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PME 5422- Acústica Aplicada ao Controle de Ruído Conceitos Fundamentais do Som Carlos Roberto Ilário da SilvaN. USP:5820762.

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1 PME Acústica Aplicada ao Controle de Ruído Conceitos Fundamentais do Som Carlos Roberto Ilário da SilvaN. USP:

2 Apresentação Introdução Introdução Conceitos Fundamentais Conceitos Fundamentais Formas de Onda Sonora Formas de Onda Sonora Grandezas Sonoras e suas aplicações Grandezas Sonoras e suas aplicações

3 O som e o ser humano Permite sensações agradáveis: canto dos pássaros, música; Permite sensações agradáveis: canto dos pássaros, música; Possibilita a comunicação falada; Possibilita a comunicação falada; Alerta e previne: sirene de uma ambulância, o tilintar do telefone; Alerta e previne: sirene de uma ambulância, o tilintar do telefone; Permite realizar avaliações de qualidade e diagnósticos de equipamentos mecânicos; Permite realizar avaliações de qualidade e diagnósticos de equipamentos mecânicos; Entretanto, o som também pode causar incômodos, danos e destruições a sociedade. O som faz parte de nossa vida diária:

4 Ruído Definição física: Todo fenômeno acústico não periódico, sem componentes harmônicos definidos. Definição física: Todo fenômeno acústico não periódico, sem componentes harmônicos definidos. Definição subjetiva: Som indesejado; Definição subjetiva: Som indesejado; Depende de nossa atitude frente ao som emitido; Um mesmo som pode ser considerado como ruidoso para uma determinada pessoa enquanto para outra soa como música a seus ouvidos; Depende de nossa atitude frente ao som emitido; Um mesmo som pode ser considerado como ruidoso para uma determinada pessoa enquanto para outra soa como música a seus ouvidos; Na maioria das vezes, os ruídos geram diversos efeitos indesejáveis: SPL suficientemente elevados; SPL suficientemente elevados; Incômodos; Incômodos; Danificação do sistema auditivo; Danificação do sistema auditivo;

5 Porque estudar os fenômenos acústicos? Melhoria da qualidade de vida do ser humano! Melhoria da qualidade de vida do ser humano!

6 Natureza do Som Som pode ser definido como uma variação de pressão (no ar, água ou algum outro meio compressível) detectável pelo ouvido humano. Som pode ser definido como uma variação de pressão (no ar, água ou algum outro meio compressível) detectável pelo ouvido humano. Não são todas as flutuações de pressão que produzem a sensação de audição. Esta sensação apenas ocorrerá quando a amplitude destas flutuações e suas freqüências estiverem dentro de determinadas faixas de valores, a qual é denominada de faixa de áudio. Não são todas as flutuações de pressão que produzem a sensação de audição. Esta sensação apenas ocorrerá quando a amplitude destas flutuações e suas freqüências estiverem dentro de determinadas faixas de valores, a qual é denominada de faixa de áudio.

7 Faixa de Áudio Conceitos básicos: O sistema auditivo do ser humano consegue detectar sons dentro da faixa de 20 Hz e 20 kHz. Limiar da audibilidade: menor variação de pressão ambiente detectável pelo ouvido humano (2e-5 Pa); Limiar da dor: variação de pressão ambiente capaz de provocar dor (60 Pa);

8 Amplitude: A Período: Intervalo de tempo decorrido para que um ciclo se complete; Freqüência angular: ω=2πf Freqüência: Indica o número de períodos existentes em um segundo; Conceitos Fundamentais Comportamento temporal da pressão sonora

9 Comprimento de onda ( ): Comprimento de onda ( ): distância necessária para que um ciclo se complete; Relação entre comprimento de onda e freqüência : Número de ondas (k): Número de ondas (k): comportamento espacial Relação entre os parâmetros que caracterizam o comportamento temporal e o comportamento espacial de uma onda é dada por:

10 Comportamento espacial da pressão sonora

11 Velocidade do Som nos Fluidos As ondas acústicas propagam-se através de um meio fluido, e sua velocidade c é definida como sendo: As ondas acústicas propagam-se através de um meio fluido, e sua velocidade c é definida como sendo:

