Física do Som: Ondas, Propriedades e Fenômenos Acústicos

Ondas Sonoras Audíveis

O som é uma onda mecânica longitudinal que se propaga através de um meio elástico.

É uma perturbação física que se propaga em um meio elástico, como o ar.

Espectro Sonoro e Faixas de Frequência

O espectro sonoro é dividido em três faixas de frequência:

• O som audível corresponde às ondas sonoras em uma faixa de frequência de 20 Hz a 20.000 Hz (20 kHz).
• Ondas sonoras com frequências abaixo da faixa audível são chamadas de infra-som.
• Ondas sonoras com frequências acima da faixa audível são chamadas de ultrassom.

Propriedades e Efeitos Físico-Sensoriais do Som

• Intensidade (Volume): Relacionada à força ou amplitude da onda.
• Tom (Altura): Relacionado à frequência.
• Timbre (Qualidade): Relacionado à forma de onda e aos harmônicos.

As ondas sonoras representam o fluxo de energia através de uma área. A intensidade de uma onda sonora específica é uma medida da razão em que a energia é transmitida por unidade de área.

Devido à vasta gama de amplitudes a que o ouvido humano é sensível, é mais prático estabelecer uma escala logarítmica para medições de intensidade sonora, que é baseada na seguinte regra:

Quando a intensidade I1 de um som é 10 vezes maior do que a intensidade I2 de outro, diz-se que a relação de intensidade é de um Bel (B).

Na prática, 1 Bel (B) é uma unidade muito grande. Para uma unidade mais útil, define-se o Decibel (dB) como:

A relação logarítmica entre duas grandezas.

Portanto, a resposta do exemplo acima também pode ser expressa como 76,8 dB.

A intensidade sonora varia com o quadrado da distância da fonte. Por exemplo, uma pessoa colocada ao dobro da distância de uma fonte sonora ouvirá o som com um quarto da intensidade anterior, e uma pessoa a três vezes a distância ouvirá o som com um nono da intensidade.

Se considerarmos que o som irradia em todas as direções a partir de uma fonte pontual, a onda sonora se assemelha a uma sucessão de superfícies esféricas. Considere os pontos A e B localizados a distâncias r1 e r2 de uma fonte que produz uma potência sonora P.

Tom e Timbre (Qualidade)

A frequência de um som determina o que é percebido como tom (ou altura). Músicos designam o tom por letras correspondentes às notas das teclas de piano.

Por exemplo, as notas C, D e F referem-se a tons ou frequências específicas.

Sons da mesma altura (tom) podem ser facilmente distinguidos. Suponha que a nota Dó (256 Hz) seja tocada em um piano, flauta, trompete e violino. Mesmo que cada som tenha o mesmo tom, há uma diferença marcante na qualidade ou timbre do som.

A nota produzida por cada um desses instrumentos tem a mesma frequência (tom), mas todos produzem sons muito diferentes devido a diferentes condições de contorno. O número e a intensidade relativa dos harmônicos afetam a qualidade ou timbre do som.

A qualidade ou timbre de um som é determinada pelo número e intensidades relativas dos harmônicos.

A diferença de qualidade ou timbre entre dois sons pode ser vista objetivamente analisando as formas de onda complexas resultantes de cada som.

Em geral, quanto mais complexa a forma de onda, maior o número de harmônicos que contribuem para essa complexidade.

A Origem da Escala Musical

A escala atual (escala ocidental) é o resultado de um longo processo de aprendizado das notas. Os pitagóricos construíram um dispositivo chamado monocórdio, que consistia de uma mesa, uma corda e uma pequena mesa que se movia ao longo da corda.

O Monocórdio Pitagórico

Os pitagóricos observaram que, ao encurtar uma corda (movendo a mesa móvel), havia sons diferentes. Desses sons, escolheram alguns que estavam em harmonia com o som original (corda inteira).

