você pensa em quanto dependemos do som, parece surpreendente que tantas pessoas nunca tenham ouvido falar em acústica! Algumas, é claro, não têm a capacidade de ouvir. Nos últimos trinta anos, os engenheiros acústicos ajudaram um milhão de pessoas em todo o mundo a superar os desafios auditivos por meio de implantes biônicos e centenas de milhões por meio de aparelhos auditivos. Um lugar onde a acústica tem um efeito especialmente grande é na sala de aula – se não pudesse se comunicar, você não poderia aprender! 

Uma comunicação clara

Para que serve uma sala de aula? Bem, ela é um espaço onde alunos podem aprender ouvindo o professor e conversando com seus colegas. As salas de aula são espaços onde nos comunicamos com outras pessoas para ampliar nosso conhecimento e compreensão do mundo à nossa volta. No entanto, criar um espaço onde a comunicação seja fácil não é tão simples quanto parece. Os alunos em uma sala de aula precisam ouvir o professor falando sem serem distraídos por outros sons, como a conversa de seus amigos, o som de um caminhão passando ou uma partida de futebol sendo disputada do lado de fora.

Damos o nome de “sinal” ao som que uma pessoa deseja ouvir. Em nosso exemplo, o sinal é o professor falando. Aos outros sons, damos o nome de “ruído”. O ruído inclui os sons que distraem a pessoa daquilo que ela quer ouvir. Para uma sala de aula funcionar bem, os estudantes precisam ouvir mais o sinal e menos o ruído. Chamamos isso de relação sinal-ruído e é aqui que entra a engenharia acústica! Os engenheiros acústicos podem ajudar a projetar salas de aula para reduzir a quantidade de ruído que distrai vindo de fora e para ajudar a controlar o ruído criado pelos alunos no interior.

Engenheiros acústicos são frequentemente contratados para melhorar a forma como as escolas são construídas e garantir que sejam feitas com os melhores materiais, para que a comunicação seja a mais clara possível. Os engenheiros acústicos também fornecem orientação para construtores e arquitetos. O trabalho dos engenheiros acústicos ajuda a criar um lugar confortável para aprender, onde os estudantes escutam o que seus professores falam.

A acústica

Os sons são medidos em uma unidade chamada de decibel (dB). O som envolve uma matemática incomum porque é medido em uma escala logarítmica. Podemos usar outra escala logarítmica, a escala Richter, por exemplo. A escala Richter é usada para medir terremotos e vai de 0 a 10, enquanto os decibéis vão de 0 a 100. Um terremoto de magnitude 5 pode abalar sua casa e talvez derrubar o muro do jardim. Um terremoto de magnitude 6 não é apenas um pouco mais forte – é dez vezes mais forte do que um de magnitude 5! Um terremoto de magnitude 6 destruirá uma casa, um de 7 (dez vezes mais forte que o de 6) destruirá uma cidade média, um de 8 destruirá uma cidade grande, um de 9 destruirá um país pequeno e um de 10 destruirá um país grande. O maior terremoto já medido foi de 9,2 na escala Richter! 

Voltemos à acústica. A escala dB funciona da mesma maneira, exceto pelo fato de ir de 0 a 100. A parte “dec” de “decibel” significa 10, que é o aumento de um número para outro em uma escala logarítmica. O som mais baixo que você pode ouvir é 0 dB e isso só pode acontecer em uma sala especial chamada câmara anecoica, que significa uma sala sem eco – uma sala muito estranha (Figura 1)². O som de alguém sussurrando é de 20 dB. O de 40 dB seria o de alguém falando baixinho e, se você conversar com um amigo, sua voz provavelmente medirá 60 dB. Quando um professor fala para uma turma inteira, sua voz provavelmente mede 70 dB; mas, quando grita, ela fica em torno de 80 dB. 

A acústica da sala de aula

Podemos medir não apenas a altura de um som, mas também o eco de uma sala. Ele é medido em segundos e se chama tempo de reverberação (TR). O TR é definido como o tempo que um som leva para desaparecer completamente. Por exemplo, se você espirrar, quanto tempo decorrerá até que todo o som do espirro desapareça? Isso vai depender da circunstância de você espirrar na piscina ou no ginásio de esportes. Uma câmara anecoica tem um tempo de reverberação de 0 s. Aqui está um experimento simples que você pode fazer em casa ou na escola para ilustrar esse ponto. Precisará de um balão e de um lápis apontado, pois espirrar não é um sinal muito confiável! 

Primeiro, encha o balão e dê um nó na ponta para que ele permaneça inflado. Em seguida, certifique-se de que todos na sala estejam completamente em silêncio. Agora, estoure o balão com a ponta do lápis. Bum! Ao fazer isso, comece a contar ou use um cronômetro. Em uma sala de aula normal, o som deverá levar cerca de 1 s para desaparecer. Agora, repita o experimento no saguão da escola, em um corredor com eco ou no ginásio. Provavelmente, descobrirá que o som demora mais para desaparecer em espaços maiores, especialmente os desprovidos de tapetes, cortinas ou móveis. 

Então, o TR é diferente dependendo de onde você esteja. Os engenheiros acústicos pretendem que o TR nas salas de aula modernas seja de cerca de 0,8 s (Figura 2). Isso significa que qualquer som desaparecerá após 0,8 s. Salas de aula em prédios antigos, com tetos altos, podem ter um TR mais alto porque produzem eco (Figura 3). Pode ser muito difícil ouvir o que o professor está dizendo nesses tipos de espaços. 