12 Onda Sonora Plana As moléculas de ar ao adquirem movimento induzido por alguma fonte sonora (ex. diapasão) transmitem este movimento as moléculas vizinhas através de choques. Não há deslocamento efetivo das moléculas, ou seja, o movimento é transmitido molécula a molécula na forma de uma onda, chamada de onda sonora. A velocidade com que a onda se propaga é chamada de velocidade do som. As moléculas de ar ao adquirem movimento induzido por alguma fonte sonora (ex. diapasão) transmitem este movimento as moléculas vizinhas através de choques. Não há deslocamento efetivo das moléculas, ou seja, o movimento é transmitido molécula a molécula na forma de uma onda, chamada de onda sonora. A velocidade com que a onda se propaga é chamada de velocidade do som. O comportamento temporal e espacial da pressão sonora de um tom puro, pode ser escrita matematicamente como: O comportamento temporal e espacial da pressão sonora de um tom puro, pode ser escrita matematicamente como:

13 O que caracteriza uma onda sonora como sendo uma onda plana é que o ponto no espaço é descrito apenas pela coordenada x, ou seja, a pressão sonora independe das coordenadas y e z. Portanto, em qualquer ponto de um plano perpendicular à coordenada x, a pressão sonora é uniforme em qualquer instante t. Neste caso, diz-se que a pressão sonora está em fase neste plano. O que caracteriza uma onda sonora como sendo uma onda plana é que o ponto no espaço é descrito apenas pela coordenada x, ou seja, a pressão sonora independe das coordenadas y e z. Portanto, em qualquer ponto de um plano perpendicular à coordenada x, a pressão sonora é uniforme em qualquer instante t. Neste caso, diz-se que a pressão sonora está em fase neste plano.

14 Onda Sonora Esférica Pressão sonora apresenta mesma fase em superfícies esféricas com centro na fonte sonora; Pressão sonora apresenta mesma fase em superfícies esféricas com centro na fonte sonora; A propagação mais representativa dos sons se dá na forma de ondas esféricas; A propagação mais representativa dos sons se dá na forma de ondas esféricas; Modelo de geração de ondas esféricas: Modelo de geração de ondas esféricas: O comportamento temporal e espacial da pressão sonora de um tom puro é descrito da seguinte forma: Propagação no sentido crescente de r.Amplitude diminui ã razão de 1/r. Coordenada esférica radial.

15 Forma da Onda Comportamento temporal da pressão sonora; Necessidade de se caracterizar a forma de onda através de um número único representativo; a)Tom Puro b)Ruído

16 Forma da Onda Valor médio da pressão sonora: Valor médio da pressão sonora: Valor absoluto médio da pressão sonora: Valor absoluto médio da pressão sonora: Valor eficaz da pressão sonora: Essa grandeza relaciona-se diretamente com a energia transportada pela onda sonora.

17 Grandezas Sonoras Impedância Característica Razão entre a pressão sonora e a velocidade das partículas; Razão entre a pressão sonora e a velocidade das partículas; Depende do meio de propagação e do tipo de onda presente. Depende do meio de propagação e do tipo de onda presente. Para ondas planas, e esféricas com simetria esférica e para kr grande, a impedância acústica específica (z) é dada por: Para ondas planas, e esféricas com simetria esférica e para kr grande, a impedância acústica específica (z) é dada por:

18 Intensidade Sonora É a quantidade média de energia, na unidade de tempo, que atravessa uma área unitária perpendicular à direção de propagação da onda. É a quantidade média de energia, na unidade de tempo, que atravessa uma área unitária perpendicular à direção de propagação da onda. É uma grandeza vetorial (magnitude, direção e sentido). Para ondas planas e esféricas progressivas subentende- se que a direção e sentido são coincidentes com os da propagação sonora; É uma grandeza vetorial (magnitude, direção e sentido). Para ondas planas e esféricas progressivas subentende- se que a direção e sentido são coincidentes com os da propagação sonora; Ondas progressivas se propagam sem sofrer interferência de outras ondas. Ondas progressivas se propagam sem sofrer interferência de outras ondas.

19 Para ondas esféricas progressivas, temos que: Para ondas esféricas progressivas, temos que: Por analogia a eq. de potência elétrica dissipada: Por analogia a eq. de potência elétrica dissipada: Resistência do meio à propagação de ondas sonoras.

20 Potência Sonora (W) Multiplicando-se a Intensidade Sonora [W/m 2 ] de uma onda esférica pela área da superfície esférica que envolve a esfera pulsante temos: Multiplicando-se a Intensidade Sonora [W/m 2 ] de uma onda esférica pela área da superfície esférica que envolve a esfera pulsante temos: Resolvendo para I r temos a seguinte relação: Lei do inverso do quadrado da distância: A intensidade sonora e o quadrado do valor eficaz da pressão sonora são inversamente proporcionais ao quadrado da distância.


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