Intervalos Fundamentais

Mais importante, pela sua simplicidade e importância na construção da escala musical, são:

• O oitava: Quando a corda media metade do total, o som se repetia, mas mais agudo. A oitava é o que corresponderia a um salto de oito teclas brancas do piano, ou melhor, 1/8 é uma repetição de um som com um comprimento de corda pela metade, portanto, outra nota harmoniosa. Sua frequência é o dobro da primeira.
• O quinto: É outro intervalo entre as notas que se obtém com uma sequência de comprimento de dois terços do inicial. Sua frequência é 3/2 do som inicial. Corresponde a um salto de cinco teclas brancas em um piano.
• A quarta: É, como seus antecessores, outro intervalo entre as notas que se obtém com uma sequência de comprimento de três quartos da inicial. Sua frequência é 4/3 da nota inicial.

A Escala Musical Diatônica

Assim, de um som original, obtêm-se notas diferentes, que são mostradas abaixo:

Supondo que a nota inicial seja C, então a oitava, quinta e quarta são as notas:

Correspondente à quarta, quinta e oitava séries, respectivamente, da escala diatônica (as teclas brancas do piano). Todas essas relações entre as notas são chamadas de intervalos.

A Construção da Escala Musical

Ordenando a oitava da menor frequência à maior:

Relacionando a frequência de uma nota e a anterior:

Isso é chamado de escala diatônica. É composta por sete notas, sendo a oitava a mesma que a anterior, uma oitava acima. Elas correspondem às teclas brancas do piano.

Agora, se usarmos a sala para encontrar novas notas, começaríamos a obter as "teclas pretas" no piano, ou seja, sustenidos e bemóis. Quando a escala se completa com 12 notas (teclas brancas e pretas), é o que se chama de escala cromática.

Interferência e Batimentos

A interferência também ocorre no caso das ondas sonoras longitudinais, e o princípio da superposição também se aplica a elas.

Um exemplo comum de interferência em ondas sonoras ocorre quando dois diapasões (ou qualquer outra fonte sonora de frequência única), cujas frequências diferem ligeiramente, são tocados simultaneamente.

O som varia em intensidade, alternando entre momentos de som forte e quase silencioso.

Essas variações são conhecidas como batimentos (ou pulsações regulares).

O efeito vibrato, obtido em alguns órgãos, é uma aplicação deste princípio.

No vibrato, cada nota é produzida por dois tubos sintonizados em frequências ligeiramente diferentes.

A superposição das ondas A e B mostra a origem dos batimentos:

Exemplo: Se sobrepusermos dois tons puros de 700 Hz e 800 Hz com a mesma amplitude, teremos a seguinte situação:

Consonância e Dissonância

Se a diferença de frequência for muito pequena, os batimentos serão muito lentos e não serão percebidos como um toque suave, mas sim como uma pulsação suave e contínua.

Por exemplo, se as frequências forem 440,1 Hz e 440 Hz, a diferença é de 0,1 Hz, ou seja, um batimento a cada 10 segundos.

Neste caso, como a grande maioria das notas usadas na música são muito mais curtas do que isso, não se completa um batimento, resultando mais em uma sensação de som "cantando" ou mais expressivo.

Se os batimentos forem um pouco mais rápidos, digamos 1 ou 2 Hz, há um efeito chamado de tremolo, como notas repetidas. Se forem muito mais rápidos, por exemplo, de 5 ou 10 Hz até cerca de 50 Hz, o resultado produz uma sensação de agitação comumente chamada de dissonância.

Suponha, por exemplo, um acorde formado por dois sons de 220 Hz e 311 Hz (um Lá e um Ré#, respectivamente). Sabe-se que esse acorde na música é dissonante. Se fizermos a subtração entre as duas frequências, obtém-se:

311 Hz - 220 Hz = 91 Hz

Que é um batimento rápido demais para causar sensação de dissonância.

A condição para a formação de um acorde consonante é que não haja interferência significativa entre os harmônicos, ou seja, que os sons sejam intensos em ambos.

Assim, a harmonia mais perfeita é o uníssono (exatamente a mesma frequência, já que nesse caso não há absolutamente nenhum batimento). Depois, segue-se a oitava, que é quando os sons estão em uma relação de frequência de 2:1 (um som tem o dobro da frequência do outro).

