Guiões dos Trabalhos Práticos

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1 UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA SECÇÃO DE MATERIAIS ELECTROACTIVOS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA DOS MATERIAIS LICENCIATURA EM ENG.ª FÍSICA Acústica Aplicada Guiões dos Trabalhos Práticos 2005/2006

2 Acústica Aplicada 2 1. Objectivo 1 - Medição de Ruído Cálculo do nível de pressão sonora ponderado equivalente. 2. Material - Dois geradores de ondas. - Osciloscópio. - Dois alto-falantes. - Sonómetro. 3. Procedimento experimental Antes de iniciar o trabalho deve: 1) consultar o manual do sonómetro e familiarizar-se com o seu funcionamento; 2) verifique se o sonómetro está calibrado; 3.1. Efeito da soma de duas fontes 1) Com a ajuda de T s ligue cada um dos alto-falantes a um dos geradores de ondas e também ao osciloscópio, de modo a poder visualizar o sinal que está a aplicar a cada um dos alto-falantes; 2) Seleccione uma onda sinusoidal de cerca de 350 Hz num dos geradores e uma de cerca de 450 Hz no outro gerador; ligue os geradores e ajuste a amplitude de cada onda de modo a que cada alto-falante, isoladamente, gere o mesmo nível de pressão sonora; 3) desligue os geradores; 4) ajuste a escala do sonómetro adequadamente. Durante cerca de 1 minuto, e com o sonómetro a 1 metro da fonte sonora, faça a medição do nível de pressão sonora do ruído de fundo (com filtro de ponderação A, tempo de resposta fast) e registe os valores mínimo e máximo; 5) ligue um dos geradores; 6) ajuste a escala do sonómetro adequadamente. Durante cerca de 1 minuto, e com o sonómetro a 1 metro da fonte sonora, faça a medição do nível de pressão sonora (com filtro de ponderação A, tempo de resposta fast) e registe os valores mínimo e máximo; 7) repita o passo 6), mas agora só com o outro gerador ligado (fonte 2); 8) repita o passo 6) com ambos os geradores ligados (fonte 1+2) Variação com a distância 1) Repita o passo 6) do ponto 3.1 com o sonómetro colocado às seguintes distâncias da fonte: 1 m, 2 m e 4 m; mas antes de cada medição faça a medição do nível de pressão sonora do ruído de fundo (com filtro de ponderação A, tempo de resposta fast) e registe os valores mínimo e máximo; 4. Questões que deve ponderar para a execução do relatório 1) Analise o efeito da soma de duas fontes e compare o valor medido com o valor teórico que deveria obter. 2) Analise a variação do nível de pressão sonora com a distância, comparando com o que seria de esperar teoricamente. 3) Analise se o ruído de fundo afecta significativamente os resultados.

3 Acústica Aplicada 3 4) Analise e comente eventuais discrepâncias entre os resultados obtidos e os esperados. 5) Durante esta experiência fez 6 medições de níveis de pressão sonora, cada uma com a duração de 1 minuto. Admita que no total a experiência durou 30 minutos, e que durante os restantes 24 minutos (i.e., o tempo em não esteve exposto ao ruído da gravação) o L eq(24 min) foi de 60 db(a). Calcule o L eq correspondente aos 30 minutos da experiência e a dose de ruído.

4 Acústica Aplicada 4 Medição de Ruído Data Turno Grupo Alunos assinatura do assistente Dados experimentais 3.1. Efeito da soma de duas fontes Ruído de fundo: SPL MAX = SPL MIN = Fonte 1: Fonte 2: Fonte 1+2: SPL MAX = SPL MIN = SPL MAX = SPL MIN = SPL MAX = SPL MIN = 3.2. Variação com a distância 1 m: Ruído de fundo: SPL MAX = SPL MIN = SPL MAX = SPL MIN = 2 m: Ruído de fundo: SPL MAX = SPL MIN = SPL MAX = SPL MIN = 4 m: Ruído de fundo: SPL MAX = SPL MIN = SPL MAX = SPL MIN = Observações:

