Este trabalho tem como principais objectivos explicar o que é o som, a diferença entre várias ondas sonoras, possíveis aplicações do som no quotidiano, e cálculo de distâncias utilizando ondas sonoras.

Também realizou-se a construção e programação de uma guitarra eléctrica utilizando materiais LegoMindstorm para exemplificar uma possível aplicação das ondas sonoras bem como para mostrar a diferença entre vários tipos de ondas com diferentes frequências.

O som

O som é a propagação de uma onda mecânica; esta onda propaga se de forma circuncêntrica, apenas em meios com massa e elasticidade, como os sólidos, líquidos ou gases.

Os sons naturais são, na sua maior parte, uma combinação de sinais, mas um som puro é representado por uma sinusóide pura, possui uma frequência (número de vibrações completas por unidade de tempo) que se mede em hertzs (Hz) e uma amplitude que se mede em decibéis (dB). Os sons audíveis pelo ouvido humano têm uma frequência entre 20 Hz e 20.000 Hz. Acima e abaixo desta faixa estão os ultra-sons e os infra-sons, respectivamente.

Sons com frequências baixas são chamados de sons graves e sons com frequências altas são chamados de sons agudos.

Os sons são usados de várias maneiras, muito especialmente para comunicação através da fala ou, por exemplo, música.

Esquema que representa a audição humana. (Azul: ondas sonoras; Vermelho: tímpano; Amarelo: cóclea; Verde: Células receptoras de som; Púrpura: espectro de frequências da resposta da audição; Laranja: Potencial de acção do nervo.

 

Ultra-sons

Os ultra-sons são ondas sonoras que são inaudíveis ao ouvido humano, pois têm frequências superiores a 20.000 Hz. Estas são utilizadas em vários equipamentos tais como sonares em submarinos e em aparelhos de medição. Existem até animais, como os morcegos, que os utilizam para detectar presas.

A distância (d) é calculada através da fórmula:

Em que v corresponde à velocidade, em metros por segundo (m/s), da onda sonora, d corresponde a distância, em metros (m), entre o emissor e o obstáculo, e t corresponde ao tempo, em segundos (s), que a onda demora a percorrer a distância (d).

O sonar da Lego Mindstorms utiliza os ultra-sons para calcular distâncias.

Este sensor emite um ultra-som, que ao colidir com um objecto é reflectido e captado pelo receptor do sensor. Ao registar o tempo que demora entre a emissão e a recepção do ultra-som é possível calcular a distância entre o sensor e o objecto utilizando a fórmula acima referida.

Para calcular a distância multiplica-se o tempo obtido pela velocidade do som no ar (343,4 m/s a 20 ºC) e divide-se por 2 (visto que a distancia obtida no 1º passo é o dobro da distancia que se quer calcular, pois o tempo registado corresponde à “ida e volta” da onda sonora).

Guitarra eléctrica

Decidimos construir uma guitarra eléctrica com peças Lego para exemplificação de vários sons diferentes. 

A guitarra eléctrica foi construída a partir de peças de LegoMindstorm, incluí um brick NXT 2.0 (este será o processador e o interface da guitarra) e um sensor ultra-sons utilizado para medir a distâncias.

Para tocar diferentes notas varia-se a distância (entre o sensor e a barra deslizante) deslizando a barra ao longo do braço da guitarra. A cada medida corresponde uma nota diferente.

Programação

 A programação foi feita utilizando o software Lego Mindstorms NXT 2.0.

 

A programação é dividida em 3 partes:

A 1ª Parte corresponde à medição da distância entre o sensor ultra-sons e a barra deslizante.

 

Esta parte está inserida num loop, ou seja, está sempre a repetir ao longo do programa, isto permite mudar a distância a qualquer momento do programa.

O primeiro bloco desta parte regista a distância medida através do sensor ultra-sons, de seguida o segundo bloco subtrai ao valor da distância 1 para que a primeira nota seja a 2 inches (5 cm) (utilizou se inches em vez de  centímetros pois assim obtém se valores inteiros entre 0 e oito, visto que o braço da guitarra mede cerca de 20 cm, o que corresponde a oito inches).

 

  O bloco seguinte guarde este valor numa variável chamada Fret_Test, que depois no bloco seguinte é comparada para verificar que está num valor entre 1 e 75 (pois quando um objecto está muito próximo do sensor este regista valores superiores a 75).

 

 

 

No próximo bloco se o valor for superior a 75 a variável é reposta pelo valor 1, ou seja, é como tivesse próximo do sensor, se estiver entre 1 e 75 não é necessária nenhuma alteração. 

 

De seguida o valor é novamente verificado. Se for superior a oito então a variável é reposta pelo valor oito (visto que esta é a nota mais alta que se pode tocar), se não não é feita qualquer alteração. Por fim nos dois últimos blocos a variável Fret_test é transformada numa variável final (agora com um valor inteiro entre zero e oito) chamada Fret

A 2ª parte do programa é responsável por mostrar no visor do brick NXT 2.0 a nota correspondente à medida seleccionada. 

Tal como a 1ª parte esta também está inserida num loop, o que permite visionar a nota seleccionada antes de a tocar.

O primeiro bloco (variável Fret) é conectado ao segundo bloco que segundo o valor da variável (de 0 a 8) mostra a nota no visor de acordo com a seguinte tabela:

Valor da Variável Fret

Nota mostrada no visor

0

(Vazio)

1

A (Lá)

2

C (Dó)

3

D (Ré)
4

D# (Ré sustenido)

5

E (Mi)

6

G (Sol)

7

G# (Sol sustenido)
8

A (Lá)

 

Por fim a 3ª parte do programa é responsável por “tocar” as notas. 

Esta parte, tal como as anteriores também está inserida num loop, de modo a que seja possível tocar diferentes notas.

 

 

 Esta parte primeiro verifica se o botão laranja do brick está a ser pressionado ou não.

 

 

 

Se estiver a ser pressionado então toca a nota consoante o valor da variável Fret (a correspondência entre o valor da variável e da nota tocada é a mesma mencionada acima na tabela). O som é continuamente tocado enquanto o botão for premido.

 

  Se não então é parado qualquer som que estiver a tocar.

 

 

 

Conclusão

Através da construção e da programação de uma guitarra eléctrica foi possível perceber as diferenças entre várias notas musicais, bem como a diferença entre ondas sonoras com diferentes frequências. Também foi possível visionar uma aplicação de ondas sonoras (neste caso ultra-sons) para calcular distâncias através da velocidade do som e do tempo que uma onda sonora demora a percorrer uma determinada distância.

Tiago Viegas nº26 12ºB (2010/2011)

Bibliografia

http://www.nxtprograms.com/guitar/steps.html

http://pt.wikipedia.org/wiki/Som

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sonar

Deixe uma Resposta

Preencha os seus detalhes abaixo ou clique num ícone para iniciar sessão:

Logótipo da WordPress.com

Está a comentar usando a sua conta WordPress.com Terminar Sessão / Alterar )

Imagem do Twitter

Está a comentar usando a sua conta Twitter Terminar Sessão / Alterar )

Facebook photo

Está a comentar usando a sua conta Facebook Terminar Sessão / Alterar )

Google+ photo

Está a comentar usando a sua conta Google+ Terminar Sessão / Alterar )

Connecting to %s