Aqui não há possibilidade de confrontos entre harmônicos, pois a nota mais aguda coincide exatamente com a fundamental da nota mais grave.

Depois, segue-se a quinta, que corresponde a uma taxa de frequência de 3:2 (um som tem uma frequência 1,5 vezes a do outro).

Neste caso, tomando por exemplo a quinta formada por 220 Hz e 330 Hz, os harmônicos sucessivos diferem em 110 Hz ou mais.

Propagação do Som

Lei do Inverso do Quadrado

Define que a intensidade do som em campo livre é inversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte.

Frequência e Amplitude

O número de ciclos por segundo determina o que é chamado de frequência.

Amplitude é a separação máxima ou deslocamento das partículas em relação à sua posição de equilíbrio.

A amplitude determina a intensidade (volume) do som.

Velocidade do Som

Quando o som se propaga no ar, que é o meio em que o ouvido humano normalmente funciona, sua velocidade é de aproximadamente 343 m/s a uma temperatura de 20°C. Há um fator de 0,6 m/s de variação por cada grau Celsius.

Comprimento de Onda

É a distância que a onda sonora percorre para completar um ciclo.

Por exemplo, para calcular o comprimento de onda de uma onda sonora de 200 Hz, realizamos o seguinte procedimento:

λ = v / f

λ = 343 m/s / 200 Hz

λ = 1,715 m

• Um comprimento de onda menor significa uma frequência maior.
• Um comprimento de onda maior significa uma frequência menor.

Período

É o tempo que leva para uma onda completar seu ciclo.

Obtido a partir da seguinte fórmula:

T = 1/f

• Um período menor significa uma frequência maior.
• Um período maior significa uma frequência menor.

Fase

Fase é a relação temporal das ondas sonoras em relação a um tempo de referência inicial.

Com relação à fase, é importante enfatizar dois aspectos:

• A polaridade na reprodução das ondas sonoras.
• O atraso na reprodução das ondas sonoras.

Conteúdo Harmônico

A característica que determina o timbre de uma fonte sonora é o conteúdo harmônico.

Harmônicos são frequências maiores do que a original (chamada de frequência fundamental), e têm a característica de serem seus múltiplos inteiros.

Envelope (Envoltória)

Esta característica descreve como a amplitude do som varia com o tempo, desde que é gerado até que seja extinto.

O envelope é composto por quatro etapas (ADSR):

• Ataque (Attack): O tempo que leva para o som emergir até atingir seu pico.
• Decaimento (Decay): O tempo necessário para a intensidade se estabilizar.
• Sustentação (Sustain): O momento em que a intensidade do som é estável.
• Liberação (Release): O momento em que a intensidade do som diminui até que se torne inaudível.

Decibel (dB)

O Bel (B) é a relação logarítmica entre duas variáveis.

Fórmulas:

• Bel = log (Mag1/Mag2)
• dB = 10 * log (Potência1/Potência2)
• dB = 20 * log (Tensão1/Tensão2) ou (Pressão1/Pressão2)

Cálculo de Decibéis

O dB indica a relação entre duas quantidades expressas em uma escala logarítmica (em watts, volts, SPL, etc.).

A equação matemática do dB (para potência em watts):

dB = 10 * log (Potência2 / Potência1)

Regras da Escala de Decibéis

Regra nº 1 (Para Potência, em Watts):

• +3 dB indica o dobro da potência (relação 2:1).
• -3 dB indica metade da potência (relação 1:2).

Regra nº 2 (Para Potência, em Watts):

• +10 dB indica dez vezes a potência (relação 10:1).
• -10 dB indica um décimo da potência (relação 1:10).

Regra nº 3 (Para Pressão, Volts ou SPL):

• +6 dB indica o dobro da tensão/pressão (relação 2:1).
• -6 dB indica metade da tensão/pressão (relação 1:2).

Regra nº 4 (Para Pressão, Volts ou SPL):

• +20 dB indica dez vezes a tensão/pressão (relação 10:1).
• -20 dB indica um décimo da tensão/pressão (relação 1:10).

Tipos de Decibéis (dB)

O dBm está relacionado a unidades elétricas com 1 miliwatt (mW) como referência, a saber:

0 dBm = 0,001 Watt (1 miliwatt)

Esta unidade tornou-se padrão em 1940 para ser aplicada em linhas telefônicas onde a resistência é de 600 ohms.

Este valor (0,001 Watts) é a potência dissipada quando 0,775 Volts são aplicados em uma linha com 600 ohms de resistência.

dBm = 10 * log (Potência / 0,001 W)

Sua utilidade centra-se em componentes eletrônicos (mixers, equalizadores, crossovers, etc.).

dBW

As unidades dBW estão relacionadas a 1 Watt de potência de referência, a saber:

0 dBW = 1 Watt

É implementada para reduzir os valores em especificações de alta potência.

Na escala dBW, quando o medidor lê 0, significa que a unidade produz 1 Watt de potência.

dBW = 10 * log (Potência / 1 W)

A escala dBW é comumente usada em medidores de amplificadores de potência.

dBu

0 dBu = 0,775 Volts

dBu = 20 * log (Tensão / 0,775 V)

A escala dBu, assim como a escala dBm, é utilizada em medidores de componentes eletrônicos (mixers, equalizadores, crossovers, etc.).

Equação de Ohm

V = √(P * R)

dBV

A unidade elétrica dBV está relacionada a uma referência de 1 Volt.

0 dBV = 1 Volt

dBV = 20 * log (Tensão / 1 V)

A escala dBV, assim como a escala dBu, é utilizada para medir componentes eletrônicos (mixers, equalizadores, crossovers, etc.).

dBSPL

Ao contrário das escalas anteriores (medição de sinal elétrico), a escala dBSPL mede ondas sonoras.

A escala dBSPL mede a intensidade das ondas sonoras e é regida pelas Regras nº 3 e nº 4 (para pressão).

0 dBSPL = 20 micropascals (µPa)

dBSPL = 20 * log (Pressão / 20 µPa)

A ampla gama de percepção do ouvido humano na escala dBSPL está entre 0 dBSPL (limiar da audição) e 120 dBSPL (limiar da dor).

Exemplos de Uso de Decibéis

Enquanto 100 Volts é 10 vezes 10 Volts, quando nos referimos aos valores de potência que vêm do dB, descobrimos que isso representa uma relação de potência de 20 dB.

É por isso que, para tensões, o multiplicador é 20 (o dobro de 10) na equação logarítmica do dB.

Níveis Absolutos vs. Níveis Relativos

Exemplo A:

"O nível máximo de saída do console é 20 dB"

Esta afirmação não faz sentido porque a referência zero para o dB não é especificada. É como dizer a um estranho "Eu posso fazer apenas 20" sem fornecer uma ideia do que os 20 descrevem.

Exemplo B:

"O nível máximo de saída do console é de 20 dB acima de 1 miliwatt"

Isso nos diz que o console é capaz de entregar 100 miliwatts (0,1 Watt) para alguma carga. Como sabemos que pode entregar 100 miliwatts? Os primeiros 10 dB representam um aumento de dez vezes na potência (de 1 mW para 10 mW), e os 10 dB seguintes representam outro aumento de 10 vezes (de 10 mW para 100 mW).

Exemplo C:

"O nível máximo de saída do console é de 20 dBm"

Este exemplo nos diz exatamente o mesmo que o Exemplo B, mas em outras palavras. Em vez de dizer "o nível de saída máxima é de 100 miliwatts", dizemos 20 dBm.

Exemplo D:

"O nível máximo de saída do console é 20 dBm em 600 ohms"

Este exemplo nos diz que a saída é praticamente a mesma expressa nos exemplos B e C, mas nos dá a informação de que a carga é de 600 ohms. Isso nos permite calcular que a tensão de saída máxima na carga é de 7,75 Volts RMS, mesmo quando a tensão de saída não é dada na especificação.

Exemplo E:

"O nível de saída máximo de +20 dBu do console está em uma impedância de carga de 10 kΩ ou superior"

Este exemplo nos diz que a tensão de saída máxima do console é de 7,75 Volts, como calculamos no Exemplo D, mas há uma diferença significativa.

