ACÚSTICA Módulo 3
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Home Expert – Acústica – Módulo 3 Apresentado por: José Carlos Giner, BSc (EEng) CEng Aco Principal Consultor www.gineraudio.com.br
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? Desliguem os celulares
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.
Acústica Geométrica
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.
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.
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.
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.
Flutter Eco (efeito ping pong) 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.
Acústica Estatística 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.
Reverberação 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.
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.
Medição do Tempo de Reverberação 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
Absorção 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 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 Redução do nível de ruído ambiente e o controle da reverberação, proporcionando conforto e inteligibilidade da palavra por emissão natural ou reproduzida eletronicamente.
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
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.
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.
Absorção Acústica • Dispositivo reativo
Coeficiente de Absorção 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 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.
Fórmula de Sabine 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.
Materiais Porosos 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 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 freqüências mais baixas precisamos de uma grande profundidade para sua eficiência. Pode-se melhorar a absorção na gama média de freqüências e mesmo na gama de freqüência 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 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.
Absorção pela Audiência 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 freqüências 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 -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.
Difusão
O som é disperso uniformemente pela difusão.
Difus達o
Difus達o
Vibração 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 causrão 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 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
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