Interferência sonora no diapasão
(e ... uma questão de conceito!)

Prof. Luiz Ferraz Netto
[email protected] 
(original: 23/06/2001)

Apresentação
Os dois ramos de um diapasão oscilam em oposição de fase, determinando uma interferência parcialmente destrutiva do som produzido. Disso decorre a baixa eficiência do diapasão (sem caixa de ressonância). Coloque um diapasão para oscilar (golpeie com o martelo de borracha) e envolva um dos ramos com um tubo de plástico ou vIdro. A intensidade do som produzido aumenta substancialmente. Desenvolva assunto sobre interferência; mostre como ocorre a interferência parcialmente destrutiva no ar envolvente, em diapasão, sem o tubo proposto.

Nota 1: Em janeiro de 2003 recebi uma série de três perguntas feitas por uma consulente desse 'site'. Na ordem:

(1^a) Como surgiu o diapasão? Gostaria de saber algo de sua história;
(2^a) Tem jeito de aumentar o som que ele emite (sem exagerar na pancada)? e
(3^a) Quando encosto o diapasão na caixa de ressonância o som fica mais forte; de onde vem essa energia extra?

A primeira dessas respostas, discutida no Ciencialist ( ([email protected]), uma excelente lista de discussão do Yahoo Grupos, foi gentilmente enviada pelo amigo José Colucci Jr. Com sua autorização para publicação, vamos a ela:

"A física da música é um assunto fascinante, e poderia encher volumes. O diapasão, como fonte de freqüência padrão -- 'som padrão' --, foi inventado por John Shore, trombeteiro real inglês, em 1711. Interessante notar que o piano foi inventado na mesma época.
A freqüência do diapasão foi se alterando através dos tempos. Quando John Shore o inventou, era inicialmente de 419,9 Hz, a mais baixa da história. Atingiu a freqüência mais alta, de 457,2 Hz, em 1879, no
diapasão proposto pelo fabricante de pianos Steinway & Sons, de Nova York. A freqüência atual, de 440 Hz, foi ratificada por Norma Internacional em 1987, na minha cidade adotiva de Toronto.

Em abril de 1988, na Itália, durante a conferência "Música e Estética Clássica", uma campanha mundial foi lançada para restaurar a afinação original do diapasão, usada por compositores clássicos da época de Bach
a Verdi. No sistema proposto, a referência seria um C (dó) central cuja freqüência é de 256 Hz, o que conduziria a um A4 (lá da quarta oitava) de 432 Hz. Apesar do Instituto Schiller, um dos proponentes da mudança, alegar razões que fariam um cético ranger os dentes, a idéia é boa. A voz humana seria a
grande beneficiária da  nova afinação. Boa parte da música clássica vocal e instrumental foi desenvolvida no período em que o diapasão era 'mais baixo'. Não só a música vocal é mais fácil e natural de cantar no
diapasão mais baixo, como os instrumentos acústicos soam melhor, pois foram aperfeiçoados para ele. Há depoimentos de músicos de orquestra e cantores de ópera sobre as vantagens da mudança."

As outras duas perguntas da consulente em questão podem ser respondidas, uma pelo experimento de abertura desse trabalho e outra pela questão de conceito discutida abaixo.

Vamos aqui levantar uma questão de conceito:

O som emitido por um diapasão é tão débil que, de modo geral, é ouvido apenas á pequena distância dele.
Não obstante, se o diapasão é fixado numa caixa de ressonância (caixa retangular de madeira com dimensões apropriadas) seu som é ouvido numa sala relativamente ampla.
De onde aparece, nesse segundo caso, a energia "sobrante"?
Não tropeçamos aqui com uma violação da conservação da energia?

Comentamos:
O som do diapasão amortece paulatinamente, já que a energia de suas oscilações é transferida, pouco a pouco, para o meio circundante.

A dispersão aumenta e transcorre com maior rapidez se o diapasão encontra-se fixado em um ressoador ou simplesmente encostado no tampo de uma mesa, posto que, nesses casos, a transmissão ocorre não apenas via ramos do diapasão como também pela superfície do ressoador ou da mesa.

Desse modo, ainda que nos casos citados se ouça um som mais intenso (reforço), sua duração será menor e a energia emitida resultará igual em ambos os experimentos (diapasão suspenso ou encostado em algo).

O experimento que comprova isso é simples: um osciloscópio - traço duplo - dotado de 2 pequenos amplificadores de áudio e 2 microfones; um microfone é posto a alguns centímetros do diapasão (em ambos os experimentos) e o outro a uns 5 metros de distância. Ajustam-se os ganhos de modo que ambos os microfones sejam sempre sensibilizados.
Feitos os experimentos comprova-se facilmente que nos casos do diapasão encostado em algo (ressoador, tampo de mesa etc.) o fenômeno têm menor duração (vibra durante menor intervalo de tempo) que quando livre.

Nota 2: Sobre a 2^a pergunta de nossa consulente, ainda na mesma mensagem enviada ao Ciencialist, José Colucci Jr. propões uma complementação bastante interessante: 

"Em adição ao experimento descrito no Feira de Ciências --- envolver um dos ramos com um tubo de plástico ou vidro ---, um outro experimento interessante pode ser feito girando-se o diapasão em torno de seu eixo. Os padrões de interferência destrutiva, devido à geometria típica do instrumento, são projetados segundo direção diagonais, em relação às pernas do diapasão. Girando-se o diapasão perto do ouvido, ouve-se o som aumentar e diminuir conforme estamos na região de interferência destrutiva ou construtiva. Nenhum objeto, com exceção de uma esfera cercada por ar de todos os lados, emite o mesmo padrão sonoro em todas as direções. Esse é um problema bem conhecido pelos engenheiros de som quando têm que posicionar um microfone para a gravação de instrumentos acústicos."