A saída no Exemplo D alimenta 600 Ω, enquanto no Exemplo E especifica uma impedância de carga mínima de 10.000 ohms (10 kΩ). Se este console fosse conectado a uma terminação de 600 ohms, sua saída provavelmente sofreria queda na tensão e, provavelmente, aumento da distorção, podendo até ser danificado.

Exemplo F:

"O nível de saída nominal é de +4 dBu"

"O nível de saída nominal é de +4 dBV"

As duas afirmações parecem idênticas, mas com uma observação mais detalhada, a primeira usa "dBu" e a segunda "dBV".

Isso significa que a primeira saída especificada fornece uma tensão nominal de 1,23 Volts RMS (referência de 0,775 V), enquanto o segundo nível especificado entregará uma tensão nominal de 1,58 Volts RMS (referência de 1 V).

Exemplo G:

"O nível de saída nominal é de +4 dBV"

"O nível de saída nominal é de +4 dBu"

Essas duas afirmações não são idênticas. O nível de +4 dBu (referência 0,775 V) corresponde a 1,23 Volts RMS, enquanto o nível de +4 dBV (referência 1 V) corresponde a 1,58 Volts RMS. Atualmente, o dBu é mais comum em equipamentos de áudio profissional.

Convertendo dBu para dBV (e dBm em linha de 600 Ω)

No caso de tensões (não potências), para converter um valor em dBV para dBu (ou dBm em uma linha de 600 Ω), você adiciona 2,2 dB ao valor em dBV. Para converter um valor em dBu (ou dBm) para dBV, basta fazer a operação inversa, ou seja, subtrair 2,2 dB do valor em dBu.

Exercício: Construa a seguinte tabela:

Formas Logarítmica e Exponencial

As formas logarítmica e exponencial podem ser vistas na tabela a seguir:

Difração do Som

Em resumo, a difração faz com que o som, que normalmente viaja em linha reta, desvie-se em outras direções.

As frentes de onda e os raios sonoros viajam em linhas retas.

Raios de som viajam em ângulos retos em relação às frentes de onda, exceto quando encontram um obstáculo.

O processo pelo qual essa mudança de direção ocorre é chamado de difração.

Para comprimentos de onda menores (frequências mais altas), o fenômeno da difração é menos perceptível.

Um excelente exemplo é quando as ondas passam por uma pequena fenda, onde não têm problema em passar. No entanto, ao tentar contornar uma ilha, as ondas serão refletidas.

Difração e Comprimento de Onda

A eficácia de uma barreira para difratar som é determinada pelo tamanho acústico do obstáculo.

O tamanho acústico é medido em termos do comprimento de onda do som.

Um obstáculo B pode ter o mesmo tamanho físico que outro obstáculo, mas a frequência do sistema de som pode ser 1/10 da frequência do som B.

Difração do Som Através de Aberturas

Quando as frentes de onda do som atingem uma barreira, parte é refletida e parte continua através da abertura. Setas indicam que parte da energia na barra principal é desviada.

Que mecanismo realizará esses desvios?

A resposta é o Princípio de Huygens, que diz:

• Cada ponto das frentes de onda sonora que passaram através de uma abertura ou após o limite de difração é considerado uma fonte pontual que irradia energia para a zona de sombra (área atrás de obstáculos).
• A energia sonora em qualquer ponto na área sombreada pode ser obtida através da soma das contribuições de todas as fontes pontuais das frentes de onda.

Difração do Som por Obstáculos

Cada frente de onda que passa o obstáculo torna-se uma linha de novas fontes pontuais que irradiam som para a zona de sombra.

Difração do Som em Fendas

Neste arranjo de fonte e fenda, a medição do radiômetro estava a uma distância de 8 metros. A largura da fenda foi de 11,5 cm, e o comprimento de onda do som medido foi de 1,45 cm.

A dimensão 'b' indica os limites geométricos do feixe.

Qualquer coisa maior que 'b' é causada pela difração do feixe devido à fenda.

