Conforto Acústico em Salas de Aula Climatizadas

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1 Conforto Acústico em Salas de Aula Climatizadas Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica na Especialidade de Energia e Climatização de Edifícios. Ana Catarina Queimado Costa Orientadora: Professora Doutora Cláudia Dias Sequeira Faro, Novembro de 2014

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3 Copyright by Ana Catarina Queimado Costa, Março, 2014 Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado em Energia e Climatização de Edifícios - Departamento de Engenharia Mecânica, Instituto Superior de Engenharia da Universidade do Algarve, Faro, Portugal, Esta tese de mestrado não está escrita de acordo com o novo acordo ortográfico. iii

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5 Aos meus Avós, Armanda e Jorge, Vicência e Joaquim. Nem todos podem ser ilustres, mas todos podem ser bons Confúcio v

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7 Agradecimentos Ao realizar esta dissertação, não posso deixar de expressar o meu profundo agradecimento a todas as pessoas que, directa ou indirectamente, contribuíram para que o meu percurso me trouxesse até aqui. Os meus primeiros agradecimentos vão para os meus pais, Adélia e Rui, por todo o amor e carinho com que me criaram, por todo o apoio, incentivo e força que sempre me transmitiram nos momentos de desânimo e por todos os valores que me transmitiram e que fizeram de mim o que sou hoje. Quero também agradecer ao Professor Eng. Eduardo Volta e Sousa e à sua esposa, a Professora Isabel Volta e Sousa, pelos preciosos ensinamentos, pela disponibilidade e pelo grande apoio. Mais do que professores são verdadeiros amigos. Agradeço igualmente ao Professor José Dourado e ao seu colaborador André Domingos, pelo empréstimo dos equipamentos necessários à realização desta tese, pela paciência e pela disponibilidade prestada. Por fim, agradeço à orientadora desta dissertação, a Drª Cláudia Sequeira. A todos o meu sincero obrigado! vii

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9 Resumo O presente trabalho pretende analisar e caracterizar a qualidade acústica de salas de aula de dois edifícios escolares, construídos em diferentes épocas, pertencentes ao Instituto Superior de Engenharia, situado no Campus da Penha da Universidade do Algarve. O ambiente escolar é destinado à formação intelectual e profissional de cada cidadão. As salas de aula são espaços onde os ocupantes permanecem grande parte do seu dia e onde uma boa acústica é fundamental para a aprendizagem e concentração. A voz é o principal meio de transmissão de conhecimento, o que torna essencial uma perfeita compreensão entre alunos e professores. Assim sendo, o ruído pode tornar-se extremamente incomodativo e prejudicial. É também de extrema importância analisar e caracterizar o ruído proveniente de equipamentos de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado. Estes equipamentos são de uso habitual e aconselhado pois permitem manter e controlar a temperatura e humidade em níveis adequados à produtividade e bem-estar dos ocupantes do espaço. No entanto, estes equipamentos podem também tornar-se fontes de Ruído devido a deficiências de projecto, má instalação ou manutenção desadequada. Palavras-Chave: Acústica, Ruído, Acústica em salas de aula, Tempo de Reverberação, Inteligibilidade da Palavras, Ruído de Equipamentos. ix

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11 Abstract The present work aims to analyze and characterize the acoustic quality of classrooms of two school buildings, built at different times, belonging to the Institute of Engineering, situated on the Campus of Penha of the University of Algarve. The school environment is for the intellectual and professional formation of every citizen. The classrooms are spaces where occupants remain a large part of their day and where good acoustic is fundamental for learning and concentration. The voice is the primary mean of knowledge transmission, which makes it essential to a perfect understanding between students and teachers. Therefore, the noise can become extremely troublesome and harmful. It is also of extremely importance to analyze and characterize the noise from Heating, Ventilation and Air Conditioning equipment. This equipment is recommended for regular use and allow to maintain and control the temperature and humidity at appropriate levels of productivity and well - being of the occupants of the space. However, this equipment may also become sources of noise due to deficiencies in design, inadequate maintenance or improper installation. Key Words: Acoustics, Noise, Acoustics in Classrooms, Reverberation Time, Word Intelligibility, Noise Equipment. xi

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13 Índice Índice de Figuras...5 Índice de Tabelas...7 Símbolos e Abreviaturas Introdução Enquadramento e Motivação O Ambiente Escolar Objectivo Estrutura da Dissertação Fundamentos Teóricos Características do Som Frequência Intensidade Timbre Duração Pressão, Intensidade e Potência Sonora Propagação do Ruído Fontes de Ruído Ruído Externo Ruído Interno Ruído de Equipamentos Acústica de Edifícios Sons Aéreos Sons de Percussão Transmissão Sonora Transmissão Marginal a Sons Aéreos Transmissão Marginal de Sons de Percussão Qualidade Acústica de Salas de Aula Tempo de Reverberação Inteligibilidade da Palavra AI Índice de Articulação SIL Nível de Interferência na Conversação RASTI Ruído de Fundo Relação Sinal/Ruído... 50

14 4.5. Tempo de Decaimento Inicial Definição e Clareza Geometria e Reflexões Úteis Legislação Portugal Outros Países França Alemanha Espanha Reino Unido Estados Unidos Brasil Caso de Estudo Amostra em Estudo Equipamentos de Medição Metodologia Ruído de Fundo Tempo de Reverberação Isolamento Sonoro a Ruídos Aéreos entre salas Resultados Sala Sala Comparação entre Salas Estudo Estatístico Tempo de Reverberação Isolamento a ruídos aéreos entre salas Dn,T Isolamento a ruídos de percussão L,nT Isolamento a ruídos aéreos de fachada, D2m,nT Conclusões Conclusão Desenvolvimentos Futuros Referências Bibliográficas

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17 Índice de Figuras FIGURA 1- ESPECTRO SONORO [57]... 5 FIGURA 2 - FREQUÊNCIAS DO SOM [21]... 6 FIGURA 3 - LARGURA DA BANDA... 7 FIGURA 4 - CURVAS ISOFÓNICAS... 9 FIGURA 5 - EXEMPLO DE PONDERAÇÃO FIGURA 6 - CURVAS DE PONDERAÇÃO [21] FIGURA 7- INTENSIDADES DO SOM [22] FIGURA 8 - NÍVEL DE PRESSÃO SONORA [23] FIGURA 9- PROPAGAÇÃO DO SOM FIGURA 10 - REFRACÇÃO E DIFRACÇÃO DO SOM FIGURA 11 - CURVAS NC (NOISE CRITERION) [24] FIGURA 12 - CURVAS NR (NOISE RATING) [26] FIGURA 13 - CURVAS RC (ROOM CRITERIA) FIGURA 14- SONS AÉREOS [27] FIGURA 15 - SONS AÉREOS EXTERNOS E INTERNOS FIGURA 16 - ENSAIO DE CARACTERIZAÇÃO DO ISOLAMENTO A SONS AÉREOS [53] FIGURA 17 - TRANSMISSÃO DE SONS AÉREOS FIGURA 18 - SOLUÇÃO ATRAVÉS DO AUMENTO DE MASSA FIGURA 19 - SOLUÇÃO ATRAVÉS DA DUPLICAÇÃO DO ELEMENTO FIGURA 20 - SONS DE PERCUSSÃO [27] FIGURA 21 - FONTES DE SONS DE PERCUSSÃO FIGURA 22 - MEDIÇÃO DOS RUÍDOS DE PERCUSSÃO [53] FIGURA 23 - TRANSMISSÃO SONORA FIGURA 24 - INFLUÊNCIA DA TRANSMISSÃO MARGINAL EM ELEMENTOS HOMOGÉNEOS FIGURA 25 - REVERBERAÇÃO DO SOM [28] FIGURA 26 - TEMPO DE REVERBERAÇÃO FIGURA 27 - TEMPO DE REVERBERAÇÃO VS VOLUME DO ESPAÇO FIGURA 28 - RELAÇÃO SINAL/RUÍDO FIGURA 29 - ELEMENTOS PREJUDICIAIS À PROPAGAÇÃO DA ONDA SONORA FIGURA 30 - PLACAS REFLECTORAS FIGURA 31 - SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS PARA SALAS DE AULA FIGURA 32 - ARRANJOS BONS E MAUS PARA PORTAS FIGURA 33 - VALORES DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO ÓTIMO NA FREQUÊNCIA DE 500 HZ EM FUNÇÃO DO VOLUME E TIPO DE COMPARTIMENTO CONFORME A NORMA NBR FIGURA 34 - SALA FIGURA 35 - SALA FIGURA 36 SONÓMETRO FIGURA 37 - FONTE SONORA FIGURA 38 - MÁQUINA DE MARTELOS FIGURA 39 - PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO RUÍDO DE FUNDO NA SALA FIGURA 40- PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO RUÍDO DE FUNDO NA SALA FIGURA 41 - PONTOS DE MEDIÇÃO DO RUÍDO DE FUNDO COM A SALA 2.14 OCUPADA FIGURA 42 - PONTOS DE MEDIÇÃO DO RUÍDO DE FUNDO COM A SALA 161 OCUPADA FIGURA 44 - PONTO DE EMISSÃO (FS) E PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO NA SALA FIGURA 43 - PONTO DE EMISSÃO (FS) E PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO NA SALA FIGURA 45 - PONTOS DE EMISSÃO (FS1 E FS2) E DE MEDIÇÃO NA SALA EMISSORA (SALA 2.16) E NA SALA RECEPTORA (SALA 2.14) PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA

18 FIGURA 46 - PONTOS DE EMISSÃO (FS1 E FS2) E DE MEDIÇÃO NA SALA EMISSORA (SALA 162) E NA SALA RECEPTORA (SALA 161) PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA FIGURA 47 - POSIÇÕES DA MÁQUINA DE PERCUSSÃO NA SALA EMISSORA (SALA 2.16) E PONTOS DE MEDIÇÃO NA SALA RECEPTORA (SALA 2.14) PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO FIGURA 48- POSIÇÕES DA MÁQUINA DE PERCUSSÃO NA SALA EMISSORA (SALA 162) E PONTOS DE MEDIÇÃO NA SALA RECEPTORA (SALA 161) PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO FIGURA 49 - PONTO DE EMISSÃO (FS) E PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA DA FACHADA DA SALA FIGURA 50 - PONTO DE EMISSÃO (FS) E PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA DA FACHADA DA SALA FIGURA 51 ENSAIO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS AÉREOS DE FACHADAS FIGURA 52 - RUÍDO DE FUNDO COM EQUIPAMENTO AVAC DESLIGADO NA SALA FIGURA 53 - RUÍDO DE FUNDO COM EQUIPAMENTO AVAC LIGADO NA SALA FIGURA 54 - RUÍDO DE FUNDO COM SALA 2.14 OCUPADA FIGURA 55 COMPARAÇÃO ENTRE O RUÍDO DE FUNDO COM AVAC DESLIGADO, O RUÍDO DE FUNDO COM AVAC LIGADO E SALA COM OCUPAÇÃO FIGURA 56 - NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS, LAR,NT, DA SALA FIGURA 57 - TEMPO DE REVERBERAÇÃO NA SALA FIGURA 58 - ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA, DNT, DA SALA FIGURA 59 - ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO, L N, DA SALA FIGURA 60 - ISOLAMENTO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS, D2M'N, DA SALA FIGURA 61 - RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC DESLIGADO PARA A SALA FIGURA 62 - RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC LIGADO PARA A SALA FIGURA 63 - RUÍDO DE FUNDO COM A SALA 161 OCUPADA FIGURA 64 - COMPARAÇÃO ENTRE O RUÍDO DE FUNDO COM AVAC DESLIGADO, O RUÍDO DE FUNDO COM AVAC LIGADO E COM A SALA 161 OCUPADA 95 FIGURA 65 - NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS, LAR,NT, DA SALA FIGURA 66 - TEMPO DE REVERBERAÇÃO PARA A SALA FIGURA 67 - ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA, DNT, DA SALA FIGURA 68 - ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO, L N, DA SALA FIGURA 69 - ISOLAMENTO SONORO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS, D2M,N, DA SALA

19 Índice de Tabelas TABELA 1 - BANDAS DE FREQUÊNCIA... 8 TABELA 2- CLASSIFICAÇÃO DOS VALORES DE L AR TABELA 3 - VALORES RECOMENDADOS PARA AS CURVAS NC PARA DIFERENTES TIPOS DE ESPAÇOS TABELA 4 - VALORES RECOMENDADOS PARA CURVAS NR PARA DIFERENTES TIPOS DE ESPAÇO TABELA 5 - VALORES RECOMENDADOS PARA CURVAS RC PARA DIFERENTES TIPOS DE ESPAÇOS TABELA 6 - VALORES PARA O ISOLAMENTO SONORO NAS CONDIÇÕES DE AUDIBILIDADE TABELA 7 - ÍNDICE DE ISOLAMENTO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS D 2M,NT,W TABELA 8 - ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA, D NT,W TABELA 9 - ÍNDICE DE ISOLAMENTO A SONS DE PERCUSSÃO, L'NT,W TABELA 10 - CORRECÇÃO AO VALOR DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO A SONS DE PERCUSSÃO DEVIDO À TRANSMISSÃO MARGINAL TABELA 11 TEMPOS DE REVERBERAÇÃO RECOMENDADOS PARA SALAS DE AULA EM DIFERENTES PAÍSES TABELA 12 - FACTORES QUE CONTRIBUEM PARA A VARIAÇÃO DA EMISSÃO DA VOZ TABELA 13 - MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA INTELIGIBILIDADE DA PALAVRA TABELA 14 - EXEMPLO DE QUADRO PARA OBTENÇÃO DE AI TABELA 15 - VALORES DOS NÍVEIS DE CONVERSAÇÃO E DOS PESOS RELATIVOS A CADA FREQUÊNCIA PARA BANDAS DE 1/3 E 1/1 OITAVA TABELA 16 - GRAU DE INTELIGIBILIDADE TABELA 17 - VALORES DE SIL TABELA 18 - CLASSIFICAÇÃO RASTI TABELA 19 NÍVEIS DE RUÍDO DE FUNDO RECOMENDADOS PARA SALAS DE AULA EM DIVERSOS PAÍSES TABELA 20 - VALORES LIMITES DE EXPOSIÇÃO E VALORES DE ACÇÃO SUPERIORES E INFERIORES REFERENTES À EXPOSIÇÃO PESSOAL DIÁRIA OU SEMANAL DE UM TRABALHADOR E NÍVEL DE PRESSÃO SONORA DE PICO TABELA 21 - VALORES MÍNIMOS DE ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA DE PAREDES EXTERIORES (D 2M,NT,W ) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE TABELA 22 - VALORES MÍNIMOS DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE TABELA 23 - VALORES MÁXIMOS DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO (L NT,W ) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE TABELA 24 - VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500, 1000 E 2000 HZ EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE TABELA 25 - VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL DE AVALIAÇÃO DO RUÍDO PARTICULAR DOS EQUIPAMENTOS (L AR, NT ) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE TABELA 26 - VALORES LIMITES DE EXPOSIÇÃO E VALORES DE ACÇÃO SUPERIORES E INFERIORES REFERENTES À EXPOSIÇÃO PESSOAL DIÁRIA OU SEMANAL DE UM TRABALHADOR E NÍVEL DE PRESSÃO SONORA DE PICO TABELA 27 - VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS AVAC EM DIFERENTE LOCAIS SEGUNDO O DECRETO-LEI 92/1444, FRANÇA TABELA 28 - VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500, 1K, 2K EM DIFERENTES LOCAIS SEGUNDO O DECRETO- LEI 92/1444, FRANÇA TABELA 29 - VALORES MÁXIMOS DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS AVAC PELA NORMA ALEMÃ DIN TABELA 30 - VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500 E 1 KHZ EM DIFERENTES LOCAIS MOBILADOS E OCUPADOS SEGUNDO A NORMA ALEMÃ DIN TABELA 31 - VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500, 1K E 2KHZ EM DIFERENTES LOCAIS SEGUNDO O DECRETO-LEI 1371/2007, ESPANHA TABELA 32 - VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS AVAC SEGUNDO O DECRETO-LEI 1371/2007, ESPANHA TABELA 33 - VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO CONTÍNUO EQUIVALENTE DO RUÍDO DE FUNDO (L AEQ ) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB TABELA 34 - VALORES MÍNIMOS DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA (D NT,W ) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB TABELA 35 - VALORES MÁXIMOS DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO (L NT,W ) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB

20 TABELA 36 - VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500, 1000 E 2000 HZ EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB TABELA 37 - VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500, 1000 E 2000 HZ EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB93 (CONTINUAÇÃO TABELA 38 - VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS AVAC PELA NORMA ANSI/ASA S TABELA 39 - VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500, 1K, 2K HZ EM DIFERENTES LOCAIS SEGUNDO A NORMA ANSI/ASA S TABELA 40 - VALORES MÍNIMOS DO ÍNDICE DE REDUÇÃO SONORA (R W ) ENTRE SALAS DE AULA E DIFERENTES ESPAÇOS ADJACENTES SEGUNDO A ANSI TABELA 41 - VALORES MÍNIMOS DO ÍNDICE DE REDUÇÃO SONORA (R W ) ENTRE DIFERENTES ESPAÇOS ADJACENTES SEGUNDO A ANSI TABELA 42 - VALORES DE CONFORTO E MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS DE AR-CONDICIONADO EM DIFERENTES LOCAIS SEGUNDO A NORMA NBR TABELA 43 - CARACTERÍSTICAS DAS SALAS TABELA 44 - RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC DESLIGADO PARA A SALA TABELA 45 - RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC LIGADO PARA A SALA TABELA 46 - RUÍDO DE FUNDO COM SALA 2.14 OCUPADA TABELA 47 - NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS, LAR,NT, DA SALA TABELA 48 - RESULTADOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO PARA A SALA TABELA 49 - RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA, DNT, NA SALA TABELA 50 RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO, L N, DA SALA TABELA 51 - RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO, L N, DA SALA 2.14 (CONTINUAÇÃO) TABELA 52 - RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS, D2M,N, DA SALA TABELA 53 - CUMPRIMENTO DO LIMITE REGULAMENTAR DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO DA SALA TABELA 54 - CUMPRIMENTO DO LIMITE REGULAMENTAR DO NÍVEL DE AVALIAÇÃO DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS DA SALA TABELA 55 - RESULTADOS DO ENSAIO NA SALA TABELA 56 - RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC DESLIGADO PARA A SALA TABELA 57 - RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC LIGADO PARA A SALA TABELA 58 - RUÍDO DE FUNDO COM A SALA 161 OCUPADA TABELA 59 - NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS, LAR,NT, DA SALA TABELA 60 - NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS, LAR,NT, DA SALA 161 (CONTINUAÇÃO) TABELA 61 - RESULTADOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO PARA A SALA TABELA 62 - RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA, DNT, DA SALA TABELA 63 - RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO, L N, DA SALA TABELA 65 - RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS, D2M,N, DA SALA TABELA 66 - RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS, D2M,N, DA SALA 161 (CONTINUAÇÃO) TABELA 67 CUMPRIMENTO DO LIMITE REGULAMENTAR DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO DA SALA TABELA 68 CUMPRIMENTO DO LIMITE REGULAMENTAR DO NÍVEL DE AVALIAÇÃO DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS DA SALA TABELA 69 RESULTADOS DO ENSAIO NA SALA TABELA 70 - ÍNDICES OBTIDOS EM CADA SALA TABELA 72 TR OBTIDO EM CADA SALA TABELA 73 - L AR,NT OBTIDO EM CADA SALA

21 Símbolos e Abreviaturas A Absorção sonora equivalente (m 2 ) A 0 Absorção sonora de referência (m 2 ) AC Articulation class AI Articulation Index ANSI American National Standards Institute AVAC Aquecimento, Ventilação e Ar-Condicionado BB87 Building Bulletin 87 BB93 Building Bulletin 93 BEST Building Excellent Schools Today BSF Building Schools for the Future c Celeridade (m/s) C 50 Claridade (db, base 50 ms) CR Curva de referência D 2m,n isolamento sonoro a ruídos de condução aérea de fachadas normalizado (db) D 2m,nT Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea de fachadas padronizado (db) D 2m,nT,w Índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea de fachadas padronizado (db) D 50 Definição (db, base 50 ms) D n Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea normalizado (db) D nt Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea padronizado (db) D nt,w Índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea padronizado (db) f Frequência (Hz) f 0 Frequência central de uma banda de frequências (Hz) f 1 Frequência limite inferior de uma banda de frequências (Hz) 9

