Sobre a não-linearidade de fenômenos acústicos e o funcionamento da flauta transversa : uma incursão pela acústica musical

Abstract

A produção de som com instrumentos musicais constitui um referente fundamental para o ensino de acústica na educação básica e superior. Uma das características dos modelos consagrados no ensino de Física para fenômenos acústicos é que, nestes modelos, tais fenômenos são considerados lineares. Com efeito, pesquisas do campo da acústica musical indicam que, no funcionamento de instrumentos musicais, estão envolvidos processos não-lineares fundamentais sem os quais não se pode compreender o funcionamento desses instrumentos. No presente trabalho, contribuímos para a discussão de fenômenos acústicos no ensino de Física, abordando os limites da hipótese de linearidade em acústica musical a partir de um instrumento específico: a flauta transversa. Discutimos a equação de onda acústica (equação que governa a propagação de ondas sonoras em fluidos como o ar), destacando os pressupostos que a sustentam e seu domínio de validade. Com razão, a validade da equação de onda acústica está intimamente ligada à questão da linearidade de fenômenos acústicos e, por isso, esta equação é tão fundamental para a presente discussão. Enfim, abordamos a técnica de excitação da flauta transversa (chamada embocadura) para encontrar nela uma não-linearidade fundamental implicada no processo de produção de som deste instrumento. Acreditamos que a presente discussão é uma contribuição para o refinamento dos modelos consagrados no tratamento didático de fenômenos acústicos no ensino de Física em Educação Superior.

Sound production on musical instruments is a fundamental referent for the acoustics teaching in secondary and higher education. One main feature found amid established models for approaching acoustical phenomena in Physics is linearity. Indeed, researches in the field of musical acoustics indicates that most musical instruments involve fundamentally nonlinear processes without which one can not understand the operation of these instruments. In this paper, we contribute to the discussion of acoustical phenomena in teaching Physics, approaching the limits of the hypothesis of linearity in musical acoustics from a specific instrument: the transverse flute. We discuss the acoustic wave equation (the equation that governs the propagation of sound waves in fluids such as air), highlighting the assumptions that underpin this equation and its validity. In fact, the validity of acoustic wave equation is closely related to the question of linearity on acoustical phenomena. Finally, we discuss the technique of excitation of the transverse flute (embouchure) to find it an essential nonlinearity involved in producing sound with this instrument. We believe that this discussion is a contribution to the refinement of the established models in approaching acoustical phenomena in higher education Physics teaching.