Atividade Experimental Eco

Cálculo da distância mínima a um obstáculo para produção de eco

Aceite para publicação em 11 de fevereiro de 2013 Adaptado em 9 de setembro de 2021

Introdução Esta atividade tem como objetivo estimar experimentalmente a distância a que um obstáculo tem de estar localizado para produzir um eco. Adicionalmente permite mostrar a diferença entre eco e reverberação e os efeitos que o eco e reverberação têm em diferentes sons. Assume-se que anteriormente se tenha determinado o valor da velocidade do som no ar e abordado os fenómenos absorção, reflexão e refração.

Utilização Para abrir o programa clicar em https://imagem.casadasciencias.org/online/38002669 com um browser.

O programa consiste em quatro amostras de som que podem ser ouvidas de três formas diferentes: •

Normal – permite ouvir o som original

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Efeito 1 – permite ouvir o som seguido de uma repetição única do mesmo som (simulação de eco)

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Efeito 2 – permite ouvir o som seguido de várias repetições periódicas do mesmo som (simulação de reverberação)

As repetições do som obtidas com o Efeito 1 e Efeito 2 podem ser alteradas com duas caraterísticas: •

Ganho – Valor que varia entre 0% e 100% e que relaciona a amplitude do som repetido com o som imediatamente anterior.

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Atraso – Valor que varia entre 0s e 0.5s e que determina a diferença de tempo entre as repetições do som.

NOTAS: ◦

Colocar o Ganho a 100% significa que a repetição dos sons tem uma amplitude igual à amplitude do som original.

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No Efeito 2 o som é repetido indefinidamente enquanto o som é audível, por isso é importante não colocar o Ganho a 100% quando se usa este efeito, exceto para demonstrar intencionalmente o fenómeno. Os resultados não são agradáveis.

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Colocar o Ganho em 0% faz com que não haja repetição do som, ou seja, os efeitos 1 e 2 seriam iguais ao efeito Normal.

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A alteração dos valores Ganho e Atraso pode ser feita enquanto o som está a decorrer. O Web Audio API faz a transição automaticamente, mas quando se altera o valor de Atraso rapidamente aparece um efeito de 'scratching'. Aparentemente há alturas em que isto é feito de forma intencional e musicalmente!

A opção Fonte permite alterar a fonte sonora.

Sugestão de Exploração – Atividade Prática Abrir a simulação e esperar que o programa carregue todos os sons. Quando utilizado numa turma é desejável ter colunas para uma melhor audição.

Terminologia •

Projetar o programa e explicar que se vai mostrar um fenómeno sonoro que certamente já ouviram anteriormente.

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Selecionar Efeito 1 e colocar um Atraso de 0.30s.

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O fenómeno é facilmente identificado como um eco.

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Apresentar o objetivo da aula “Explicar o fenómeno do eco”.

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Selecionar o Efeito 2 e pedir para descrever a diferença entre os dois.

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Apesar de identificarem a diferença, usualmente o termo reverberação não é referido.

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Discutir os dois termos associando-os à diferença identificada.

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Depois desta discussão premir a tecla “L”.

Fenómeno do eco (Por que é que não se ouve o eco nesta sala?) e o Atraso necessário para distinguir o eco •

Discutir as condições que têm de existir para ocorrer um eco.

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Nesta altura só queremos que os alunos apresentem e discutam as suas ideias e não apresentar ainda a resposta. (quando apresentada uma explicação relacionada com a reflexão insistir na questão Por que é que não se ouve o eco nesta sala? Não haverá reflexão?)

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Depois de discutidas as ideias, fazer a experiência explicando primeiro o funcionamento da simulação.

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O programa deve estar a ser projetado para os alunos verificarem os valores de Atraso e Ganho. Explicar que, por exemplo, o Efeito Eco não é a gravação de um eco mas sim a audição de dois sons independentes. Explicar o Efeito Reverberação e a função dos parâmetros Ganho e Atraso.

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Mostrar novamente o som com o Efeito Eco e Atraso 0.30s e explicar que o que está a

acontecer são dois sons separados por 0.30s.

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Questionar sobre o que acontece com um Atraso de 0.50s e depois com um Atraso de 0.00s.

Discutir especialmente este último caso. Verificar os dois casos no programa.

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Prever o que acontecerá se o Atraso for 0.01s. Observar. Discutir (tem que se chegar a um ponto em que se compreenda que é um problema de limites do corpo humano). Mesmo que não se note o eco é importante notar que há uma alteração do som original. É importante para uma discussão posterior dos efeitos do eco e reverberação no concertos de música, por exemplo.

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Como determinar esse limite? Realizar a experiência. Geram-se discussões sobre o limite, fazer notar que essa discussão é importante: é díficil de determinar o limite, não há uma medição a efetuar, é subjetivo. Não faz sentido chegar a um valor constante e universal.

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Esse limite depende do tipo de som? Como realizar essa experiência? Realizar a experiência.

(Neste caso pode-se utilizar uma fonte sonora mais curta como a Pop ou Olá)

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Esse limite depende da amplitude do som repetido? Como realizar essa experiência? Antes de realizar a experiência discutir a que é que corresponde, fisicamente, alterar o Ganho do som.

Realizar a Experiência. ◦

Além de procurar o limite deve-se questionar o que eles prevêm que aconteça com um ganho de 0% e 100% e relacionar com a absorção e reflexão dos materiais.

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No limite pode-se mesmo perguntar o que aconteceria se os materiais refletissem todo o som. Colocar brevemente o Efeito Reverberação e ganho 100%.

Cálculo da distância mínima do obstáculo para haver eco •

Insistir na questão Por que é que não se ouve o eco nesta sala? juntar o dado obtido anteriormente (o limite do atraso no som) à discussão.

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Permitir que os alunos calculem a distância sozinhos, fornecer pistas a quem quiser como a velocidade do som (determinado anteriormente), o facto de o som ter de percorrer a distância até ao obstáculo 2 vezes, etc. No caso de se ter obtido vários limites para os vários sons escolher um. Discutir a escolha.

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Discutir que o valor obtido tem um erro associado, relembrar a discussão para obter o limite.

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No caso de o manual apresentar um valor diferente (a maior parte usa o valor 17m) discutir

isto também. Se não estiver explicado no manual de onde surge este valor pode-se usar como exercício para determinar o limite que o manual considerou.

Importância destes fenómenos mesmo quando não se identifica um eco •

Mostrar a distorção de alguns sons (por exemplo) ◦

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Fonte Bateria Ganho 40% Atraso 0.10s alternar entre Normal e Efeito Reverberação

Note-se que por vezes estuda-se formas de usar estes fenómenos propositadamente ◦

Fonte Blue Dot Ganho 60% Atraso 0.04s alternar entre Normal e Efeito Reverberação

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Fonte Blue Dot Ganho 85% Atraso 0.01s alternar entre Normal e Efeito Reverberação

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Fonte Bateria Ganho 85-90% Atraso 0.01s alternar entre Normal e Efeito Reverberação

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Fonte Pop Ganho 95% Atraso 0.01s alternar entre Normal e Efeito Reverberação

Repare-se que não existe nenhuma alteração na frequência das fontes, apenas sobreposição de várias fontes com diferentes amplitudes.

Ficha Técnica Material construído em Javascript com Web Audio API Autor: Ricardo Sousa Rodrigues

Este trabalho está publicado de acordo com uma licença Creative Commons AttributionNonCommercial 3.0 Unported License.