Acústica de ambientes fechados Mini Curso de Acústica Acústica de ambientes fechados Eng. Pedro P. R. Nishida Prof. Dr. Marcus A. V. Duarte

Introdução Para estudar o campo sonoro em um recinto, deve-se considerar diversas variáveis, como por exemplo, a forma geométrica do ambiente, a absorção acústica, reflexões e difrações de várias paredes e as fontes sonoras. Cada ambiente fechado deve satisfazer as condições acústicas para o qual foi projetado. Por exemplo, fábricas e oficinas devem ter um NPS abaixo do permitido (85 dB para uma jornada de 8 horas de trabalho), igrejas e salas de aula devem ter uma inteligibilidade máxima e salas de concerto devem imprimir uma boa qualidade acústica à música.

Crescimento e decaimento da intensidade acústica Quando se liga uma fonte sonora em um recinto, a energia sonora se eleva até atingir um estado estacionário. Neste estado, toda a energia sonora injetada pela fonte é absorvida pelo ar e pelas paredes. A equação diferencial que governa o crescimento sonoro em recintos é: No qual A é a absorção sonora das superfícies do recinto V é o volume da sala, c é a velocidade do som, e é a densidade de energia acústica. W é a energia gerada pela fonte, é o crescimento de energia dentro da sala e é a energia absorvida nas paredes.

Crescimento e decaimento da intensidade acústica Se a fonte sonora foi ligada em t = 0, então a solução da equação diferencial resulta em: Onde é a constante de tempo dada por:

Crescimento e decaimento da intensidade acústica Se a absorção A é pequena e a constante de tempo é longa, um tempo relativamente longo será necessário para que a amplitude de pressão efetiva e a densidade de energia atinjam o valor final (estado estacionário), dado por:

Crescimento e decaimento da intensidade acústica Os resultados vistos anteriormente são aplicados somente em campo difuso, o qual na prática, pode ser gerado em câmara reverberante. Os resultados não podem ser aplicados em salas esféricas onde as ondas tendem a ser refletidas para o centro do ambiente não existindo assim, campo difuso.

Crescimento e decaimento da intensidade acústica - Atenção

Crescimento e decaimento da intensidade acústica A equação diferencial que governa o decaimento sonoro em um recinto é obtida zerando-se W na equação diferencial para o crescimento sonoro em um recinto. Associado ao decaimento sonoro de um recinto, define-se o tempo de reverberação como o tempo necessário para que o nível sonoro do recinto caia 60 dB após o desligamento da fonte. De acordo com Sabine, o tempo de reverberação (desconsidera-se a absorção do ar para salas pequenas) é dado por: No qual V é o volume do recinto e A é a absorção sonora total do recinto.

Crescimento e decaimento da intensidade acústica Crescimento e decaimento sonoro em recintos:

Crescimento e decaimento da intensidade acústica O tempo de reverberação de acordo com Sabine foi deduzido para campo difuso não sendo aplicável para o caso de recintos com alto coeficiente de absorção, ou seja, com um pequeno tempo de reverberação. Aproximação para o tempo de reverberação sugerido por Eyring para ambientes de alta absorção: Onde V é o volume da sala em , S é a área interna da superfície da sala em , e é o coeficiente de absorção médio dado por:

Crescimento e decaimento da intensidade acústica Aproximação para o tempo de reverberação sugerido por Millington e Sette: No qual é a área do i-ésimo elemento do recinto em e é o coeficiente de absorção sonora.

Crescimento e decaimento da intensidade acústica Tempo de reverberação recomendado para recintos destinados a diversos usos em função do volume, nas bandas de 1/1 de oitava para freqüências centrais :

Campo Sonoro em Salas - Sabine O campo sonoro no interior de uma câmara reverberante em regime permanente é uma combinação do som que provém diretamente da fonte com o som que é refletido pelas superfícies que delimitam a câmara. Em termos de nível de pressão sonora, essa relação pode ser dada por:

Campo Sonoro em Salas - Thompson Bom para ambientes industriais relativamente vazios

Campo Sonoro em Salas - Hodgson Bom para ambientes industriais com Lx ≈ Ly >>> Lz

Campo Sonoro em Salas Onde r é a distância da fonte ao ponto de observação, __ é o fator de diretividade da fonte, A é a absorção sonora total da câmara e NWS é a potência sonora da fonte. Na equação 7.12 relaciona-se ao campo direto e relaciona-se ao campo reverberante.

Campo sonoro em Salas O campo sonoro no entorno da fonte sonora é subdividido em quatro campos: campo próximo, campo remoto, campo livre e campo reverberante. Devem-se evitar medições no campo próximo pois o nível sonoro varia significativamente com uma pequena mudança na posição do microfone. Essa região estende-se até meio comprimento de onda da menor freqüência emitida pela máquina ou pelo dobro da dimensão característica da máquina.

Campo Sonoro em Salas

Redução de ruído por absorção Dois campos sonoros são produzidos por uma fonte em ambientes internos: campo direto e o campo reverberante. Relação entre o nível de potência sonora de uma fonte e o nível de pressão sonora gerado por esta a uma distância r: No qual é o fator de diretividade e relaciona-se ao campo direto e A é a absorção da sala dada por , no qual é o coeficiente de absorção médio das superfícies. relaciona-se com o campo reverberante.

Redução de ruído por absorção Na situação em que r é pequeno, ou seja, próximo às fontes sonoras, predomina sobre e o nível de pressão sonora é em grande parte devido ao som direto. Portanto, quando um trabalhador estiver próximo a uma máquina ruidosa, ele será mais afetado pelo som direto e a absorção sonora terá pouca influência no nível sonoro para o trabalhador. Quando predomina sobre , então o nível de pressão sonora será em grande parte devido ao som refletido. Portanto, um trabalhador mais afastado da máquina (com r grande), será mais afetado pelo som refletido. Assim, a utilização de absorção sonora nas superfícies do recinto beneficiará aquele que está mais distante da máquina e não aquele que está mais próximo.

Redução de ruído por absorção Efeito da absorção:

Redução de ruído por absorção Barreiras em recintos são tão eficientes quanto barreiras externas. Barreiras internas devem ser revestidas com material de absorção no lado da fonte e nas bordas. Barreiras não são eficientes em campo difuso.

Redução de ruído por absorção Exemplo de barreira interna. Biombo de fabricação Acústica São Luiz:

Freqüências características e densidade modal Freqüências e modos de ressonância para uma sala de 7x4,5x2,5m:

Bibliografia KINSLER, L.E.,FREY A.R.,COPPENS A.B. and SANDERS J.V., Fundamentals of Acoustics,Third Edition, John Wiley & Sons, 1982. BISTAFA, S. R., ACÚSTICA APLICADA AO CONTROLE DE RUÍDO, EDITORA EDGARD BLÜCHER,2006. GERGES, S. N. Y., RUÍDO - Fundamentos e Controle, Imprensa Universitária da UFSC, Florianópolis, 2a Ed., 2000. BERANEK, L. L., Noise Reduction, Robert E. Krieger Publishing Company, New York, 1980.