A difração em fendas estreitas gera uma largura de feixe cada vez maior.

O gráfico mostra a intensidade do som em função do ângulo de desvio.

Difração Devido à Placa de Zona

A placa de zona pode ser considerada uma lente acústica.

É constituída por uma placa circular com sulcos concêntricos habilmente planejados com um raio.

Se o ponto focal está a uma distância 'r' da placa, o caminho mais longo próximo deve ser r + λ/2, onde λ é o comprimento de onda do som que chega na placa da fonte.

Extensões significativas de caminhos são dadas por r + λ/2, r + 3λ/2, r + 5λ/2, e assim por diante.

Esses comprimentos diferem em λ/2.

Isso significa que o som através de todas as fendas chegará ao ponto focal em fase, o que significa também que irá adicionar de forma construtiva para intensificar o som.

Difração ao Redor da Cabeça Humana

Este padrão de difração devido à cabeça humana, bem como reflexões e difrações dos ombros para a parte superior do tronco, afetam a percepção humana do som.

Em geral, para sons de 1-6 kHz vindos da frente, a difração causada pela cabeça tende a aumentar a pressão do som na frente e diminuí-la atrás da cabeça. Para frequências na faixa inferior, o padrão direcional tende a ser circular.

Difração Devido às Bordas dos Gabinetes de Alto-Falantes

O som que chega ao ponto de observação é a combinação do som direto e do som difratado na borda.

Flutuações devido à difração da borda, para esta situação particular, são de cerca de 5 dB.

Este efeito pode ser controlado através do aumento da área em frente ao defletor.

Também é possível arredondar as bordas com uma esponja ou material absorvente.

Difração Devido a Vários Objetos

• Medidores de Nível de Som Antigos: As bordas das caixas de medidores de nível de som que afetam a calibração de microfones.
• Painéis Acústicos Montados: O material afeta a medição de seu coeficiente de absorção.
• Pequenas Fendas em Estúdios de Gravação: Podem destruir o isolamento, porque o som que emerge do outro lado da fenda é espalhado em todas as direções por difração.

Refração do Som

A refração muda o sentido da propagação do som devido a diferenças na velocidade de propagação.

Um exemplo de refração é a luz se aproximando ou quando se insere uma haste na água, e depende de mudanças no meio.

Refração do Som em Sólidos

Quando duas frentes de onda chegam a uma superfície paralela, os raios de som são refratados na interface com velocidades diferentes, de modo que não são mais paralelos.

Refração do Som na Atmosfera

Na ausência de gradientes térmicos, um feixe de som pode ser propagado em linha reta.

Em um sistema onde o ar quente está em altitudes elevadas e o ar frio perto do chão, e porque o som se propaga mais rápido no ar quente do que no ar frio, a parte superior das frentes de onda viaja mais rápido do que a parte inferior, fazendo com que o som se propague a longas distâncias.

No caso em que o ar quente está próximo ao solo e o ar frio nas alturas, as partes inferiores das frentes de onda viajam mais rápido em relação à parte superior, o que causa a refração do som para cima, de modo que o som viajará distâncias mais curtas.

O som viaja em linha reta acima da fonte 'S'. O gradiente de temperatura entra em ângulos retos e é refratado. Todos os sons, exceto os raios verticais, serão refratados para baixo. Raios próximos à vertical são refratados muito menos do que os raios mais ou menos paralelos à superfície da terra.

No caso em que o ar frio está acima, áreas sombreadas são criadas. Novamente, o feixe vertical é o único que escapa dos efeitos de refração.

O vento contra cria uma área de sombra, enquanto o vento a favor cria uma refração. Por isso, é dito que a pessoa experimenta uma melhor percepção do som a favor do vento do que contra o vento.

A velocidade do vento é geralmente mais baixa perto da superfície da terra do que em grandes altitudes.

Ondas planas que viajam na direção do vento, geradas por uma fonte de som distante na terra, curvarão para baixo.

Ondas planas viajando contra o vento serão enviadas para cima.

Refração do Som no Oceano

Na década de 1960, alguns oceanógrafos conceberam um plano ambicioso para ver o quão longe poderiam detectar som subaquático.