5 Acústica Aplicada 5 1. Objectivo 2 - Directividade de um Feixe Sonoro Medição da directividade do feixe sonoro emitido por um conjunto de alto-falantes. 2. Material - 5 alto-falantes. - Amplificador áudio. - Sonómetro. - Gerador de ondas. 3. Procedimento experimental Antes de iniciar o trabalho deve: 1) consultar o manual do sonómetro e familiarizar-se com o seu funcionamento; 2) verifique se o sonómetro está calibrado Medição da directividade do feixe sonoro 1) Registe o nível de pressão sonora do ruído de fundo; 2) ligue o gerador de ondas e o amplificador áudio; 3) ajuste o gerador de ondas para uma onda sinusoidal de 3000 hz; 4) ajuste o ganho do amplificador convenientemente de modo a obter um nível de pressão sonora de cerca de db (ajuste a escala do sonómetro adequadamente) em frente dos alto-falantes, a 2 metros de distância; 5) registe a distância, d, entre os centros das fontes e o número de fontes, N; 5) coloque o sonómetro no suporte, e coloque o suporte sobre a semi-circunferência desenhada no chão na posição 10?. Registe o ângulo e o nível de pressão sonora indicado pelo sonómetro (com filtro de ponderação A, tempo de resposta max hold); 6) vá andando com o suporte ao longo da circunferência e registe o nível de pressão sonora correspondente aos diversos ângulos. Tenha em particular atenção os ângulos em que o nível de pressão sonora diminui ou aumenta; 7) repita este procedimento seleccionando, agora, uma onda sinusoidal com frequência Hz. 4. Questões que deve ponderar para a execução do relatório 1) Com os dado obtidos construa gráficos polares. 2) Compare os resultados obtidos com aquilo que seria de esperar teoricamente, e analise as causas de eventuais discrepâncias.

6 Acústica Aplicada 6 Directividade de um Feixe Sonoro Data Turno Grupo Alunos assinatura do assistente Dados experimentais 3.1. Medição da directividade do feixe sonoro Ruído de fundo: SPL= d= N= Frequência = Frequência = Ângulo [?] SPL [db] Ângulo [?] SPL [db]

7 Acústica Aplicada 7 Observações:

8 Acústica Aplicada 8 1. Objectivo 3 Análise Espectral Realizar a análise espectral em oitavas e 1/3 de oitavas de diversos sons. 2. Material - Alto-falante. - Microfone. - PC e programa em Matlab. - Gerador de ondas. 3. Procedimento experimental 3.1. Medição dos espectros 1) No Matlab execute o programa SPECY2, e ao fazê-lo diga, por exemplo, a letra a durante alguns segundos; 2) registe os valores os valores de p rms, SPL e SPLA fornecidos pelo programa; guarde os dados obtidos, e na pasta work do matlab altere o nome dos ficheiros band (densidade espectral em função da frequência), band1 (análise espectral em oitavos de banda) e band2 (análise espectral em 1/3 oitavos de banda) para, por exemplo, a, a1 e a2 ; 3) execute de novo o programa para outra vogal, e guarde os dados como fez anteriormente; 4) ligue o gerador de ondas e seleccione uma frequência na gama audível; 5) execute de novo o programa para este som, e guarde os dados como fez anteriormente; 4. Questões que deve ponderar para a execução do relatório 1) Com os dado obtidos construa gráficos da análise espectral em oitavos e 1/3 oitavos de banda dos diversos sons e analise-os. 2) Para um dos sons calcule o SPL e SPLA totais e compare com os valores fornecidos pelo programa. 3) Com os dados da densidade espectral em função da frequência de um dos sons calcule o espectro em oitavos de banda e compare com o que obteve.

