Este documento apresenta informações sobre acústica, incluindo conceitos como isolamento acústico, reverberação, tempo de reverberação, absorção sonora, difusão e vibração. Explica como medir o tempo de reverberação de uma sala e como diferentes materiais como lã mineral e placas perfuradas podem ser usados para absorver som.
3. Apresentado por:
José Carlos Giner, BSc (EEng) CEng Aco
Principal Consultor
www.gineraudio.com.br
giner@homexpert.com.br
Home Expert – Acústica – Módulo 3
Todas as fotos e desenhos são de propriedade da Environmental Solutions Consultoria S/S Ltda.
4. 1º. Módulo
Acústica – Isolamento e Condicionamento Acústico
2º. Módulo
Isolamento – Controle de Ruído e Vibração
Condicionamento e Conforto Acústico
Salas Grandes e Pequenas
3º. Módulo
Dispositivos de Controle de Ruído e Vibração
Dispositivos de Controle Acústico
4º. Módulo
Analise e Medição de Descritores Acústicos
Home Expert – Acústica – Módulo 3
6. Acústica Geométrica
Quando o som encontra a superfície de uma sala pode
ocorrer:
Difração
Transmissão
Redirecionamento
Reflexão
Absorção
Difusão
Num espaço fechado, os fenômenos mais audíveis são os
efeitos das reflexões contra as paredes e o teto. O mais
importante destes efeitos é a reverberação ou seja, o
prolongamento dos sons no tempo devido a reflexões
sucessivas. Este fenômeno é comparável àquele das reflexões
do sol sobre a neve ou sobre o mar: a luz parece provir de
todas as direções.
8. Acústica Geométrica
Este método em geral consiste em traçar raios sonoros, a
partir das fontes sonoras, que se refletem, segundo a lei
de Snell/ Descartes sobre as paredes.
Por analogia com os raios luminosos, um raio sonoro
individual constitui um caminho de propagação da fonte
até um ponto de observação. No caso de uma fonte de
ondas esféricas e em campo livre, são semi-retas que
partem do centro das frentes de onda e ortogonalmente a
estas.
9. Acústica Geométrica
O estudo das reflexões é o propósito da acústica geométrica.
Esta fornece uma imagem da distribuição de um som numa
sala.
A acústica geométrica é uma aproximação semelhante a da
óptica geométrica, em que se consideram raios luminosos. A
sua aplicação não se presta a explicar nem modelar certos
fenômenos e propriedades. Em contrapartida, ganha-se muito
em simplicidade, e logo em eficácia: é inegável que o
tratamento de um problema pela acústica geométrica é muito
simples e os resultados obtidos são facilmente visualizáveis e
interpretáveis.
10. Som Direto e Som refletido
Num espaço fechado, um ouvinte recebe de uma fonte sonora, um
único raio direto, ou seja, sem reflexão contra as paredes, e uma
infinidade de raios indiretos que sofreram uma ou várias reflexões.
No exemplo, estão representados num plano o som direto SA e um
único indireto, com as reflexões em B e C. Sendo o trajeto SBCA
mais longo que o trajeto SA, este som indireto chega
necessariamente depois do direto.
De um modo geral, o som direto é seguido de um “cortejo” de sons
indiretos chegando em ordem dispersa e cujas amplitudes vão
decrescendo, devido ao amortecimento geométrico por um lado e
por outro devido às perdas contra as paredes.
11. Atraso Temporal e Eco
O atraso temporal de um som indireto é o intervalo temporal
correspondente ao atraso do som indireto em relação ao direto. Para
uma velocidade do som de 340 m/s, uma diferença de trajeto de 1
metro dá lugar a um atraso temporal em torno dos 3 milisegundos,
uma de 10 metros dá origem a mais ou menos 30 milisegundos de
atraso temporal.
Dada a discriminação temporal do nosso ouvido, um som indireto
será percebido como um eco nítido se o seu atraso temporal for
demasiado grande. Este pode ser o caso se as dimensões de uma
sala excederem 11 metros.
Já para atrasos temporais de 35 milisegundos, pode-se constatar
efeitos nefastos mesmo que não nos apercebamos de um eco nítido.
12. Um eco “trêmulo” é um fenômeno de reflexões múltiplas, por
exemplo, entre duas paredes lisas paralelas. Uma maneira de
se perceber este fenômeno consiste em gerar um impulso,
bater as palmas, uma única vez num local com as
características necessárias.
Flutter Eco (efeito ping pong)
13. A acústica de Sabine ou acústica estatística estuda a
reverberação e os seus efeitos. Ela descreve as propriedades
de uma sala através de uma média espacial: postula uma
uniformidade destas propriedades. A acústica estatística
baseia-se nas seguintes observações:
• num local fechado, o som prolonga-se após a cessação da
emissão por uma fonte sonora.
• se este prolongamento é demasiado grande, os sons que
constituem uma palavra vão se sobrepondo, o que degrada a
inteligibilidade.
• se quisermos ter uma boa conversação, uma boa
inteligibilidade, é preciso que este prolongamento não exceda
um certo limite.
O fim da acústica estatística é controlar este prolongamento
do som.
Acústica Estatística
14. Chama-se reverberação ao fenômeno do prolongamento de um
som após a cessação de emissão por parte de uma fonte sonora.
O prolongamento do som corresponde ao conjunto das reflexões
sobre as paredes da sala - o som vem de todo o lado.
Reverberação
Tempo de Reverberação
Para quantificar a reverberação, Sabine introduziu o conceito de
tempo de reverberação: é o tempo necessário para que o nível
de intensidade sonora decresça em 60 dB após a cessação da
emissão da fonte sonora. Como Sabine demonstrou, o tempo de
reverberação depende do volume do local considerado e da
natureza das suas paredes ou dos revestimentos destas.
15. A medição do tempo de
reverberação efetua-se a
partir da curva de
decrescimento do nível de
pressão sonora quando
da interrupção de uma
fonte de ruído rosa ou de
bandas de ruído rosa de
uma oitava ou terço de
oitava.
Na recepção traçam-se os
decaimentos de nível à
saída dos filtros de oitava
ou de terço de oitava.
Obtém-se assim o tempo
de reverberação em
função da freqüência.
Medição do Tempo de Reverberação
17. Como Sabine constatou, a natureza das paredes ou do
revestimento tem um papel determinante na reverberação. Na
acústica geométrica interessamo-nos pela reflexão de um raio
sonoro incidente sobre uma parede - lei de Snell e Descartes -
sem nos preocuparmos com o aspecto energético.
Ora, nós constatamos que uma parte da energia do som
incidente é absorvida pela parede - ou seja esta energia interage
com a parede - pois o som refletido tem uma energia menor que
a do som incidente Este fenômeno está ilustrado pela figura na
qual as intensidades acústicas dos sons incidentes e refletidos
estão representados pela espessura dos raios.
Absorção
18. A absorção não deve ser confundida com isolamento. Um
material absorvente - por exemplo uma lã mineral - não
é um bom isolante e um material bom isolante - por
exemplo o concreto - não é um absorvente.
Absorção
19. Redução do nível de ruído ambiente e o controle da
reverberação, proporcionando conforto e inteligibilidade da
palavra por emissão natural ou reproduzida eletronicamente.
Absorção
20. Conceitos Acústicos
Materiais – Absorventes
A absorção do som depende de como o material é montado
• com vão de ar
• na superfície
As condições padrão de montagem ASTM são “E400” e “A”
E400 A
21. Absorção Acústica
• Mecanismo resistivo
- Materiais fibrosos e materiais porosos
A energia acústica é dissipada em energia térmica por
atrito viscoso e múltiplas reflexões no interior do material,
assim como pelo movimento relativo das fibras e paredes
das células.
22. Absorção Acústica
• Mecanismo reativo
- Placas perfuradas e Placas vibrantes
A energia contida na onda acústica é dissipada ao
provocar a ressonância do dispositivo reativo de
absorção.
24. Para caracterizar a absorção de uma parede, introduziu-se o
conceito de coeficiente de absorção, tal que: Ir = (1- ) x Ii
em que Ir é a intensidade de raio refletido e Ii a do raio
incidente: Ir é portanto diminuindo de x Ii em relação à
intensidade incidente Ii.
Os valores de estão compreendidos entre 0 (a parede é
perfeitamente refletora e não absorve energia nenhuma) e
1 (a parede absorve toda a energia incidente)
Coeficiente de Absorção
25. Para um dado material, o coeficiente de absorção depende da
freqüência e do ângulo de incidência. Para simplificar, na prática,
considera-se um valor médio sobre todos os ângulos de incidência
admitidos como tendo a mesma probabilidade de ocorrerem.
Tem-se, no entanto, de levar em conta a variação de em função
da freqüência.
Coeficiente de Absorção
26. A fórmula de Sabine para calcularmos o tempo de
reverberação (T), precisamos determinar, volume de uma
sala (V) e área de absorção (A).
Esta escreve-se:
Esta fórmula é uma das mais importantes em acústica de
salas e a sua utilização é universal, porem devido às
simplificações nesta formula de Sabine, esta não é muito
exata e usada pelo menos como primeira aproximação.
Formulas como Eyring e Higini Arau são mais precisas.
Fórmula de Sabine
27. Os materiais porosos mais usuais são:
• fibras minerais
• fibras ou aparas de madeira
• espumas de alvéolos comunicantes
• estuques e rebocos acústicos
• têxteis, carpetes, cortinados
• painéis de materiais leves
Materiais Porosos
28. Um material poroso é constituído por alvéolos de ar
comunicantes envoltos por matéria. Para que exista absorção,
o tamanho do material não deve ser demasiado pequeno em
relação ao comprimento de onda. Isto explica por que os
materiais porosos tem um desempenho excelente na gama de
freqüências mais altas. Nas frequências mais baixas
precisamos de uma grande profundidade para sua eficiência.
Pode-se melhorar a absorção na gama média de frequências e
mesmo na gama de frequência mais graves aumentando a
espessura dos materiais. Em função da densidade do material
observa-se primeiro um crescimento da absorção e depois um
decréscimo.
20 Hz 4,25 metros – 2000 Hz 0,043 metros.
Materiais Porosos
29. Um painel perfurado ou com fendas colocado em frente de
um material poroso tem por efeito diminuir a absorção aos
agudos. Um têxtil de proteção ou de revestimento modifica a
absorção - por vezes significativamente.
Materiais Porosos
30. A presença de público numa sala introduz uma absorção
sonora adicional muito significativa: nas salas de concertos, os
corpos dos espectadores são freqüentemente o fator que mais
contribui para a absorção sonora nas frequências médias e
elevadas.
Existem duas formas de especificar a absorção sonora da
audiência:
-por uma área de absorção sonora equivalente por pessoa A1;
aplicável em todos os casos, mas particularmente quando a
taxa de ocupação é fraca ou quando as pessoas estejam
distantes uma das outras.
Absorção pela Audiência
31. -por um coeficiente de absorção caracterizando as
superfícies da sala ocupada público (por exemplo: platéia),
aplicável quando o público tem uma distribuição densa na
sala - cinema, grandes salas de concertos ou de espetáculos.
A área de absorção equivalente do público é obtida
multiplicando, no primeiro caso, A1 pelo número de pessoas,
e no segundo caso, pela superfície do público.
A absorção sonora por parte da audiência varia muito de
uma sala para outra. É esta a maior causa de erros na
previsão do tempo de reverberação em grandes salas.
Absorção pela Audiência
35. Todas os objetos ou máquinas que têm movimento em seu
trabalho produzem vibrações: Ventiladores, Compressores,
Bombas etc. Além de algumas máquinas, onde sua função
principal é exatamente gerar vibrações ou choques (peneiras
vibratórias, compactadores, martelos de forjaria, prensas etc.)
Se as vibrações forem fortes, estas se propagarão pela base da
máquina e para o piso, prejudicando a estrutura do prédio e,
se estiverem em uma laje causarão ruídos desagradáveis ou
então prejudicarão, em alguns casos, a saúde das pessoas que
permanecem junto a elas.
Há determinados equipamentos que não geram vibrações, mas
não podem receber, como: Transceptores de rádio, máquinas
de medição tridimensionais, balanças de precisão, etc. Para
esses casos, a instalação de amortecedores de vibração
elimina os inconvenientes da vibração ou choque.
Vibração
36. Amortecedor de Vibração
Molas - Frequência natural de 3 Hz, indicado para isolação de
máquinas com frequência de trabalho acima de 6,6 Hz (400
RPM). Construída em mola helicoidal de aço, interior em material
resiliente, o qual ajuda a estabilidade na ressonância (LIGA E
DESLIGA DO EQUIPAMENTO) e por interferência na lateral
interna da mola, filtra as altas frequências (FAIXA AUDÍVEL).
Aplicações: EQUIPAMENTOS DE AR CONDICIONADO CENTRAL,
VENTILADORES, COMPRESSORES, CHILLERS, FAN-COIL,
BOMBAS.
I(%)={1-1/[(Fe/Fn)²-1]}.100
Fe ⌫ FREQ. DE EXCITAÇÃO
Fn⌫FREQ.DO AMORTECEDOR
Vibração