Detonaram 600 libras de explosivos em águas profundas australianas.

Os sons dessas descargas foram detectados perto das Bermudas.

Embora o som viaje na água 4,3 vezes mais rápido do que no ar, levou 3,71 horas para o som viajar.

A distância é de cerca de 12.000 milhas, aproximadamente metade da circunferência da Terra.

Na borda do oceano, a velocidade do som diminui com a profundidade devido a mudanças de temperatura.

Reflexão do Som

A figura a seguir ilustra a reflexão das ondas a partir de uma fonte sonora em uma parede rígida e plana. Frentes de onda esféricas (linhas sólidas) atingem a parede e as frentes de onda refletidas (linhas tracejadas) são devolvidas à fonte.

Reflexões em Superfícies Planas

Em analogia com um espelho de luz, as frentes de onda refletidas se comportam como se tivessem se originado de uma imagem sonora.

A origem da imagem está localizada à mesma distância atrás da parede, como se a fonte real estivesse na frente da parede.

Esse é o caso simples de uma única superfície refletora.

Em um recinto retangular, há seis superfícies, e a fonte tem uma imagem em cada uma, enviando energia de volta para o receptor.

Dobro da Pressão na Reflexão

A pressão sonora em uma superfície normal às ondas incidentes é igual à densidade de energia da radiação sobre a superfície.

Se a superfície é um absorvedor perfeito, a pressão é igual à densidade de energia da radiação incidente.

Se a superfície é um refletor perfeito, a pressão é igual à densidade de energia da radiação incidente e refletida.

Portanto, a pressão na face de uma superfície perfeitamente refletora é o dobro da pressão em uma superfície perfeitamente absorvedora.

Reflexões em Superfícies Convexas

Frentes de onda esféricas geradas por uma fonte pontual tendem a se tornar ondas planas a uma maior distância da fonte.

Por esta razão, o som incidente nas áreas utilizadas será considerado como frentes de ondas planas.

O reflexo de uma frente de onda plana de som vinda de uma superfície convexa forte tende a dispersar a energia sonora em muitas direções. Isso é equivalente à propagação do som incidente.

A frente de onda de um som plano atingindo uma superfície côncava tende a ser focalizada em um ponto, como mostrado na figura abaixo:

A precisão com que o som é focalizado em um ponto é determinada pela forma da superfície côncava.

Superfícies côncavas esféricas são comuns porque são facilmente fabricadas.

São muitas vezes utilizadas para fazer um microfone altamente direcional, colocando-o no ponto focal.

Esses microfones são frequentemente usados para coletar sons externos em eventos esportivos ou para gravação do canto de pássaros ou outros animais selvagens.

As superfícies côncavas em igrejas ou auditórios podem ser a fonte de problemas graves, porque produzem níveis de som em oposição direta ao objetivo de conseguir uma distribuição uniforme do som.

A eficácia dos refletores para microfones depende do tamanho do refletor em relação ao comprimento de onda do som.

Um refletor esférico de três pés de diâmetro dará boa diretividade em 1 kHz (comprimento de onda de um pé), mas é virtualmente não-direcional a 200 Hz (comprimento de onda de cerca de 5,5 pés).

Uma parábola tem a característica de concentrar o som exatamente em um ponto.

Isso é gerado pela equação simples . Uma superfície de prato fundo, como a mostrada, exibe propriedades direcionais muito melhores do que uma superfície rasa.

Reflexões em um Cilindro

Neste caso, a fonte e o receptor estão ambos dentro de um invólucro cilíndrico maciço de superfície rígida.

Na fonte, um sussurro dirigido tangencialmente à superfície é claramente ouvido no lado do receptor. O fenômeno é apoiado pelo fato de que as paredes são em forma de cúpula.

O Refletor de Canto

O refletor de canto na figura a seguir, recebe o som da fonte 'S' e envia um reflexo direto.

Se os ângulos de incidência e reflexão forem cuidadosamente revistos, uma fonte 'B' também enviará um reflexo direto das duas superfícies.