Ataques Sônicos – Como ocorrem e quais são seus efeitos (ART3906)

Em 1º de outubro de 2017, tive uma pequena gravação no programa “Fantástico” da TV Globo de São Paulo (*), dando algumas explicações técnicas sobre o ataque ocorrido na Embaixada Americana em Cuba quando teriam sido usadas ondas acústicas ou onda sônicas. Evidentemente, o tempo restrito de minha participação não permitiu que fossem dadas explicações completas sobre o assunto, o que vou procurar complementar com este interessante artigo, para os que desejam saber mais.

(*) Clique aqui para ver a matéria original no G1.

Imagem do Fantástico (Globo – 02/10/2017) com a participação de Newton C. Braga – Na imagem o autor utiliza um diapasão para mostrar a emissão de som captada por um aplicativo em seu celular que mede a frequência.

Na realidade, a ideia de armas sônicas ou armas acústicas que poderiam ser usados em ataques como o ocorrido na embaixada americana em Cuba não é nova.

Podemos dizer que usar sons ou vibrações mecânicas de um meio material (como são definidas pela física) já é algo explorado há milhões de anos pela natureza.

O fato é que, transportando energia, as ondas acústicas que explicaremos detalhadamente mais adiante, possuem um poder destrutivo.

Assim, podemos começar com o interessante caso do “camarão pistola” ou “camarão de estalo” que produz uma onda de choque sônico capaz de atordoar suas presas ou inimigos, possibilitando assim o ataque.

Este pequeno animal possui um órgão que produz uma onda de choque acústico que se propaga na água. Esta propagação é facilitada pelo fato de que nos meios líquidos a velocidade do som é maior do que no ar (340 m/s) conforme a tabela abaixo.

Líquido	Temperatura (°C)	Velocidade (m/s)
Acetona	20	1 192
Benzeno	20	1 326
Álcool etílico	20	1 180
Glicerina	20	1 923
Mercúrio	20	1 451
Álccol metílico	20	1 123
Água comum	25	1 497
Água do mar	17	1 510 a 1550 (*)
Água pesada	25	1 399
Gasolina	34	1 250

(*) Depende da densidade, variando de local para local

Um interessante vídeo no Yutube mostrando o efeito de “tiro” que o animal produz pode ser assistido no link: https://www.youtube.com/watch?v=02m9EXbwKMU

Mas como tudo isso é possível? Porque o som tem efeitos destrutivos? Quais são os efeitos sobre o organismo humano?

É o que veremos

A Natureza do som

Se bem que nos nossos livros “Curso Básico de Eletrônica” e “Curso de Som” o leitor possa encontrar explicações mais técnicas, vamos procurar ser mais didáticos de modo de modo que mesmo os “não eletrônicos” possam entender.

As ondas sonoras são vibrações mecânicas necessitando para se propagar de meios materiais. No vácuo o som não se propaga.

Na lua seria impossível uma conversação, já que ela não possui atmosfera e os "sons de explosão" no espaço que vemos nos filmes de ficção consistem numa aberração, pois lá tudo é silêncio. No ar, o som se propaga na forma de ondas de compressão e descompressão, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 - O som consiste em ondas de compressão e descompressão do ar

Assim, um alto-falante, ao reproduzir um som, empurra para frente o ar para produzir uma onda de compressão e depois ao se mover em sentido contrário, o puxa de modo a produzir uma onda de descompressão. Tanto a compressão como a descompressão se propagam com a mesma velocidade que, no ar em condições normais de temperatura e pressão, é da ordem de 340 metros por segundo.

Quando estas ondas de compressão e descompressão atingem nossos ouvidos elas atuam sobre uma fina membrana em seu interior, denominada tímpano, que transmite as vibrações ao sistema interno. O sistema mecânico interno de nossos ouvidos, formado por alguns ossos móveis muito delicados, “traduz” as informações sobre a natureza do som captado e as envia ao cérebro por meio de ligações nervosas. Na figura 2 temos uma visão em corte de nosso ouvido.

Figura 2 – Estrutura do ouvido

Espectro Audível

Existe um limite bem definido para o tipo de vibrações sonoras que nossos ouvidos podem perceber. Assim, temos inicialmente um limite inferior para as frequências das vibrações que determina a nossa faixa de audição e que está em torno de 16 a 20 hertz ou 16 a 20 vibrações por segundo.