9 Acústica Aplicada 9 Análise Espectral Data Turno Grupo Alunos assinatura do assistente Dados experimentais 3.1. Medição dos espectros Letra: Nome dos ficheiros: P rms = SPL= SPLA= Letra: Nome dos ficheiros: P rms = SPL= SPLA= Frequência: Nome dos ficheiros: P rms = SPL= SPLA=

10 Acústica Aplicada Ondas Estacionárias numa Corda 1. Objectivo Pretende-se medir a velocidade das ondas transversais num fio de nylon e determinar as frequências de oscilação permitidas num fio de nylon. Pretende-se também relacionar essas frequências de oscilação com o comprimento do fio e a tensão com que é esticado. 2. Material - Oscilador. - Osciloscópio. - Suportes. - Gerador de ondas. - Pesos. - Fita métrica. - Fio de nylon. 3. Procedimento experimental 3.1. Cálculo da velocidade das ondas transversais no cobre 1) Pese um pedaço do fio de nylon e meça também o seu comprimento; registe ambos os valores; 2) realize a montagem experimental ilustrada na figura abaixo; 3) na extremidade do fio suspenda uma massa de 100 g; 4) calcule a velocidade das ondas transversais no fio de nylon Determinação das frequências de oscilação permitidas no fio de cobre 1) Meça o comprimento do fio de nylon; 2) ligue o gerador de ondas; começando em 1 Hz vá aumentando a frequência até notar que o fio de nylon está claramente a vibrar no seu 1º modo de vibração; registe o valor da frequência; 3) vá aumentando a frequência até encontrar o 2º modo de vibração; registe o valor da frequência; 4) continue até encontrar o 3º e 4º modos de vibração.

11 Acústica Aplicada Dependência da frequência de oscilação com o comprimento do fio e a tensão 1) Repita o procedimento descrito em 3.2 (mas apenas para o 1º modo de vibração) para massas suspensas de 200 g, 300 g e 500 g; registe as frequências de oscilação; 2) repita o procedimento descrito em 3.2 (mas apenas para o 1º modo de vibração) para dois comprimentos diferentes do fio de nylon, sendo a massa suspensa 500 g; registe os valores do comprimento e respectivas frequências de oscilação. 4. Questões que deve ponderar para a execução do relatório 1) Compare os valores obtidos para as frequências de oscilação com os valores esperados. 2) Analise a dependência da frequência de oscilação com o comprimento do fio e com a tensão com é esticado.

12 Acústica Aplicada 12 Ondas Estacionárias numa Corda Data Turno Grupo Alunos assinatura do assistente Dados experimentais: 3.1. Cálculo da velocidade das ondas transversais no nylon Massa do fio de nylon : m= Comprimento do fio de nylon: l= Tensão com que está esticado o fio : T= Velocidade das ondas transversais no fio de cobre: c=(t. l/m) 1/2 = 3.2. Determinação das frequências de oscilação permitidas no fio de nylon Comprimento do fio de nylon: L= Massa suspensa : m=100 g Frequência: f 1 = ; f 2 = ; f 3 = ; f 4 = ;

13 Acústica Aplicada Dependência da frequência de oscilação com o comprimento do fio e a tensão Dependência com a tensão Comprimento do fio de nylon: L= Massa suspensa : m=200 g Frequência: f 1 = ; Massa suspensa : m=300 g Frequência: f 1 = ; Massa suspensa : m=500 g Frequência: f 1 = ; Dependência com o comprimento Comprimento do fio de nylon: L 1 = Massa suspensa : m=500 g Frequência: f 1 = ; Comprimento do fio de nylon: L 2 = Massa suspensa : m=500 g Frequência: f 1 = ;

14 Acústica Aplicada Medição da Velocidade do Som no Ar e na Àgua 1. Objectivo Pretende-se medir a velocidade do som no ar através da medição do comprimento de onda de uma onda acústica. Pretende-se medir a velocidade do som na água medindo o tempo de chegada de uma onda acústica. 2. Material - Osciloscópio. - Receptor ultra-sónico (40 khz). - Transmissor ultra-sónico (40 khz). - Suportes. - Gerador de ondas. - Tubo com água. - Régua. 3. Procedimento experimental 3.1. Medição da velocidade do som no ar 1) Realize a montagem experimental ilustrada na figura abaixo; 2) verifique se o transmissor e receptor estão à mesma altura e se a suas faces estão paralelas; 3) ligue o gerador de ondas e o osciloscópio; no gerador de ondas seleccione uma onda sinusoidal de 40 khz e de amplitude de cerca de 5 V (visualize no osciloscópio); ajuste as escalas do osciloscópio se necessário; 4) no osciloscópio deverá visualizar a onda emitida e a recebida; ajuste a distância entre o transmissor e o receptor de modo a que as cristas de onda coincidam; registe a distância entre o transmissor e o receptor; 5) vá afastando o receptor do transmissor visualizando no osciloscópio o número de comprimentos de onda de que afastou o receptor; afaste o receptor, por exemplo, 5 comprimentos de onda; note que no final as cristas de onda devem estar de novo coincidentes; registe o nº de comprimentos de onda de que afastou o receptor e a distância final entre o receptor e o transmissor.