22 f 2 Frequência limite superior de uma banda de frequências (Hz) FS Fonte sonora I Intensidade sonora (W/m 2 ) I 0 Intensidade sonora de referência (W/m 2 ) ISO International Organization for Standardization L n Falta de isolamento sonoro a ruídos de percussão normalizado (db) L nt Falta de isolamento sonoro a ruídos de percussão padronizado (db) L nt,w Índice de isolamento sonoro a ruídos de percussão padronizado (db) L 1,2m Nível médio de pressão sonora no exterior a 2 m da fachada (db) L A Nível sonoro (db) L Aeq Nível sonoro contínuo equivalente (db) L Ar,nT Nível de avaliação do ruído particular de equipamentos padronizado (db) L eq Nível de pressão sonora continuo equivalente (db) L p Nível de pressão sonora (db) m Absorção sonora do ar em função da humidade relativa (m -1 ) NC Noise Criterion NR Noise Rating p Pressão sonora (Pa) p 0 Pressão de referência (Pa) r Distância (m) RASTI Rapid Speech Transmission Index RF Ruído de fundo (db) RGR Regulamento Geral do Ruído RRAE Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios R w Índice sonoro (db) 10

23 S Superfície real do material (m 2 ) SFP School Facility Program SIL Speech Interference Levels STC Sound Transmission Class STI Speech Transmission Index T Temperatura do meio (K) T 0 Tempo de reverberação de referência (s) TR Tempo de reverberação (s) TR[500, 1k, 2k Hz] Média entre TR[500 Hz], TR[1k Hz] e TR[2k Hz] (s) V Volume do compartimento (m 3 ) W Potência sonora (W) W 0 Potência sonora de referência (W) α Coeficiente de absorção sonora do material α W Coeficiente de absorção sonora ponderado λ Comprimento de onda (m) ρ Massa volúmica do ar (kg/m 3 ) n - Número de decaimentos em cada ponto de medição na obtenção do tempo médio de reverberação N - Número de combinações independentes entre sistema microfone-fonte, na obtenção do tempo médio de reverberação - Incerteza padrão do tempo de reverberação médio, obtido por decaimentos de 20 db, por banda de frequência - Incerteza combinada do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, por banda de frequência. - Incerteza combinada do nível sonoro de percussão padronizado, por banda de frequência - Incerteza combinada do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, de uma fachada, por banda de frequência - Incerteza-padrão do nível sonoro médio na sala emissora, por banda de frequência 11

24 - Incerteza-padrão do nível sonoro médio na sala recetora, corrigido do efeito do ruído de fundo, por banda de frequência - Incerteza-padrão do nível sonoro médio medido a 2 m em frente da fachada, por banda de frequência - Incerteza-padrão associada ao arredondamento - Incerteza-padrão do nível sonoro médio residual na sala recetora, por banda de frequência - Incerteza-padrão do nível sonoro médio total na sala recetora, por banda de frequência - Incerteza-padrão do nível sonoro médio na sala recetora, resultante de uma ação mecânica de percussão normalizada, corrigido do efeito do ruído de fundo, por banda de frequência - Incerteza padrão associada ao sonómetro - Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, de uma fachada, em ordem ao tempo de reverberação médio obtido por decaimentos de 20 db, por banda de frequência - Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, de uma fachada, em ordem ao nível sonoro médio residual na sala recetora, por banda de frequência - Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, de uma fachada, em ordem ao nível sonoro médio total na sala receptora por banda de frequência - Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, em ordem ao tempo de reverberação médio, obtido por decaimentos de 20 db, por banda de frequência - Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, em ordem ao nível sonoro médio residual na sala recetora, por banda de frequência - Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea padronizado, em ordem ao nível sonoro médio total na sala recetora por banda de frequência - Coeficiente de sensibilidade do nível sonoro de percussão padronizado, em ordem ao tempo de reverberação médio, obtido por decaimentos de 20 db, por banda de frequência 12

25 - Coeficiente de sensibilidade do nível sonoro de percussão padronizado, em ordem ao nível sonoro médio total na sala recetora por banda de frequência - Coeficiente de sensibilidade do nível sonoro de percussão padronizado, em ordem ao nível sonoro médio residual na sala recetora, por banda de frequência 13

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27 1. Introdução 1.1. Enquadramento e Motivação Desde a Revolução Industrial, o mundo tem vindo a ser conduzido a uma crescente mecanização em todas as indústrias e actividades económicas. Paralelamente ao aumento contínuo da industrialização, verificou-se também um enorme crescimento urbano e a consequente multiplicação de estradas, ferrovias, aeroportos e actividades industriais, aumentando assim a exposição da população à poluição sonora. Qualquer poluição, além de prejudicar gravemente a saúde, a segurança e o bem-estar do ser humano, é também uma fonte de degradação ambiental. Segundo a Organização Mundial de Saúde, a poluição sonora é a terceira causa entre os principais problemas ambientais, sendo apenas superada pela poluição do ar e da água. O ruído pode ser responsável por doenças cardiovasculares, doenças no sistema digestivo e no sistema neurológico. Constitui também uma causa de incómodo para o trabalho e um obstáculo à comunicação. Nas últimas décadas, o Homem tem-se vindo a tornar cada vez mais exigente em relação à qualidade de vida, e a preocupar-se com a problemática do ruído, o que conduziu à criação de regulamentação, actualmente em vigor, que procura limitar os níveis de Ruído e definir exigências de isolamento sonoro. No entanto, o Homem não se tornou exigente apenas em relação à poluição sonora, tornou-se também exigente em relação ao conforto higrotérmico, sentindo uma constante necessidade de sentir este tipo de conforto tanto no local que habita como no local em que trabalha. Entende-se por conforto higrotérmico a sensação experimentada pelo organismo, em determinadas condições ambientais de temperatura e humidade em que o ser humano não precisa fazer uso do seu sistema termorregulador para manter a sua temperatura na faixa dos 36,5ºC, tendo em conta factores como a idade, roupa, actividade. Assim sendo, nos dias que correm, qualquer edifício, seja ele habitacional ou de serviços, tornou-se uma complexa máquina destinada ao conforto humano, possuindo equipamentos que tornam o ambiente mais agradável e confortável. Estes equipamentos, conhecidos por AVAC, Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado, devido às oscilações térmicas entre as estações do ano e à constante necessidade de manter o ambiente em níveis adequadas à produtividade, saúde e bem-estar dos ocupantes, tornaram-se imprescindíveis. 1

28 Contudo estes equipamentos não apresentam só vantagens, e se por um lado proporcionam conforto e bem-estar, por outro, devido a deficiências de projecto, má instalação ou manutenção inadequada, podem gerar ruído e até mesmo doenças. Neste contexto, a presente dissertação tem por objectivo alertar para a problemática do ruído, em particular no ambiente escolar, e para a importância de serem elaborados projectos adequando o ambiente acústico dos espaços às exigências regulamentares de conforto e alertar também para a necessidade de escolher equipamentos adequados, com baixos níveis de Ruído e com instalações bem dimensionadas O Ambiente Escolar 2 A escola é um local destinado à instrução e educação, à produção cultural e à formação do cidadão, ou seja, é um local desenvolvido para maximizar as potencialidades do ser humano. Neste sentido, é imprescindível que o ambiente escolar seja adequado à finalidade a que se destina. No entanto, verifica-se que este ambiente pode tornar-se extremamente Ruídoso, não só devido a ruídos externos, como o Ruído do tráfego, barulho nos corredores, etc, como também devido a ruídos internos, como o arrastar de cadeiras, conversas paralelas, equipamentos AVAC, entre outros. Sendo a voz a base para toda a comunicação e o principal instrumento de transmissão de conhecimento, torna-se muito difícil providenciar uma educação apropriada com excesso de Ruído, o que além de ser um incómodo, interfere no rendimento das actividades de ensino e compromete o sucesso escolar. O Ruído compete com a fala do professor, encobrindo alguma palavras, o que torna o seu discurso incompreensível. Numa sala ruidosa, o professor tem necessidade de superar os ruídos, elevando a sua voz, o que, com o passar dos anos, pode provocar rouquidão, dores nas cordas vocais e na laringe e, até, problemas psicológicos devido à incapacidade de exercer a sua profissão de forma adequada. É do senso comum que são as crianças, com idade compreendida entre os 6 e os 12 anos, os mais vulneráveis a esta poluição sonora nas salas de aula e, por isso, as mais prejudicadas devido ao facto de ainda se encontram em fase de aquisição de vocabulário e não conseguirem compreender claramente as palavras proferidas pelo professor. Assim, devido ao número de fontes produtoras de Ruído ser cada vez maior e às suas consequências para a saúde do ser humano serem cada vez mais prejudiciais aliado a uma

29 crescente importância politica e social da educação, a questão da qualidade acústica nas escolas tem vindo a adquirir cada vez mais enfase. É de suma importância que o Ruído seja controlado nas salas de aula, promovendo um ambiente apropriado à aprendizagem. O Ruído deve ser tão baixo quanto possível. Para tal, é fundamental que as salas de aula cumpram os requisitos acústicos presentes na lei, ter em conta tanto a localização como a arquitectura da escola e o uso de equipamentos com emissão sonora mínima Objectivo O objectivo desta dissertação é analisar e caracterizar a qualidade acústica de duas salas de aula climatizadas, cada uma situada em dois edifícios escolares, construídos em épocas diferentes, através de medições de parâmetros acústicos e tendo em conta o Regulamento dos Requisitos Acústicos em Edifícios [decreto-lei 96/2008]. As salas foram escolhidas apenas por serem as duas salas onde são leccionadas a grande maioria das aulas do curso de Engenharia Mecânica. Os edifícios em estudo estão situados na cidade de Faro e pertencem ao Instituto Superior de Engenharia, no Campus da Penha, da Universidade do Algarve Estrutura da Dissertação A presente dissertação encontra-se dividida em 8 capítulos. No Capítulo 1 é feito um enquadramento do problema, os objectivos a que este se propõe e é caracterizado o ambiente escolar. No Capítulo 2 faz-se uma abordagem teórica aos conceitos de som e ruído, o que os diferencia e algumas das suas características. No Capítulo 3 apresentam-se os conceitos relativos à acústica de edifícios, como o isolamento acústico, correcção acústica, sons aéreos e de percussão e transmissões sonoras. No Capítulo 4 aborda-se a qualidade acústica de salas de aula e os principais parâmetros com os quais se pode avaliar o desempenho acústico de qualquer compartimento. No Capítulo 5 fala-se sobre a legislação aplicável em Portugal e noutros países, estabelecendo algumas comparações. 3

30 No Capítulo 6 é descrito o caso de estudo e os ensaios realizados bem como os valores obtidos. No Capítulo 7 apresentam-se as principais conclusões referentes a todo o trabalho. Pro fim, no Capítulo 8, lista-se as referências bibliográficas consultadas para a realizar esta dissertação. 4

31 2. Fundamentos Teóricos A Acústica é a ciência que estuda os fenómenos físicos ligados à sensação do som [1]. O som pode ser definido como uma onda que se propaga ao longo de um determinado meio. Este meio sofre repetidas compressões e expansões, produzindo variações de pressão segundo a direcção da propagação. A onda sonora é, assim, uma onda produzida por uma fonte ou elemento vibrador, tridimensional, mecânica e portanto necessita, obrigatoriamente, de um meio elástico para se propagar, como o ar, a água, ou qualquer outro meio sólido, líquido ou gasoso. Isto porque não existindo matéria, não há o que possa ser deslocado para propagar a energia sonora. Tal explica o facto do som não se propagar no vazio [2] [3]. Se esta onda se propagar até ao ouvido, irá provocar a vibração do tímpano e a estimulação dos nervos auditivos. Assim, é transmitido ao cérebro uma sensação percebida como som [2] [3]. No entanto, não são todas as ondas sonoras que, ao atingirem o ouvido humano, provocam uma sensação auditiva. O ouvido humano apenas detecta ondas com frequências compreendidas entre os 20 Hz e os 20 khz. [2] [3] [4] Ondas com frequências inferiores a 20 Hz são designadas infrassons e ondas com frequências superiores a 20 khz são designadas ultrassons [4]. Figura 1- Espectro Sonoro [57] A gama de valores analisada na Acústica de Edifícios é idêntica à gama de audição do ser humano e é dividida em três zonas de frequências: frequências graves que variam de 20 a 355 Hz, frequências médias que vão de 355 a Hz e frequências agudas de a Hz. [2] [3] [4] Os termos som e ruído são muitas vezes utilizados indistintamente, no entanto são conceitos diferentes. [2] [3] [4] De um modo geral, o som é caracterizado por uma única frequência e amplitude. [2] [3] [4] 5

32 No entanto, muitas fontes sonoras podem emitir simultaneamente muitas vibrações de diferentes frequências e amplitudes. [2] [3] [4] Quando esses diversos movimentos oscilatórios se combinam e produzem um movimento resultante, cuja oscilação não se dê de forma harmónica, tem-se o que é chamado de ruído. Assim, o ruído caracteriza-se pela existência de muitas amplitudes e frequências ocorrendo ao mesmo tempo de maneira não harmónica, enquanto o som se caracteriza por poucas amplitudes e frequências, geralmente harmónicas. [2] [3] [4] Se por um lado o termo som se refere a uma situação agradável, o termo ruído refere-se a uma situação desagradável. [2] [3] [4] Assim, a fronteira entre som e ruído não pode ser definida com precisão, pois, cada indivíduo apresenta uma reação diferente ao som ou ao ruído, que depende, dentre outros fatores, de seu estado emocional e da sua personalidade. [2] [3] [4] 2.1. Características do Som Os sons são representados graficamente por ondas periódicas, que podem ser caracterizadas por 4 parâmetros: frequência, intensidade, timbre e duração. [5] [6] [7] São estes parâmetros que fazem com que os sons não sejam todos percebidos da mesma maneira pelo ouvido. [5] [6] [7] Frequência A frequência é a característica através da qual o ouvido distingue se um som é agudo ou grave, e corresponde ao número de ciclos que ocorrem num segundo. A unidade de medida da frequência no Sistema Internacional (SI) é o Hertz (Hz) [5] [6] [7]. Figura 2 - Frequências do Som [21] 6

33 Na figura 2 estão representados dois sons, um com uma frequência mais baixa, ciclos mais compridos e em menor quantidade, portanto um som grave, e um som com uma frequência mais alta, ciclos de menor comprimento e em maior quantidade, portanto um som mais agudo [5] [6] [7]. Como referido, o ser humano saudável nas suas capacidades máximas apresenta uma gama de audição entre os 20 e os Hz. Contudo, o ser humano não é capaz de distinguir pequenas diferenças de frequências. A capacidade de distinção vai-se deteriorando para as altas frequências. [5] [6] [7] Devido à imensa quantidade de frequências, foi necessário agrupar as frequências em bandas com dimensões normalizadas. Na Acústica de Edifícios são utilizadas unicamente as bandas de 1/1 oitava e de 1/3 de oitava. A largura que a banda possui é a diferença entre o valor de limite superior (f2) e o limite inferior (f1) (Figura 3) [8]. Estas frequências limites podem ser obtidas através da frequência central (f0) que toma Figura 3 - Largura da banda valores de: 16, 31, 63, 125, 250, 500, 1k, 2k, 4k, 8k e 16k Hz caso se trate da banda de 1/1 oitava ou então através da banda de 1/3 oitava que toma valores de: 20, 25, 31, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1k, 1.250, 1.600, 2k, 2.500, 3.150, 4k, 5k, 6.300, 8k, 10k, , 16k e 20k Hz através das seguintes equações: [9] [10] Sendo: - Frequência central da banda (Hz); - Frequência inferior da banda (Hz); - Frequência superior da banda (Hz); K- constante (=1 para bandas de 1/1 oitava e =1/3 para bandas de 1/3 de oitava) 7

34 Frequência Central (Hz) Banda de 1/3 oitava Banda 1/1 oitava 20 17,8-22, ,4-28, ,2-35,5 22,4-44, ,5-44, ,7-56, ,2-70,8 44,7-89, ,8-89, , , Tabela 1 - Bandas de frequência 8

35 Figura 4 - Curvas Isofónicas Como resposta ao fato de o ouvido humano não registar com igual fidelidade as pressões sonoras para qualquer frequência surgiram as curvas de ponderação. Isto é, caso o ser humano seja exposto a ruídos com a mesma intensidade sonora apresentará maior sensibilidade para os ruídos que se situem nas frequências próximas de Hz e menor sensibilidade para as muito baixas e muito altas frequências [9] [10]. Estas curvas, as curvas isofónicas, representam a sensação auditiva provocada por um som no ouvido humano, estabelecendo uma relação entre a frequência e a intensidade de dois sons sinusoidais de modo a que sejam recebidos com a mesma intensidade, isto é, todos os pontos na mesma curva isofónica têm a mesma intensidade [9] [10]. A curva inferior, a tracejado, representa o limiar da audição. Verifica-se um acentuado encurvamento nas baixas frequências o que significa a gradual perda de sensibilidade do ouvido humano para essas frequências [9] [10]. A unidade fone representa todas as sensações auditivas iguais às provocadas por um som cuja frequência é fixada em Hz e cujo nível de pressão sonora varia, sendo valor do nível de pressão sonora, em decibéis, de cada som que irá definir a unidade fone, ou seja um som cujo frequência é de Hz e o nível de pressão sonora é de 10 db corresponde a um som de 10 fone [9] [10]. 9

36 As curvas A, B e C correspondem ao inverso das curvas de 40, 70 e 100 fone, respectivamente, ou seja corresponde aproximadamente à diferença entre o valor da curva de referência (40, 70 ou 100 fones) e o nível de pressão sonora para uma frequência fixa. [9] [10] Por exemplo, supondo que se tem um som com 72 db a uma frequência de 63 Hz: [9] [10] Figura 5 - Exemplo de Ponderação Pela visualização da figura anterior conclui-se que um som com 63 Hz para a curva A corresponde a 60dB, para a curva B a 82dB e para a curva C a 109dB. Para cada curva tem-se o correspondente nível sonoro corrigido: [9] [10] - Curva A (40 fone) Ponderação = = -20 db Nível pressão sonora = = 52 db(a) - Curva B (70 fone) Ponderação = = -12 db Nível pressão sonora = = 60 db(b) - Curva C (100 fone) Ponderação = = -9 db Nível pressão sonora = 72-9 = 63 db(c) Sabe-se que o ouvido não responde de forma linear aos estímulos sonoros, mas sim de modo quase logarítmico. [9] [10] 10

37 De modo a traduzir esta resposta não linear do ouvido humano, foram introduzidos filtros electrónicos nos aparelhos de captação de sons com o intuito de correlacionar os valores medidos com a resposta do ouvido humano [9] [10]. Surgiram, assim, várias curvas que se designam pelas letras de A a D (Figura 5) A curva A é a mais utilizada para aproximar a resposta dos ouvidos aos ruídos de fraca intensidade (inferior a 55 db), as curvas B e C são utilizadas para ruídos mais intensos (entre 55 a 85 db e superior a 85 db, respetivamente) e a curva D é utilizada para o ruído provocado pelos aviões [9] [10]. Figura 6 - Curvas de Ponderação [21] Intensidade A intensidade é a capacidade que um som tem de ser forte ou fraco. A intensidade de uma onda sonora depende da amplitude dessa onda. Um som com uma maior amplitude é um som forte, enquanto um som com uma pequena amplitude é um som fraco (ver Figura 3). [11] [12] [13] [14] Os sons fortes transportam uma maior quantidade de energia do que os fracos, no entanto, a onda sonora vai perdendo intensidade no decurso da sua propagação [11] [12] [13] [14]. 11

38 Figura 7- Intensidades do Som [22] Timbre O timbre é a característica do som pela qual se reconhece a natureza da fonte sonora e permite distinguir sons com a mesma altura e intensidade mas produzidos por fontes sonoras diferentes. Tomando como exemplo uma mesma nota musical tocada por um piano e por um violino, é possível imediatamente identificar características sonoras muito distintas [11] [12] [13] [14] Duração A duração é o intervalo de tempo durante o qual o som é ouvido, isto é, é o tempo durante o qual o som se propaga. [11] [12] [13] [14] Os sons podem ser curtos ou longos [11] [12] [13] [14] Pressão, Intensidade e Potência Sonora 12 Como já foi referido anteriormente, a onda sonora propaga-se devido à oscilação das moléculas num determinado meio elástico. Este movimento oscilatório provoca variações de pressão nesse meio, e é devido a essas variações de pressão que o ser humano consegue ouvir. Daí a importância de medir a variação de pressão causada pela onda sonora [53]. Além da pressão sonora, existem ainda duas outras grandezas importantes para a análise da propagação das ondas sonoras, a intensidade sonora e a potência sonora [53]. Entende-se por Intensidade Sonora, a quantidade média de energia que, numa dada direcção, atravessa, por segundo, uma área de 1 m 2. Esta grandeza exprime-se em W/m 2 [53]. A Potência Sonora define-se como a energia total que num segundo atravessa uma esfera fictícia, de raio qualquer, centrada na fonte. É uma característica da fonte sonora e exprime-se em W[53]. Estas três grandezas relacionam-se entre si, como mostra a seguinte expressão: [53]

39 (1) Sendo, I Intensidade Sonora (W/m 2 ); W Potência Sonora (W); r distância (m); p Pressão Sonora (Pa); - Massa volúmica (ar 1,2 kg/m 3 ); c celeridade ( 340 m/s). Contata-se, então, que a potência sonora é proporcional à intensidade sonora e ao quadrado da pressão sonora. [53] Estas três grandezas são fundamentais no estudo do ruído. A potência sonora porque classifica, em termos quantitativos, as fontes de ruído, a intensidade sonora porque permite localizar e qualificar as fontes de ruído e a pressão sonora, o parâmetro mais importante, porque avalia situações de incomodidade ou de risco de trauma auditivo [53]. Já foi mencionado anteriormente que o ouvido humano consegue detectar sons com frequências compreendidas entre os 20Hz e os 20 khz. Em termos de pressão sonora, a gama audível varia entre 10-5 Pa, limiar da audição, até 100 Pa, limiar da dor. No entanto, a utilização de uma unidade linear, o Pa, conduziria a escalas muito alongadas. Além disso, sabe-se que o ouvido não responde de forma linear aos estímulos sonoros, mas sim de modo quase logarítmico. [53] Assim, devido a estes dois factos, a quantificação dos parâmetros sonoros exprime-se numa escala logarítmica, os níveis, que não é mais do que a razão logarítmica entre os valores medidos e os valores de referência. A unidade desta razão logarítmica chama-se decibel (db) [53]. Assim, para converter a pressão sonora em nível de pressão sonora, utiliza-se a seguinte expressão: [53] (2) Sendo, Nível de pressão sonora (db); - Pressão (Pa); - Pressão sonora de referência, Pa. 13

40 Figura 8 - Nível de Pressão Sonora [23] Em relação às duas outras grandezas, intensidade sonora e potência sonora, também elas podem ser convertidas, respectivamente, em nível de intensidade sonora (expressão 3) e nível de potência sonora (expressão 4). [53] (3) (4) Sendo, - Nível de intensidade sonora (db); I Intensidade sonora (W/m 2 ); - Intensidade sonora de referência, W/m 2 ; Nível de potência sonora (db); W Potência sonora (W); - Potência sonora de referência, W. 14

41 2.3. Propagação do Ruído As ondas sonoras propagam-se em meio fluído, homogéneo, isotrópico, não viscoso, segundo a expressão: Sendo, p Pressão Sonora (Pa) c celeridade ( 340 m/s 2 ) A equação que permite traduzir a propagação das ondas sonoras em meio sólido, é a seguinte: (5) (6) Sendo, p Pressão Sonora (Pa) c celeridade ( 340 m/s 2 ) f Frequência (Hz) Contudo, existem diversos fenómenos físicos que afectam a propagação do som. Com efeito, quando as ondas sonoras encontram na sua trajectória um obstáculo, e dependendo das características acústicas desse obstáculo, podem ocorrer fenómenos como a transmissão, absorção, reflexão, difusão, refracção e difracção da onda. [11] [12] [13] [14]. Figura 9- Propagação do Som (a) Transmissão, (b) absorção, (c) reflexão, (d) difusão A transmissão do som (Figura 5 (a)) ocorre quando as ondas sonoras incidem sobre uma superfície, constituída por determinado material e com características relativamente elásticas, e são transmitidas de um para o outro lado da parede, continuando a sua propagação. 15

42 O fenómeno ocorre porque a onda sonora ao atingir a parede, faz com que ela vibre e, nestas condições, ela actua também como uma fonte geradora de som, e este é transmitido para o lado oposto da parede. Este fenómeno ocorre com materiais transmissores, pouco rígidos e de baixa densidade. A temperatura desempenha um papel importante neste processo [11] [12] [13] [14]. O fenómeno da absorção sonora (Figura 5 (b)) ocorre quando as ondas sonoras são absorvidas pelo material que constitui a parede obstáculo. Os materiais absorventes não permitirem a reflexão nem a transmissão das ondas sonoras, pelo menos em grande extensão. A dissipação da energia sonora depende da frequência da onda, sendo mais elevada para altas frequências e bastante mais baixa para baixas frequências. A eficiência de absorção do som aumenta com a espessura e com a superfície de material absorvedor [11] [12] [13] [14]. A reflexão da onda sonora (Figura 5 (c)) consiste na mudança de direcção da propagação da energia sonora, através do retorno da energia incidente em direcção à região de onde é originada, após entrar em contacto com uma superfície. A este fenómeno físico dá-se o nome de eco. O ouvido humano só distingue dois sons se estes chegarem com um intervalo de tempo de, pelo menos, 0,1 segundos. No intervalo de tempo de 0,1 s, a distância total que o som percorre no ar é de 34 m, se se assumir que a velocidade do Som é de 340 m/s. Como as ondas sonoras efectuam duas vezes o mesmo percurso, a distância entre a superfície de reflexão do som e a fonte sonora é de apenas 17 m. Então, a distância mínima à qual a superfície de reflexão do som se deve situar para que ocorra eco é de 17 metros. Se a distância entre a superfície de reflexão do som e a fonte sonora for inferior a 17 metros, não haverá eco. Por outro lado, quando se ouvem vários ecos, isto deve-se ao facto de se estar num local com vários obstáculos, todos a distâncias superiores a 17 metros. São ecos múltiplos. Um ambiente que contenha paredes com muita reflexão sonora, terá uma péssima inteligibilidade da linguagem [11] [12] [13] [14]. A difusão do som (Figura 5 (d)) ocorre quando as ondas sonoras, ao incidirem sobre uma parede constituída por determinado material, de características reflectoras e com uma superfície rugosa, são reflectidas em várias direcções, num efeito de dispersão [11] [12] [13] [14]. O fenómeno da refracção (Figura 6) ocorre quando o som passa de um meio material para outro diferente, sendo a sua velocidade de propagação alterada. Sucede, neste caso, que a onda sonora sofre um desvio que é tanto maior quanto mais diferentes forem os meios materiais contíguos de propagação [11] [12] [13] [14]. A difracção ou dispersão sonora (Figura 6) ocorre quando a onda sonora encontra um obstáculo na sua direcção de propagação. A onda sonora contorna o obstáculo e propaga-se para o outro lado [11] [12] [13] [14]. 16

43 Figura 10 - Refracção e Difracção do Som 2.4. Fontes de Ruído Ruído Externo O ruído externo é todo o ruído proveniente da envolvente do edifício. Exemplos de ruídos externos são os ruídos provocados pelo tráfego rodoviário, ferroviário e aéreo, industrias, máquinas e equipamentos provisórios, etc. Neste sentido, o isolamento sonoro das paredes externas é de extrema importância pois, como visto, muitas actividades ruidosas e potencialmente perturbadoras existem externamente à escola Ruído Interno O ruído interno é todo o ruído associado à vida laboral de um edifício, ou seja, são todos os sons resultantes exclusivamente da actividade no espaço tais como conversas, risos, televisão, música, etc. Assim, a arquitectura da escola apresenta um peso fundamental, bom como o processo construtivo das paredes, tectos e pisos Ruído de Equipamentos O ruído de equipamentos é todo o ruído proveniente de instalações de água e esgotos, elevadores, aparelhos electrónicos (computadores, retroprojectores, máquinas de lavar ), sistemas AVAC, etc. [25] [26] [27] Um dos métodos utilizados para avaliar a incomodidade provocada pelo ruído causado por estes grandes equipamentos do edifício (LAr), é obtido através da expressão: [25] [26] [27] 17

44 (7) Sendo, - Nível de Avaliação Padronizado (db); - Nível sonoro contínuo equivalente ponderado A, durante um determinado intervalo de tempo; K Correcção devido às características tonais do ruído, K=3 db (A) T Tempo de reverberação do compartimento receptor (s); - Tempo de reverberação de referencia, T0 = 0,5 s. Este nível de avaliação padronizado pode ser classificado de muito incomodativo a muito pouco incomodativo de acordo com os valores do nível sonoro e do funcionamento (contínuo ou intermitente) dos equipamentos. [25] [26] [27] Classificação Muito pouco incomodativo Valores de L AR, funcionamento intermitente (db) 27 Valores de L AR, funcionamento continuo (db) 22 Pouco incomodativo ]27;30] ]22;25] Incomodativo ]30;35] ]25;30] Muito incomodativo >35 >30 Tabela 2- Classificação dos valores de LAR A incomodidade provocada pelo ruído de equipamentos mecânicos pode também ser avaliada através das designadas curvas de incomodidade, que avaliam os diferentes níveis de pressão sonora conforme a intensidade da fonte sonora. [25] [26] [27] As principais curvas de incomodidade são as curvas NC (noise criteria), NR (noise rating) e RC (room criteria). [25] [26] [27] As curvas NC, Noise Criteria, (Figura 7) foram propostas por Leo Beranek em 1957 e foram desenvolvidas com base em questionários efectuados a pessoas que trabalhavam em locais com equipamentos de ar condicionado. [25] [26] [27] Estas curvas definem os níveis de pressão sonora em função da gama de frequências que se estende dos 63Hz aos 8 khz. Este critério recorre ao método tangencial, através do qual é possível identificar uma curva NC que corresponde à curva a cujas bandas máximas do espectro de ruído mais se aproximam, sem a ultrapassar. Para se obter o valor de NC de um 18

45 determinado local, é marcado sobre estas curvas o espectro de um ruído medido nesse local. [25] [26] [27] Após a marcação verifica-se qual o ponto em que o menor valor da curva NC não é excedido por nenhum valor do nível de pressão sonora do ruído medido. Isto é, a primeira curva NC que excede todos os valores do ruído medido corresponde à classificação NC desse espaço. Os valores limite máximos recomendados para as curvas Noise Criteria em função de alguns tipos de compartimentos são os apresentados na Tabela 2. [25] [26] [27] Tipos de espaço NC Salas de concerto, ópera Salas de aula, salas de teatro, igrejas Cinemas Enfermarias, salas de cirurgia, habitações Bibliotecas, tribunais Restaurantes, bares, cafés Recintos desportivos, piscinas Tabela 3 - Valores recomendados para as curvas NC para diferentes tipos de espaços Figura 11 - Curvas NC (Noise Criterion) [24] 19

46 As curvas NR, Noise Rating, foram desenvolvidas em 1962 por Kosten e Van Os que estabeleceram um conjunto de curvas muito similar às curvas NC. [25] [26] [27] Os valores critério das curvas NR são definidos em função da utilização dos espaços ocupados e podem considerar-se equivalentes aos valores NC. A diferença está na gama de frequências, que abrange desde os 32 Hz aos 8 khz. O modo de cálculo utilizado é semelhante ao das curvas NC, com recurso ao método da tangente, isto é, a curva escolhida é a menor curva que não é excedida por nenhum nível de pressão sonora nas bandas de 1/1 oitava. [25] [26] [27] Os valores limite máximos recomendados para as curvas Noise Rating em função de alguns tipos de compartimentos são os apresentados na Tabela 3. [25] [26] [27] Tipos de espaço Salas de concerto, teatros Estúdios de televisão, grandes salas de conferências Cinemas, hospitais, salas de aula, pequenas salas de conferências Escritórios, bibliotecas, tribunais Restaurantes, bares, cafés Ginásios Oficinas, centros de reparação automóvel Tabela 4 - Valores recomendados para curvas NR para diferentes tipos de espaço NR Figura 12 - Curvas NR (Noise Rating) [26] 20

47 As curvas RC, Room Criteria, desenvolvidas em 1981 por Warren Blazier, avaliam o impacto do ruído causado pelos equipamentos de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC). Os valores limite máximos recomendados para as curvas Room Criteria em função de alguns tipos de compartimentos são os apresentados na Tabela 4. [25] [26] [27] Tipo de espaço RC Quartos privativos Salas de cirurgia Corredores Enfermarias Laboratórios Salas de aula Bibliotecas Tabela 5 - Valores recomendados para curvas RC para diferentes tipos de espaços Figura 13 - Curvas RC (Room Criteria) 21

48 3. Acústica de Edifícios A Acústica de Edifícios é o ramo da acústica que se dedica ao conforto acústico dos edifícios. O conforto acústico pode ser atingido por dois caminhos distintos: por correcção acústica ou por isolamento sonoro [53] [54] [55] [56] [57]. Quando se pretende corrigir um compartimento para que o som seja perceptível em todo o compartimento sem qualquer distorção, está-se a falar de correcção acústica. Por outro lado, quando se pretende tratar um compartimento para a transmissão de sons para locais contíguos e vice-versa, está-se a falar de isolamento sonoro. O isolamento sonoro é indispensável para que os ruídos provenientes do exterior e de outros locais do edifício não causem incómodo. O edifício deve estar isolado acusticamente do exterior pois o nível sonoro exterior pode tomar valores muito elevados, tal como acontece na proximidade de aeroportos ou vias de comunicação rápidas, ou valores baixos tal como acontece em zonas rurais [53] [54] [55] [56] [57]. O primeiro passo para obter um maior isolamento sonoro está em planificar devidamente os espaços. [53] [54] [55] [56] [57] Numa primeira fase a escolha da localização dos espaços ruidosos, garante a protecção de espaços mais sensíveis ao ruído. Caso tal não seja possível, terá que se recorrer unicamente ao isolamento sonoro [53] [54] [55] [56] [57]. A tabela 5 apresenta os valores para o isolamento sonoro e seus resultados subjectivos. No caso das escolas, um isolamento sonoro Bom, entre os 46 e os 50 db, é o correcto para que a inteligibilidade da palavra não esteja comprometida. [53] [54] [55] [56] [57] Isolamento Sonoro Condições de Audibilidade Conclusão (db) <30 A voz normal pode ser compreendida com facilidade e de modo distinto Muito Mau 30 a 35 A voz é percebida fracamente. A conversa pode ser ouvida mas não nitidamente compreendida Mau 36 a 40 A voz pode ser ouvida mas as palavras não são compreendidas com facilidade. A voz normal só será Sofrível ouvida debilmente. 41 a 45 A voz pode ser ouvida fracamente mas sem ser compreendida. A conversação normal não é audível. Suficiente 46 a 50 Voz alta pode ser ouvida com pouca dificuldade. Bom 51 a 55 Só sons muito intensos podem ser ouvidos. Muito Bom 56 a 60 Difícil ouvir até sons muito intensos. Só sons do tipo discoteca são audíveis. Excelente Tabela 6 - Valores para o isolamento sonoro nas condições de audibilidade 22

49 O isolamento sonoro encontra-se dividido em duas partes: ruídos aéreos e ruídos de percussão. Isto deve-se ao facto de ser muito importante identificar e separar as duas formas de transmissão de som. [53] [54] [55] [56] [57] A forma de transmissão do ruído é outro conceito importante, transmissão essa que pode ser por via directa e/ou por via marginal. [53] [54] [55] [56] [57] Neste contexto é também fundamental definir dois conceitos: zonas sensíveis e zonas mistas. Segundo o Regulamento Geral do Ruído, zona sensível é a área definida em plano municipal de ordenamento do território como vocacionada para uso habitacional, ou para escolas, hospitais ou similares, ou espaços de lazer, existentes ou previstos, podendo conter pequenas unidades de comércio e de serviços destinadas a servir a população local, tais como cafés e outros estabelecimentos de restauração, papelarias e outros estabelecimentos de comércio tradicional, sem funcionamento no período nocturno; e zona mista é a área definida em plano municipal de ordenamento do território, cuja ocupação seja afecta a outros usos, existentes ou previstos, para além dos referidos na definição de zona sensível. [53] [54] [55] [56] [57] 3.1. Sons Aéreos Sons aéreos são sons que derivam única e exclusivamente da excitação directa do ar decorrente de fontes sonoras [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Figura 14- Sons Aéreos [27] Este tipo de sons transmite-se sem qualquer solicitação mecânica na estrutura do edifício e, portanto, a sua propagação dá-se apenas através do ar e dos elementos construtivos. A energia envolvida é exclusivamente função das vibrações causadas pela fonte sonora [16] [18] [53] [56] [57]. 23

50 Os sons aéreos podem ser classificados segundo a sua origem: sons aéreos exteriores e sons aéreos interiores. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Os sons provenientes do exterior devem-se à circulação rodoviária e ferroviária, instalações industriais e de divertimento público, obras de construção, entre outros. Os sons aéreos interiores são devidos à utilização do próprio edifício, tendo origem nas múltiplas solicitações associadas ao seu uso pelos ocupantes, como por exemplo, equipamentos mecânicos colectivos, sistemas de ventilação, utensílios domésticos, etc [16] [18] [53] [56] [57]. Figura 15 - Sons Aéreos Externos e Internos 24 Neste enquadramento, os sons aéreos exteriores determinam o tipo de isolamento sonoro da envolvente dos edifícios e os sons aéreos interiores determinam o tipo de isolamento sonoro necessário a ser assegurado pelos elementos de compartimentação [16] [18] [53] [56] [57]. A avaliação do isolamento a sons aéreos pode ser efectuada com base em dois tipos de métodos: métodos de previsão, normalmente aplicados na fase de projecto, e métodos de medição, que podem ser realizados tanto em laboratório com In Situ. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Os métodos de previsão compreendem a lei experimental da massa e da frequência e o método gráfico de previsão [16] [18] [53] [56] [57].

51 A Lei experimental da Massa e da Frequência descreve o isolamento sonoro a sons aéreos de elementos construtivos sob a forma de uma curva de atenuação sonora em função da frequência [16] [18] [53] [56] [57]. O método gráfico permite a previsão de um valor global do isolamento a sons aéreos de um elemento construtivo em função da sua massa superficial. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. A determinação, por via experimental, do isolamento a sons aéreos de divisórias é realizada de acordo o descrito na Norma NP EN para ensaios a realizar em laboratório, na Norma EN ISSO para o isolamento sonoro entre compartimentos adjacentes e na Norma EN ISSO para o isolamento sonoro de fachadas e de elementos de fachada [16] [18] [53] [56] [57]. Os ensaios são realizados de modo a avaliar os níveis de pressão sonora emitidos na sala emissora, os recebidos no recinto receptor, os níveis de pressão sonora do ruído de fundo no recinto receptor e o tempo de reverberação do mesmo recinto, como mostra a figura 14 [16] [18] [53] [56] [57]. Figura 16 - Ensaio de caracterização do isolamento a sons aéreos [53] De acordo com o RRAE, e consoante se trate de sons aéreos exteriores ou interiores, o isolamento sonoro pode ser definido pelas expressões 8 e 9, respectivamente: [16] [18] [53] [56] [57] (8) Sendo, D2m,nT isolamento sonoro a ruídos de condução aérea, padronizado a 2 m da fachada exterior (db); L1,2m nível médio de pressão sonora exterior, medido a 2 m da fachada do edifício; 25

52 L2 nível de pressão sonora medido no local de recepção; 10log (T/T0) correcção devida às condições de reverberação do compartimento receptor; T tempo de reverberação do compartimento receptor (s); T0 tempo de reverberação de referência, em geral T0 =0,5 s mas pode tomar outro valor definido no projecto de dimensionamento. (9) Sendo, DnT isolamento sonoro a ruídos de condução aérea, padronizado (db); L1 nível médio de pressão sonora medido no compartimento emissor; L2 nível de pressão sonora medido no compartimento de recepção; 10log (T/T0) - correcção devida às condições de reverberação do compartimento receptor; T tempo de reverberação do compartimento receptor (s); T0 tempo de reverberação de referência, em geral T0 =0,5 s mas pode tomar outro valor definido no projecto de dimensionamento. Estes índices apresentam diferentes símbolos consoante o local das medições. Assim, os valores que são obtidos em laboratório representam-se por D2m,nT e DnT. Se, por outro lado, são obtidos in situ representam-se por D 2m,nT e D nt. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. A partir dos valores de DnT e D2m,nT calculados utilizando as expressões anteriores, por banda de frequência obtém-se, respectivamente, o índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea (DnT,w) e o índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas (D2m,nT,w) através do ajuste dos valores reais a uma curva de referência [16] [18] [53] [56] [57]. Após a obtenção de D2m,nT e DnT ou D 2m,nT e D nt para cada banda de frequências, ajusta-se esses valores com a curva de referência (CR) para que a soma dos desvios positivos (CR-D nt ) a dividir pelo número de bandas de frequências utilizadas seja o maior possível mas sem nunca ultrapassar 2,0. Só são considerados os afastamentos inferiores, ou seja, quando a CR está abaixo da curva dos D 2m,nT e D nt[16] [18] [53] [56] [57]. Assim, o índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea e o índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas correspondem ao valor da ordenada para a frequência de 500Hz. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Seguidamente são apresentadas duas tabelas onde são apresentados os valores recomendados para o índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas (D2m,nT,w) e para índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea (DnT,w), segundo o RRAE. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. 26

53 Índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas Zonas Sensíveis Zonas Mistas Edifícios escolares e similares, e de investigação D 2m,nT,w 28 db D 2m,nT,w 33 db Tabela 7 - Índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas D 2m,nT,w Local de Emissão Salas de aula, de música, de professores, administrativas Salas de aula musical, salas polivalentes, refeitórios, ginásios e oficinas Salas de aula, de música, de professores, administrativas Local de Recepção Bibliotecas e gabinetes médicos Salas polivalentes 45 db 45 db 45dB 55 db 58 db 50 db Berçários 53 db 55 db 48 db Corredores de grande dimensão 30 db 45 db * 35 db 50 db * 30dB 45 db * Tabela 8 - Índice de isolamento sonoro a Ruídos de condução aérea, DnT,w O isolamento a sons aéreos depende da inércia, da massa, da rigidez e do amortecimento do elemento de compartimentação. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Para aumentar o isolamento a estes sons, pode actuar-se de duas maneiras: aumentar a massa do elemento separador ou proceder à sua duplicação [16] [18] [53] [56] [57]. Figura 17 - Transmissão de Sons Aéreos 27

54 Figura 18 - Solução através do aumento de massa Figura 19 - Solução através da duplicação do elemento 3.2. Sons de Percussão Os sons de percussão só têm origem no interior do edifício e resultam da solicitação mecânica directa da fonte sonora sobre os elementos construtivos [16] [18] [53] [56] [57]. Os sons de percussão propagam-se com grande facilidade devido à rigidez das ligações existentes ao longo do edifício que estabelecem campos sonoros, por vezes intensos, em compartimentos distantes do local onde tiveram origem, como se pode verificar na figura 19 [16] [18] [53] [56] [57]. 28

55 Figura 20 - Sons de Percussão [27] Devido a este facto, estes sons podem tornar-se mais incomodativos do que os sons aéreos. Este tipo de sons podem ser provocados por inúmeras fontes como a deslocação humana, queda de objectos, arrastar de cadeiras ou qualquer outra acção de choque exercida num determinada elemento construtivo. [16] [18] [53] [56] [57]. Figura 21 - Fontes de Sons de Percussão Existem vários métodos para a caracterização do isolamento sonoro a sons de percussão. 29

56 Estes métodos, assim como os métodos para avaliar o isolamento sonoro a sons aéreos, também se podem dividir em métodos de previsão e métodos de medição. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Nos métodos de previsão tem-se o Método dos Elementos Finitos (FEM), o Método de Análise Estatística de Energia (SEA), o Método de Análise Modal, o Método do Invariante R+ln e o Método de R. Josse. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Estes métodos apoiam-se na formulação teórica para traduzirem de forma, o mais aproximadamente possível, o comportamento dos elementos construtivos. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Em geral, os métodos de previsão só se aplicam na fase conceptual do sistema [16] [18] [53] [56] [57]. Nos métodos de medição tem-se o Método de Avaliação Experimental, o Método de Holografia Acústica e o Método de Intensimetria Sonora. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Estes métodos baseiam-se na obtenção de valores através de medições realizadas em laboratório ou In Situ. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Na prática, o método mais utilizado é o método da avaliação experimental e é também este o método utilizado nas medições realizadas no caso de estudo, no Capitulo 6. Neste método, a medição do isolamento sonoro a ruídos de percussão é realizada recorrendo a uma máquina de impactos normalizada e avalia-se o Ruído no piso inferior, como mostra a figura a seguir [16] [18] [53] [56] [57]. Figura 22 - Medição dos Ruídos de Percussão [53] De acordo com o RRAE, o isolamento sonoro padronizado é calculado através da seguinte expressão: [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. 30

57 (10) Sendo, L nt isolamento sonoro a ruídos de percussão padronizado (db); L i nível médio de pressão sonora no local receptor (db); T tempo de reverberação do local receptor (s); T 0 tempo de reverberação de referência, 0,5 s. Este índice apresenta diferentes símbolos consoante o local das medições. Assim, os valores são obtidos em laboratório representa-se por LnT,w. Se, por outro lado, são obtidos in situ representamse por L nt,w [16] [18] [53] [56] [57]. O índice de isolamento sonoro a sons de percussão LnT,w, é determinado a partir dos valores do nível de pressão sonora medidos, expressos em bandas de terço de oitavas ou de oitava, e ajustados de acordo com o especificado na Norma ISO 717-2:1996. Este ajustamento consiste em obter um índice único de avaliação, o índice de isolamento sonoro a sons de percussão L'nT,w ou LnT,w, consoante o local da medição, a partir dos vários valores para cada banda de frequências de LnT ou L'nT, e do arbítrio de uma primeira curva de referência[16] [18] [53] [56] [57]. Após a obtenção de LnT ou L'nT para cada banda de frequências, ajusta-se esses valores com a curva de referência (CR) para que a soma dos afastamentos Δi (=L'nT-CR) a dividir pelo número de bandas de frequências utilizadas (5 se for 1 oitava ou 16 se for 1/3 oitava) seja o maior possível mas sem nunca ultrapassar 2,0. Só são considerados os afastamentos inferiores, ou seja, quando a CR está abaixo da curva dos L'nT [16] [18] [53] [56] [57]. Assim, o índice de isolamento sonoro a ruídos de percussão (L'nT,w ou LnT,w) corresponde à ordenada da curva ajustada para a banda de frequência de 500 Hz, deduzindo 5 db caso sejam usadas bandas de oitava [16] [18] [53] [56] [57]. Na tabela seguinte são apresentados os valores recomendados para o índice de isolamento sonoro a sons de percussão de acordo com o RRAE: Local Emissor Corredor de grande circulação, ginásio, refeitório ou oficina Salas de aula, berçários ou salas polivalentes Isolamento Sonoro a Sons de Percussão Tabela 9 - Índice de Isolamento a sons de percussão, L'nT,w Tendo em conta que, na maior parte dos casos, as acções de impacto ocorrem com maior probabilidade nos pavimentos do que nas paredes, o compartimento situado imediatamente por baixo do pavimento sujeito ao impacto, irá apresentar um campo sonoro com intensidade sonora mais elevada. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. 31

58 Desta forma, para aumentar o isolamento a estes sons, é necessário actuar ao nível das lajes, revestindo o piso do andar superior com um material resiliente como por exemplo alcatifa, colocando um tecto falso no piso inferior suspenso com suspensores anti-vibráticos ou colocar uma laje flutuante. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57] Transmissão Sonora Como já foi mencionado anteriormente, se uma fonte sonora emitir uma onda e se esta encontrar no seu caminho um obstáculo, parte dessa onda é reflectida, outra parte é absorvida e outra parte é transmitida [16] [18] [53] [54] [56] [57]. Assim, entende-se como transmissão sonora entre espaços todo o som que atravessa um compartimento de um edifício para outro. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. A transmissão sonora entre espaços, tanto a sons aéreos como de sons de percussão, ocorre segundo três vias: via directa, através do elemento de separação; via indirecta, através de portas, janelas e aberturas para ventilação e via marginal, através dos elementos envolventes dos compartimentos [16] [18] [53] [54] [56] [57]. Pode-se então considerar que o som transmitido de um compartimento para o outro é a soma do som que se propaga por estes diferentes caminhos. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Figura 23 - Transmissão Sonora A transmissão marginal só é contabilizada na caracterização do comportamento acústico dos elementos de compartimentação nos ensaios realizados em obra, torna-se necessário utilizar métodos de estimação da influência da transmissão marginal na fase de projecto para que o que foi considerado na fase conceptual corresponda ao isolamento sonoro que se pode assegurar apos a construção do edifício [16] [18] [53] [54] [56] [57]. 32