Este limite corresponde aos sons mais graves que podemos ouvir. Não podemos ouvir vibrações que ocorram mais lentamente do que na taxa de 16 por segundo.

À medida que a frequência dos sons ou vibrações aumenta, eles vão produzindo sensações diferentes. Inicialmente graves, eles se tornam médios e depois agudos até que o valor máximo que podemos perceber é atingido. Para as pessoas comuns o valor varia um pouco, mas está em torno de 16 000 Hertz para as pessoas normais.

Esta frequência corresponde ao som mais agudo que a maioria das pessoas pode ouvir. Veja a figura 3 onde mostramos um gráfico que representa a faixa audível, ou seja, onde estão aos sons de todas as frequências que podemos ouvir.

Figura 3 – Faixa ou espectro audível

Abaixo do limite inferior temos a faixa dos infrassons e acima do limite superior de audição temos as vibrações denominadas de ultrassons. Existem animais como o morcego, o golfinho e até mesmo o cachorro que possuem um limite superior de audição acima do nosso. Estes animais conseguem ouvir os ultrassons até de frequências que em alguns casos chegam aos 100 000 Hz ou 100 quilohertz!

Faixas diferentes para diferentes pessoas
A faixa audível pode ser considerada como válida para a média das pessoas. Além de mudar de pessoa para pessoa, ela também muda com a idade. À medida que envelhecemos, nossa faixa de audição se estreita e deixamos de ouvir as frequências mais altas e mesmo as mais baixas.

Características dos Sons

a) Altura de um Som

A altura de um som é a característica que está ligada a sua frequência. Dizemos que um som é mais alto que outro quando sua frequência é maior.

Os sons de frequências mais baixas são denominados graves, depois temos os médios e finalmente os agudos. Um som mais alto é, portanto, um som mais agudo. Para os instrumentos musicais podemos dizer que o som do violino é mais alto do que o som do violão.

Não devemos confundir a altura do som com sua intensidade ou volume que explicamos a seguir.

b) Volume ou Intensidade

O volume ou intensidade é a característica do som ligada à força com que as ondas de compressão e descompressão ocorrem. O volume ou intensidade são associados à potência do som.

Dois amplificadores que possuam potências diferentes, quando ligados ao máximo volume, produzem sons com volumes ou intensidades diferentes. A representação de dois sons com a mesma frequência nas intensidades diferentes é feita conforme o leitor poderá ver pela figura 4.

Figura 4 – A intensidade do som é dada pela sua amplitude

Veja que representamos o som por “ondulações” ou ondas que indicam os pontos de maior e menor compressão, ou seja, os “picos” e “vales”.

Essa representação é usada com outros tipos de “vibrações” como, por exemplo, ondas de rádio, luz, etc.

Lembramos que as ondas sonoras transportam energia e que essa energia pode ter efeitos destrutivos. Assim, o som ouvido em grande intensidade, como ocorre em muitas casas noturnas, shows e mesmo pelos que usam fones, pode causar problemas auditivos como a diminuição da capacidade auditiva e até mesmo a surdez completa.

As ondas sonoras de grande intensidade são até usadas em ferramentas e equipamentos de limpeza. Sua energia, por exemplo, pode ser usada para a limpeza de objetos de metal (joias, por exemplo) em limpadoras ultrassônicas, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Uma limpadora ultrassônica

E, no nosso caso, esta energia tem efeitos destrutivos e perigosos para os organismos vivos, conforme trataremos agora.

Efeitos sobre o organismo humano

Um primeiro efeito que podemos citar é justamente o que ocorre com os sons audíveis atuando sobre nossos ouvidos.

Para maior facilidade de representação das intensidades sonoras e mesmo de seus cálculos é adotada uma unidade logarítmica chamada Bel. O que se faz então é adotar para a medida da intensidade sonora uma unidade logarítmica.

Esta unidade é o Bel, e na prática trabalhamos com décimos de bel ou decibéis, abreviado por dB. Veja na figura 6 a curva de sensibilidade do ouvido humano para os sons de diversas frequências com a escala em dB.

Figura 6 – Curva de sensibilidade do ouvido humano – observe que a maior sensibilidade está em torno de 3 kHz.