15 Acústica Aplicada Medição da velocidade do som na água 1) Realize a montagem experimental ilustrada na figura abaixo; 2) imersa ligeiramente o transmissor e o receptor na água; registe o comprimento da coluna de água no tubo; 3) seleccione no gerador de ondas uma onda quadrada de Hz e com amplitude aproximadamente 5 V; 4) ajuste convenientemente a escala temporal do osciloscópio; 5) no osciloscópio poderá visualizar a onda quadrada e a onda recebida pelo receptor; no osciloscópio meça o tempo que decorreu entre a transmissão e a recepção, e registe esse valor. 4. Questões que deve ponderar para a execução do relatório 1) A partir dos registos efectuados calcule a velocidade do som no ar e na água. 2) Compare os valores obtidos com os valores tabelados. 3) Sugira outros métodos para a determinação da velocidade do som.

16 Acústica Aplicada 16 Medição da Velocidade do Som no Ar e na Àgua Data Turno Grupo Alunos assinatura do assistente Dados experimentais: 3.1. Medição da velocidade do som no ar Distância (inicial) entre o transmissor e o receptor : Número de comprimentos de onda: Distância (inicial) entre o transmissor e o receptor : 3.2. Medição da velocidade do som na água Distância entre o transmissor e o receptor (i.e., comprimento da coluna de água) : Tempo que decorreu entre a transmissão e a recepção :

17 Acústica Aplicada Estimativa do Tempo de Reverberação de uma Sala 1. Objectivo Pretende-se fazer uma estimativa do tempo de reverberação de uma sala através do registo temporal do nível de pressão sonora. 2. Material - Aparelhagem sonora e duas colunas de som. - Sonómetro (saída analógica: 10 mv/db). - Registador XT. 3. Procedimento experimental Antes de iniciar o trabalho deve: 1) consultar o manual do sonómetro e familiarizar-se com o seu funcionamento; 2) verifique se o sonómetro está calibrado; 3) ligue a aparelhagem sonora (rádio) e ajuste o volume para um valor razoável Registo temporal do nível de pressão sonora 1) Ligue o sonómetro ao registador XT; 2) ajuste a escala do sonómetro adequadamente, seleccione o filtro de ponderação A e o tempo de resposta fast; 3) ajuste e registe a escala do registador XY para um valor adequado, ajuste o zero, e seleccione a velocidade mais alta e registe o seu valor; 4) baixe a caneta do registador e ponha o papel a correr carregando em Start; 5) ligue o rádio e sintonize de modo a ouvir apenas ruído; 6) ao fim de cerca de 5 s desligue a fonte sonora e aguarde que o nível de pressão sonora estabilize num valor correspondente ao ruído de fundo, e em seguida pare o papel carregando em Stop; 7) repita os passos 5) e 6) cinco vezes Características da sala 1) Meça as dimensões da sala; 2) anote de que material são feitas as paredes, tecto e chão e também outras características da sala como, por exemplo, a existência de janelas ou portas e o conteúdo da sala. 4. Questões que deve ponderar para a execução do relatório 1) A partir dos registos efectuados faça uma extrapolação para determinar o tempo de reverberação. 2) Compare o valor obtido com o que seria de esperar tendo em conta as características da sala. 3) Comente o efeito do ruído de fundo nas medições efectuadas.

18 Acústica Aplicada 18 Estimativa do Tempo de Reverberação de uma Sala Data Turno Grupo Alunos assinatura do assistente Dados experimentais: 3.1. Registo temporal do nível de pressão sonora Escala do registador : Velocidade do papel: 3.2. Características da sala Dimensões da sala: - Comprimento = - Largura = - Altura = Anotações acerca da sala: