Acústica, uma ciência diagonal

Pelo som comunicamos com os nossos semelhantes e logramos alargar a perceção do mundo que nos rodeia. Ao Leitor, então, o convite para uma pequena viagem pela história da Acústica, a “teoria dos sons”, como a definiram Diderot e d’Alembert na Encyclopédia (1751).
O facto de a percussão de um corpo sólido dar origem a um som e de, em certas circunstâncias, os sons serem agradáveis para o ouvido, deve ter sido conhecido desde as primeiras épocas de que se tem relato histórico. Assim terá surgido a música como forma de expressão artística - parece ter sido Pitágoras (6.º século aC) quem primeiro analisou as diferenças de alturas dos sons emitidos por cordas de comprimentos diferentes.
O estabelecimento mais evidente da relação entre a altura do som e a frequência deve-se a Joseph Sauveur (1653-1716) que sugere, pela primeira vez, o termo “Acústica” para a ciência dos sons.
Pertence a Brook Taylor (1685-1731) a primeira solução do problema da dinâmica das cordas vibrantes, apresentado em publicação de 1713. Este trabalho abriu caminho aos estudos feitos por Bernoulli, d´Alembert e Euler, com recurso a técnicas matemáticas mais elaboradas. A Bernoulli deve-se também a análise dinâmica das vibrações elementares, contribuindo para uma vibração resultante - principio da sobreposição. Foi o início do caminho que conduziu ao enunciado do célebre teorema de Fourier, apresentado em 1822 na “Teoria Analítica do Calor”.
A extensão dos estudos referidos à análise da vibração de barras e membranas, exigiu o conhecimento da relação entre as deformações dos corpos sólidos e as forças deformadoras; este problema fora resolvido em 1676 por Hooke, que enunciara a lei que ficou conhecida pelo seu nome. No entanto, o estudo da vibração de membranas foi só realizado bastante mais tarde, tendo o prémio instituído por Napoleão para galardoar o seu realizador sido atribuído a Sofia Germain, em 1815.
É de referir que a maior parte dos estudos realizados no século dezanove, relativos a problemas de vibrações, esteve a cargo de matemáticos, o que os levou a enfermar de uma certa carência de evidência experimental. Rayleigh esforçou-se bastante para obviar a esta situação e, efetivamente, hoje em dia encontra-se uma boa ligação entre estudos teóricos e de caracter experimental.
No que respeita à propagação, pode dizer-se que, desde as primeiras observações sobre a produção de som, houve acordo em que a propagação implica certa atividade do ar; Aristóteles deu enfâse a esta aspeto, embora sem ser muito preciso.
Dado que, ao processar-se a propagação de som, não é detetável a agitação do ar, não admira que surgisse quem refutasse os argumentos que a referiam, isto mesmo no século dezassete. O primeiro a tentar demonstrar que a propagação não se realiza no vácuo foi Kircher, em 1650, o que foi demonstrado pela primeira vez por Boyle que pôde concluir, de forma irrefutável, que a propagação se processa com participação do ar.
A medição da velocidade de propagação foi tentada por vários, mesmo antes de ter sido demonstrado que esta se processa só no ar, sendo de referir-se as determinações de Mersenne cerca de 1650, que conduziram ao valor de 450 m/s. Em 1656, Borelli e Viviani, refazem as determinações e encontram o valor de 350 m/s.
Data de 1808, realizada por J.B. Biot, a primeira determinação da velocidade de propagação do som em meios sólidos. Em 1826, Colladon e Sturm procederam a medições da velocidade de propagação do som na água.
A primeira tentativa de teorização do fenómeno da propagação do som no ar deve-se a Newton, que lhe fez referência nos seus “Princípia”. As hipóteses assumidas por Newton mereceram crítica de Lagrange, que apresentou uma formulação aparentemente mais rigorosa e que, todavia, o conduziu a resultado muito semelhante ao de Newton no que se referia ao valor da velocidade de propagação do som, e em desacordo com a experiência. O assunto foi retomado por Laplace que sugeriu, em 1816, que, diferentemente do assumido pelos investigadores precedentes, havia que aceitar as variações de pressão, consequentes da propagação das ondas sonoras, como adiabáticas e não isotérmicas. Obteve assim resultados para a velocidade de propagação em boa concordância com os determinados experimentalmente.
No que respeita aos aspetos da receção do som, durante largo período o único recetor com interesse era o ouvido humano, pelo que o estudo da receção do som se confundiu com o do comportamento do ouvido.
O problema, relacionado com o anterior, da fixação do limiar de audição foi, aparentemente, estudado pela primeira vez por Toepler e Boltzmann em 1870 e retomado mais tarde por Rayleigh.
Em 1843, Ohm, autor da lei bem conhecida do eletromagnetismo, enunciou que os órgãos da audição se comportavam como analisadores de Fourier, realizando a decomposição dos estímulos complexos nos componentes harmónicos. Esta proposição deu estímulo a trabalho considerável no domínio da audição, merecendo destaque particular os estudos de Helmholtz que abriram caminho à pesquisa posterior.
No domínio da acústica de recintos fechados, merece referir-se, como percursor, o nome de Upham, que apresentou, em 1853, um trabalho sobre a matéria. No entanto, a verdadeira fundação da acústica arquitetural deve-se a Sabine, em 1900.
Hoje em dia, tocando na Estética e nas Artes pela Música e as Técnicas Audiovisuais, estendendo-se das Ciências Humanas às Matemáticas, passando-se pela Biologia, a Química e a Física, a Acústica revela, por este seu caracter “diagonal”, uma vocação especial para descobrir correlações entre áreas distintas do conhecimento.

In.Acústica e Ambiente_Newsletter Agosto 2012