Onde o TR de uma sala é muito alto, com o som ecoando e fazendo muito barulho, adicionar materiais macios, como carpetes e cortinas, pode ajudar a absorver ou abafar o som. Os engenheiros acústicos usam um número chamado coeficiente de absorção para descobrir até que ponto os materiais abafam o som. Uma pedra tem coeficiente de absorção 0 e aquilo que absorve completamente todo o som tem coeficiente 1. Uma janela aberta também tem coeficiente de absorção 1 porque o som sai por ela e não volta. O vidro tem coeficiente de absorção 0,03; a madeira, 0,1; uma almofada, 0,9. 

Com a informação correta, podemos calcular o TR de qualquer sala usando a seguinte equação: 

V é o tamanho da sala (volume) em metros cúbicos (m³). S é o conjunto de paredes, teto e piso combinados, medido em metros quadrados (m²), e α é o coeficiente de absorção do recinto, não importa do que ele seja feito. 

Imagine uma estufa feita inteiramente de vidro com 2 m de comprimento, 2 m de largura e 2 m de altura. O tamanho ou volume da estufa é 2 x 2 x 2 = 8 m³. Cada parede, piso e teto teriam, cada um, uma área de 2 x 2 = 4 m². Há quatro paredes, mais um piso e um teto. Assim, S = 6 x 4 = 24 m². Sabemos que o coeficiente de absorção do vidro é 0,03. A equação se torna:

Em outras palavras, dentro de nossa pequena sala, feita inteiramente de vidro, qualquer som alto duraria 1,78 s. 

No mundo real, no entanto, a maioria das salas ou espaços internos é feita de muitos materiais diferentes – o tijolo das paredes, o vidro das janelas, cortinas, tapetes, móveis e até mesmo pessoas. Portanto, calcular o TR de espaços reais pode ser um pouco mais complicado! 

Quando a acústica fez uma grande diferença

A acústica não é importante apenas nas salas de aula. Ela afeta todos os tipos de coisas em nosso mundo, incluindo o esporte. Nas semifinais da Liga dos Campeões da UEFA, em 2011, quando o Arsenal jogava contra o Barcelona, o árbitro apitou para chamar a atenção dos jogadores. Robin Van Persie ignorou o árbitro, chutou para o gol… e foi expulso. Em uma entrevista após a partida, ele disse que não ouviu o apito nem esperava ouvi-lo acima do barulho de 90.000 torcedores gritando. Se o estádio tivesse uma acústica melhor, o jogador ouviria o árbitro e não seria expulso? 

Quão barulhenta é uma multidão de 90.000 pessoas? Aqui está um experimento que você pode fazer para descobrir! 

Primeiro, você (ou um professor) precisa baixar um aplicativo de medição de som em um smartphone. 

Depois, reúna 100 alunos no corredor de sua escola, ficando com o telefone na frente. 

Para começar, com o aplicativo rodando, uma pessoa no meio do corredor se levantará e gritará “Olá!”. Todas as outras deverão ficar em silêncio. O aplicativo registrará o volume do som em decibéis. 

Em seguida, 10 colegas no centro do corredor se levantarão e gritarão “Olá!” ao mesmo tempo. Os outros continuarão em silêncio. Você então registrará o resultado obtido do smartphone. 

Finalmente, todos os 100 alunos se levantarão e gritarão “Olá!” ao mesmo tempo e você, de novo, registrará os resultados obtidos do smartphone.

 À medida que o número de pessoas gritando aumentar, você constatará a elevação do nível do som. Este, para 1 pessoa gritando, deverá ficar em torno de 80 dB; para 10 pessoas, em torno de 90 dB, e, para 100, em torno de 100 dB. Agora, imagine que a quantidade de gritos aumente 10 vezes de novo, de novo e de novo! Esse seria o barulho que 100.000 torcedores de futebol fariam! 

É de admirar que os jogadores de futebol às vezes tenham dificuldade em ouvir o árbitro? Talvez, se o estádio estiver vazio e todos assistirem ao jogo de casa, o apito possa soar um pouco mais claro! 

Pensamentos finais

Até que ponto sua sala de aula é barulhenta? É fácil ouvir seu professor ou você se distrai com o som de outras coisas acontecendo na sala? Agora que você entende mais sobre como a ciência da acústica funciona, pode dar algumas sugestões úteis para reduzir o ruído da sala de aula e facilitar a concentração! Mas tenha cuidado – se você levar para lá muitas almofadas, o ambiente poderá ficar um pouco confortável demais!

Glossário

Acústica: Estudo científico do som e da vibração. 

Sinal: Som desejado que carrega informação. 

Ruído: Som não desejado. 

Razão sinal-ruído: Comparação do nível de som desejado com o nível de som não desejado. Um resultado positivo é útil para a comunicação de informações. 

Decibel: Unidade de medida de som, quase sempre de 0 a 100 dB. 

Câmara anecoica: Sala sem eco obtida cobrindo-se todas as superfícies com material absorvente de som, como a espuma. 

Tempo de reverberação: Tempo (em segundos) que um som leva para deixar de ser ouvido. O som é comumente gerado por um barulho repentino (como a explosão de um balão). 

Coeficiente de absorção: Característica material que descreve a quantidade de som absorvida. Varia de 0 para materiais duros (mármore) a 1 para materiais macios (espuma). 

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