Até que freqüências você pode ouvir? Qual é a freqüência máxima que um animal pode perceber? Estas duas perguntas só podem ser respondidas se você possui um aparelho que gera sons de freqüências que podem ser variadas numa ampla faixa de valores. É exatamente isso que descrevemos neste artigo: como montar um gerador de sons que vão desde os graves até os ultrassons. Trata-se de um projeto bastante interessante para equipar o laboratório de fisiologia da escola.
É claro que a determinação criteriosa de um problema auditivo de uma pessoa, no caso de doenças, só deve ser realizada por profissionais habilitados.
No entanto, numa demonstração em sala de aula, numa feira de ciências ou como transversal de aulas de biologia um aparelho simples pode ser utilizado.
Ele tanto poderá ser usado com humanos como animais (e até mesmo plantas!) para se verificar até que freqüência um espécime pode ser excitado.
O que descrevemos neste artigo é justamente um pequeno gerador de sons de freqüência variável que pode ser ajustado para produzir desde tons baixos e até sons de frequências que nos mesmos (humanos) já não conseguimos mais, ou seja, os ultrassons.
Experimentos feitos em laboratórios podem ajudar o leitor a identificar animais (insetos, peixes ou outros) que tenham percepção sonora para sons mais agudos, acima dos 20 kHz, que nós mesmos não conseguimos ouvir, conforme sugere a figura 1.
A montagem do aparelho é muito simples e, além disso, ele usa componentes de baixo custo, operando com pilhas comuns o que facilita seu transporte para uma pesquisa de campo.
Como Funciona
Para produzir sons contínuos de freqüências determinadas precisamos de um oscilador de áudio.
Aplicando o sinal gerado num transdutor, por exemplo, um pequeno alto-falante de agudos ou uma cápsula piezoelétrica, temos a produção de sons.
No nosso caso, escolhemos um oscilador que utiliza um único circuito integrado do tipo 555 (barato e fácil de achar), componente que pode operar na configuração estável gerando sinais que superam facilmente os 100 000 Hz (100 kHz).
No nosso circuito a freqüência de oscilação é determinada pelo capacitor C1 e pelos resistores R1 e R2 além do potenciômetro P1. No potenciômetro P1 podemos ajustar a freqüência entre aproximadamente 3 kHz e 30 kHz (lembrando que o limite de audição de uma pessoa comum está entre 15 kHz e 18 kHz tipicamente).
Se o leitor desejar freqüências ainda maiores pode reduzir C1 para 820 pF ou mesmo 680 pF. Para um limite inferior mais baixo, aumente C1 para 2,2 nF ou mesmo 4,7 nF.
Para monitorar o funcionamento do circuito usamos um LED que acenderá quando o sinal de áudio está sendo produzido, mesmo quando não podemos ouvi-lo.
Temos ainda dois terminais na saída (A e B) para a conexão de um frequencímetro externo, caso desejemos calibrar uma escala associada a P1 ou mesmo monitorar de forma precisa a freqüência que do som que está sendo gerado.
O transdutor indicado é uma pequena cápsula cerâmica ou piezoelétrica.
Essas cápsulas perdem o rendimento acima dos 25 kHz tipicamente, mas mesmo assim a intensidade do sinal produzido nessas condições é satisfatória para os experimentos. Pode-se usar um tweeter piezoelétrico também.
Como os tweeters piezoelétricos possuem um pequeno transformador interno com baixa impedância, que não é apropriado para nosso circuito, ele deve ser retirado, conforme mostra a figura 2.
Observação: a forma de onda do sinal gerado não é senoidal, mas sim retangular, o que não é apropriado para um teste mais crítico.
No entanto, como se trata de montagem experimental, os resultados obtidos servem perfeitamente para se ter uma idéia do alcance da capacidade auditiva de alguém em teste.
Montagem
Na figura 3 temos o diagrama completo do nosso projeto.
A montagem pode ser feita numa placa de circuito impresso universal ou mesmo matriz de contactos com a disposição de componentes mostrada na figura 4.
Os resistores são todos de 1/8 W ou maiores e os capacitores C1 e C2 tanto podem ser cerâmicos como de poliéster. C3 é um capacitor eletrolítico com uma tensão de trabalho a partir de 6 V.
O LED é comum de qualquer cor e P1 pode ser um potenciômetro linear ou log. Na verdade, o valor desse componente não é crítico, podendo ser usados tipos de 220 k a 1 M Ω, sem problemas.
O valor do potenciômetro influirá na faixa de frequências mínimas que podem ser alcançadas.
Na figura 5 temos uma sugestão de montagem do aparelho completo numa caixinha plástica Patola, com o transdutor fixado na sua parte frontal.
Outros tipos de cápsulas podem ser colocadas no interior da caixa, sendo feitos furos para a saída do som.
Prova e Calibração
Para provar, basta ligar o aparelho, atuando-se sobre P1 vão existir faixas de posições em que ouvimos um apito contínuo. A calibração é feita ligando-se aos pontos A e B um freqüencímetro comum, conforme mostra a figura 7.
Ajuste a escala do potenciômetro fazendo marcas em pontos correspondentes às freqüências de 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz, 20 kHz e 25 kHz e eventualmente freqüências intermediárias, se houver espaço.
Para usar o aparelho existem diversas possibilidades. Para determinar a freqüência mais alta que você pode ouvir, ajuste inicialmente o potenciômetro no início da escala aumentando a freqüência vagarosamente.
O aparelho não precisa ficar muito próximo da pessoa que está realizando a experiência.
O som vai se tornando mais agudo até o momento em que você deixa de ouvi-lo. Basta então ler o valor da freqüência na escala.
Se puder manter ligado na saída do aparelho um freqüencímetro você poderá ler na sua escala a freqüência máxima do som que você pode ouvir.
Num teste de laboratório você vai verificar que as pessoas têm diferentes limites de audição e que nas pessoas mais velhas esse limite cai bastante de freqüência.
Outras experiências podem ser feitas como, por exemplo, verificando se animais podem ser condicionados com sons de freqüências cada vez mais altas até se chegar àquela em que ele não mais pode atender e por isso não ouve.
Pode-se também alimentar o circuito por uma fonte (para não gastar as pilhas) e deixá-lo ligado num viveiro de sementes em germinação para verificar se sons afetam esse processo.
CI-1 – 555 – circuito interado, timer
LED – LED vermelho comum ou de outra cor
X1 – Transdutor piezoelétrico ou tweeter – ver texto
P1 – 100 k Ω – potenciômetro
S1 – Interruptor simples
B1 – 6 V – 4 pilhas pequenas
R1, R2 – 4,7 k Ω x 1/8 W – resistores – amarelo, violeta, vermelho
R3 – 1,2 k Ω x 1/8 W – resistor – marrom, vermelho, vermelho
C1 – 1,2 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C2 – 100 nF – capacitor cerâmico ou poliéster
C3 – 100 µF – capacitor eletrolítico
Diversos:
Placa de circuito impresso universal ou matriz de contactos, suporte de pilhas, caixa para montagem, botão com escala para o potenciômetro, fios, solda, etc.