A tabela dada a seguir nos mostra os níveis sonoros relativos em dB de algumas fontes comuns, para que o leitor tenha uma ideia de como essa escala funciona.

Fonte sonora	Nível sonoro
Respiração normal	10 dB
Quarto de dormir silencioso	35 dB
Conversação em voz normal	45 dB
Pessoas conversando com voz um pouco elevada	60 dB
Festa barulhenta	90 dB
Rua movimentada	90 dB
Concerto de Rock	120 dB
Trovão	120 dB
Jato decolando (30 m de distância)	140 dB

Nossos ouvidos podem ter danos irreversíveis de submetidos a sons intensos. Assim, tanto maior a intensidade do som, maior será o dano em curto prazo.

Uma interessante pesquisa realizada pelo governo de um país europeu há alguns anos mostrou que no exame de audição jovens para servir o exército, uma boa parte deles estava com a audição irreversivelmente comprometida por ouvirem constantemente som com o volume elevada em seus equipamentos de som e nas casas noturnas que frequentavam.

Mas o perigo vai além disso.

Armas Sônicas e ataques

Conforme explicamos, as ondas sonoras transportam energia. Tanto mais energia quanto maior sua intensidade. Mas, também a frequência pode influir no modo os sons atuam sobre os organismos vivos.

Em 1992 publicamos em uma revista técnica um interessante projeto de um “circuito de pânico” (*) que combinava sons e ultrassons de modo a perturbar as pessoas. Este projeto foi posteriormente publicado no nosso livro “Bionics for the Evil Genius” nos Estados Unidos em 2006 e traduzido para o chinês em 2007.

(*) http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica/57-artigos-e-projetos/10223-circuito-de-panico-art2319

Figura 7 - Livros em inglês e chinês em que o projeto também foi publicado

Se bem que o projeto foi apenas experimental, o assunto acabou sendo repercutido em diversos lugares, e até mesmo na série americana “Myth Busters” foi gravado um capítulo sobre o assunto.

A ideia básica dos pesquisadores é que os ruídos de baixas frequências (infrassons) em grande intensidade seriam sentidos de forma mais evidente pelo estômago e intestinos causando mal-estar e náuseas e em casos extremos até mesmo o descontrole intestinal.

Na época o termo “ruído-marrom” (Brown noise) em alusão a cor das fezes, foi utilizado para designar ruídos de baixa frequência (infrassons) capazes de ter efeitos sobre o organismo humano.

Em nossa estória “O Oscilador Disentérico” exploramos o assunto com o nosso herói Prof. Ventura, criando um oscilador capaz de gerar ultrassons e infrassons para espantar pássaros que acabou por afetar uma cidade inteira com o descontrole intestinal. Veja a estória no link: http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/component/content/article/191-saga-escatologica-de-epaminondas-portentoso.html

Figura 8 – Ilustração para a estória do Prof. Ventura, Beto e Cleto

Com base nos efeitos reais, ainda que controvertido, não se deixou em pensar no uso dos sons, ultrassons e infrassons como armas e isso já vem de alguns anos.

Os próprios americanos criaram armas sônicas e dispositivos capazes de produzir efeitos interessantes sobre as pessoas.

Um deles, já usado de forma prática é um emissor usado em manifestações que causa desconforto na multidão, desestimulando-as a prosseguir.

Na foto (da internet) a Polícia Americana usando uma arma sônica para dispersar manifestantes num protesto em Pittsburgh.

Figura 9 – armas sônicas reais

Uma característica interessante que pode ser usada em determinados momentos para ataques ou mesmo recursos de defesa está justamente no fato de que as pessoas possuem diferentes capacidades auditivas, no que se refere ao espectro que podem ouvir.

Os jovens podem ouvir frequências mais elevadas que os adultos e pessoas mais velhas.

Para um adulto é comum que sua adição não passe de 10 000 ou 12 000 Hz chegando em alguns casos a 13 000 Hz. No entanto, os jovens pode ouvir 15 000 e até mesmo sons de frequências maiores, sendo comuns os que alcançam 18 000 Hz.

Usando um aplicativo de nosso celular e que explicaremos como usar em outro artigo ensinamos como é possível determinar sua faixa própria de audição.

O fato é que levando em conta que uma frequência de 14 000 Hz será ouvida pela maioria dos jovens, mas não pelos adultos, um Shopping nos Estados Unidos usou um potente oscilador nesta frequência para “incomodar” e desestimular os pequenos “bagunceiros” que o frequentavam muito mais para atormentar as pessoas do que para comprar alguma coisa.

Emissores potentes de ultrassons são usados nas proximidades de aeroportos para espantar pássaros que poderiam entrar na turbina de um avião causando um desastre e em lavouras e silos para espantar pássaros e pequenos roedores.

É claro que os efeitos podem ser ainda maiores com a destruição de paredes e outros alvos.

Figura 10 – Uma arma sônica de destruição

A ilustração acima mostra o que seria uma arma sônica potente se bem que ainda não tenhamos notícia de que seria real.

Ressonância e som Brontofônico

Os corpos, dependendo de sua forma, dimensões e do material de que são feitos tendem a vibrar numa determinada frequência.

É por esse motivo que, quando batemos numa barra de metal pequena e numa barra grande os sons produzidos possuem frequências diferentes. Cada barra tende a vibrar na sua frequência própria, conforme o leitor poderá ver pela figura 11.

Figura 11 – Barras de comprimentos diferentes vibram em frequências diferentes

Um instrumento, de grande utilidade para afinação de instrumentos musicais, que se baseia totalmente na ressonância é o diapasão. Conforme poderemos pela figura 12, ele consiste numa barra de metal em forma de forquilha que, ao ser excitada (batida ou vergada) produz som numa frequência fixa, normalmente a nota fá de 440 Hertz na qual se baseia a afinação de uma grande quantidade de instrumentos musicais.

Figura 12 – Diapasão em caixa de madeira, como os usados nos laboratórios de física – O autor utilizou um na sua demonstração no programa Fantástico

A ressonância pode ser um fenômeno desejado ou indesejado em muitas aplicações que envolvam som. Ela é desejada quando precisamos produzir um som de uma frequência fixa e podemos aproveitar as características físicas de um objeto. Os instrumentos musicais se baseiam totalmente nisso.

Ela é indesejada, quando a presença de vibrações mais fortes na frequência em que um corpo tende a vibrar traz algum tipo de problema.

Um cálice que entre em vibração pela voz de uma soprano entrando em ressonância pode estilhaçar. Um edifício que entre em vibração na frequência de ressonância pode desabar.

O nome Brontofônico para determinados tipos de som vem do latim significando “trovão”. Este termo descreve uma espécie de som que excitando os objetos faz com que eles vibrem numa frequência diferente. É o som produzido pelos vidros de uma janela que vibra com as ondas de baixa frequência de um trovão. Este tipo de som pode ser usado em ataques sônicos, se bem que pouco se tem divulgado a seu respeito.

E o que ocorreu em Cuba?

Os primeiro fato importante que deve ser levado em conta ao se analisar o que teria ocorrido em Cuba é que infrassons e ultrassons podem afetar o organismo humano causando desde danos irreversíveis quando aplicados em grande intensidade, como também desconforto como náuseas, dores de cabeça, tonturas e até mesmo descontrole intestinal.

O segundo fato é que uma fonte potente que dirigisse essas vibrações para a embaixada ou para as casas dos funcionários não seria percebida. Apenas seus efeitos apareceriam depois de certo tempo sem que as pessoas se dessem conta de sua origem.

Foi provavelmente o que ocorreu.

Fontes poderosas de ultrassons ou infrassons (ou os dois) teriam sido responsáveis pelos efeitos sobre os funcionários que só perceberam que havia algo anormal quando eles se manifestaram.

Existe defesa?

O que existe é a possibilidade de se detectar essas vibrações.

Sensores que usem microfones que alcancem a faixa dos ultrassons e dos ultrassons facilmente indicariam a presença dessas vibrações num ambiente. Eles são simples de se montar e até existem tipos prontos para venda.

Não entendemos como, uma embaixada num local crítico como é Cuba, e que normalmente faça uso de recursos eletrônicos mais avançados como detectores de transmissores espiões, localizadores, etc. não tenha se prevenido com um simples detector sônico.

Na foto um exemplo de detector de ultrassons comercial que alcança de 5 kHz a 235 kHz.