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Cálculo da distância mínima a um obstáculo para produção de eco

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.

Suporte Este programa usa o Web Audio API da Google que é um excelente Javascript API para processar e sintetizar som em aplicações web. Infelizmente ainda está numa fase de desenvolvimento inicial e não faz parte dos standards da web. Apenas versões recentes do Google Chrome e Safari o suportam, portanto neste momento apenas esses browsers podem ser utilizados para correr esta simulação. Mesmo a versão Linux do Chrome não suporta todas as funcionalidades da aplicação.


Utilização Para abrir o programa clicar em http://kwak.freehostia.com/fisica/som com um browser (Google Chrome ou Safari).

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

Normal – permite ouvir o som original

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

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.

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. ◦ 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.


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

Selecionar Efeito 1 e colocar um Atraso de 0.30s.

O fenómeno é facilmente identificado como um eco.

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

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

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


Discutir os dois termos associando-os à diferença identificada.

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.

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?)

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

O programa deve estar 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.

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.

Questionar sobre o que acontece com um Atraso de 0.50s e depois com um Atraso de 0s. Discutir especialmente este último caso. Verificar os dois casos no programa.

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.


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.

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)

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. ◦ 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.

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.

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


o limite. •

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) ◦ 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 ◦ Fonte Blue Dot

Ganho 85% Atraso 0.01s alternar entre Normal e Efeito

Reverberação ◦ Fonte Bateria

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

Reverberação ◦ 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.


Atividade Experimental Eco