59 Transmissão Marginal a Sons Aéreos A transmissão marginal de sons aéreos é obtida através do conhecimento da relação entre as características de isolamento sonoro do elemento de compartimentação principal e as dos elementos de compartimentação adjacentes [16] [18] [53] [54] [56] [57]. São estabelecidas categorias para se obter o valor da transmissão marginal e da correcção dos valores dos resultados obtidos, quer em ensaios laboratoriais quer por modelos simplificados de cálculo. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. As categorias são as seguintes: [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Para valores de índice de isolamento a sons aéreos (Dn,w) inferiores a 35 db, a transmissão marginal é considerada desprezável, ou seja D n,w = Dn,w. Para valores de índice de isolamento sonoro a sons aéreos (Dn,w) compreendidos entre 35 e 45 db, a transmissão marginal é considerada como uma redução de -3 db, ou seja, D n,w = Dn,w - 3. Para valores de índice de isolamento sonoro a sons aéreos (Dn,w) superiores a 45 db, a transmissão marginal é de difícil previsão pois esta pode ter uma influência bastante significativa. Existe um outro método que se baseia na relação entre as espessuras dos elementos de compartimentação homogéneos concorrentes num ponto. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Quando os elementos de compartimentação são homogéneos e do mesmo tipo, considera-se que a variação de massa superficial e a variação da espessura do elemento relaciona-se proporcionalmente. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Na figura seguinte estão representadas as três situações consideradas por este método: Figura 24 - Influência da transmissão marginal em elementos homogéneos Da figura acima, pode considerar-se que [16] [18] [53] [54] [56] [57]: 33

60 Na situação A, em que a massa superficial do elemento de separação principal é análoga à do elemento adjacente, considera-se que a transmissão marginal é igual à transmissão por via directa, implicando uma redução de 3dB no valor do índice de isolamento sonoro, D n,w = Dn,w 3. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Na situação B, em que a massa superficial do elemento de deparação principal é muito menor que a massa do elemento adjacente, considera-se que a transmissão sonora ocorre basicamente pelo elemento de separação, e assim crê-se desprezável a transmissão marginal, D n,w = Dn,w. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Na situação C, em que a massa superficial do elemento de separação principal é muito superior à do elemento adjacente, considera-se que a transmissão sonora ocorre basicamente pelo elemento adjacente, e assim a transmissão marginal é bastante significativa, implicando uma redução do índice de isolamento sonoro. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. No entanto, nenhum destes dois métodos satisfaz a necessidade de prever a contribuição da transmissão marginal, pois sempre que esta transmissão é significativa, não há forma de a quantificar. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Desta forma, na actualidade, a transmissão marginal relativa a sons aéreos é quantificada segundo o estipulado na Norma EN Esta norma comtempla os vários caminhos para a transmissão sonora: o caminho directo, os caminhos indirectos e os caminhos marginais [16] [18] [53] [54] [56] [57]. Segundo esta norma, o índice de isolamento a sons aéreos é calculado através da expressão: (11) Esta equação traduz o somatório dos caminhos entre dois compartimentos adjacentes. Os índices Rij são determinados com base nas seguintes expressões: (12) (13) (14) 34 Sendo, Rs,w - índice de redução sonora do elemento de separação principal, em db; RF,w - índice de redução sonora do elemento marginal F, no compartimento emissor, em db;

61 Rf,w - índice de redução sonora do elemento marginal f, no compartimento receptor, em db; ΔRFf,w - acréscimo de isolamento sonoro, por adição de um revestimento, colocado nos elementos marginais do espaço emissor e/ou receptor, em db; ΔRFd,w - acréscimo de isolamento sonoro, por adição de um revestimento, colocado no elemento marginal do espaço emissor e/ou no elemento de separação, no lado do espaço receptor, em db; ΔRDf,w - acréscimo de isolamento sonoro, por adição de um revestimento, colocado no elemento de separação do lado do emissor e/ou no elemento marginal do espaço receptor, em db; KFf - índice de redução de transmissão de vibrações, no caminho Ff, em db; KFd - índice de redução de transmissão de vibrações, no caminho Fd, em db; KDf - índice de redução de transmissão de vibrações, no caminho Df, em db; Ss - área do elemento de separação, em m2 lf - comprimento comum entre o elemento de separação e o marginal, em m; l0 - comprimento de referência (l0=1m). Os índices RFf,w, RFd,w, RDf,w devem ser determinados com base em ensaios realizados em laboratório para as várias tipologias de compartimentação. Estes índices dependem do parâmetro Kij, que é um valor característico de cada solução construtiva. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57] Transmissão Marginal de Sons de Percussão Ao contrário dos sons aéreos, no que respeita aos sons de percussão não existem métodos simplificados para caracterizar o efeito da transmissão marginal [16] [18] [53] [54] [56] [57]. Desta forma, esta previsão é realizada de acordo com a Norma EN , utilizando a seguinte expressão: Sendo, - Índice de isolamento a sons de percussão entre espaços, em db; - Índice de isolamento sonoro equivalente do pavimento não revestido, definido no anexo B da Norma EN ISSO 717-2, em db; - Índice de redução sonora devido à existência de revestimento de piso referido a um pavimento de referência, em db; - Correcção devido à ocorrência de transmissão marginal, em db, representados na Tabela 9. (15) O valor de é determinado segundo a expressão: (16) Sendo m a massa superficial dos pavimentos. 35

62 Massa superficial do pavimento (kg/m 2 ) Massa superficial média dos elementos marginais, homogéneos e não revestidos (kg/m 2 ) Tabela 10 - Correcção ao valor do índice de isolamento a sons de percussão devido à transmissão marginal 36

63 37

64 4. Qualidade Acústica de Salas de Aula Até à uns anos atrás, a qualidade acústica dos espaços era pouco valorizada. As autoridades, ao planearem novas escolas, tinham maior sensibilidade a questões como a iluminação dos espaços, a qualidade do ar interior, o conforto térmico, possivelmente por haver uma maior divulgação dos efeitos nocivos na saúde dos alunos e docentes, esquecendo os impactos significativos causados por uma má qualidade acústica. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Salas com demasiadas superfícies reflectoras, falta de isolamento sonoro e excesso de Ruído proveniente do exterior são algumas das patologias que afectam significativamente o desempenho de alunos e professores, podendo comprometer seriamente o processo de aprendizagem. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Esta fraca qualidade acústica traduz-se em dificuldades de concentração e de memorização, problemas cognitivos e falta de motivação. Além disso, estes ambientes com elevados Ruídos tornam-se stressantes e cansativos tanto para alunos como para professores e conduzem à distracção e consequente falta de aproveitamento por parte dos alunos. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57]. Felizmente, esta situação tem vindo a mudar nos últimos anos devido à importância politica e social que a qualidade do ensino tem vindo a adquirir. Desta forma, têm sido formuladas normas e regulamentos acústicos com o intuito de balizar os valores ideais para os parâmetros acústicos e isolamentos sonoros. Dentro dos parâmetros acústicos para a avaliação acústica de salas de aula destacam-se o tempo de reverberação, a inteligibilidade da palavra, o Ruído de fundo, a relação sinal-ruído, o índice de transmissão da fala, o tempo de decaimento inicial, e definição e a clareza. Estes parâmetros irão ser estudados e caracterizados ao longo do capítulo Tempo de Reverberação Como referido, quando um sinal acústico se propaga num recinto fechado e encontra um obstáculo, uma parte é transmitida, outra parte é dissipada e outra parte é reflectida [19] [53] [56]. A reverberação acontece quando se dão várias reflexões do som num ambiente, ou seja, a reverberação é um prolongamento do som. [19] [53] [56]. 38

65 Figura 25 - Reverberação do Som [28] A reverberação prejudica gravemente a inteligibilidade da palavra pois dá-se uma sobreposição dos sons quando se pronuncia uma palavra com várias silabas num ambiente reverberante, ou seja, o som da silaba anterior ainda se está a ouvir quando a silaba seguinte é pronunciada [19] [53] [56]. No entanto, é importante salientar que reverberação e eco não devem ser confundidos pois o eco é uma reflexão única. Enquanto o eco repete o som, a reverberação propaga-o. [19] [53] [56]. O tempo de reverberação (TR60) é assim definido como o intervalo de tempo que um som demora a extinguir-se após a sessação da fonte sonora. Também pode ser entendido como o tempo que o nível da pressão sonora demora a decair 60 db após a fonte sonora deixar de emitir [19] [53] [56]. Figura 26 - Tempo de Reverberação 39

66 Na prática, devido à habitual presença de Ruído de fundo, isto nem sempre é fácil de conseguir e portanto é comum determinar o tempo que o som demora a decair 30 db e posteriormente extrapola-se para os 60 db [19] [53] [56]. O tempo de reverberação é considerado o parâmetro acústico qualitativo mais importante para a caracterização de espaços fechados. [19] [53] [56]. Ao contrário dos outros parâmetros, o tempo de reverberação tende a ser uniforme, isto é, o seu valor é independente da posição do ouvinte. [19] [53] [56]. Depende sim do volume do espaço, da área dos materiais que compõe as superfícies internas (paredes, tecto, piso), da ocupação (pessoas, móveis, objectos) e dos respectivos coeficientes de absorção e da frequência considerada. [19] [53] [56]. O tempo de reverberação deve ser ajustado de acordo com o uso do espaço. Em espaços usados para actividades que requerem o entendimento da palavra, o tempo de reverberação deve ser baixo, próximo de zero. [19] [53] [56]. Contudo, na prática, tal é inviável pois exigiria muita absorção das superfícies internas da sala, com considerável elevação de custos de implementação e manutenção. [19] [53] [56]. Na figura seguinte são apresentados os valores ideais para o tempo de reverberação, tendo em conta o seu volume e o fim a que se destina: Figura 27 - Tempo de Reverberação vs Volume do Espaço 40

67 Existem duas formas de se obter o tempo de reverberação: uma experimental, através de medições com instrumentação adequada, e outra através de equações matemáticas [19] [53] [56]. Existem muitas fórmulas para o cálculo, no entanto a mais difundida é a formula de Sabine, desenvolvida pelo professor de física Wallace Clement Sabine, dada por: [19] [53] [56]. Sendo, TR Tempo de reverberação (s): V volume do espaço (m 3 ); A Absorção sonora (m 2 ). (17) A absorção sonora é calculada usando a expressão: (18) Sendo, α Coeficiente de absorção sonora do material; S superfície real do material (m 2 ). A fórmula de Sabine pode ser escrita de forma mais generalizada, entrando com absorções localizadas (por exemplo o mobiliário) e a absorção do ar. (19) Sendo, Absorções sonoras localizadas (m 2 ); m absorção sonora do ar em função da humidade relativa (m -1 ); α Coeficiente de absorção sonora do material; S superfície real do material (m 2 ). Após a fórmula de Sabine, Norris-Eyring desenvolveu uma outra expressão: Devido ao uso de um coeficiente de absorção médio dos materiais faz com que esta fórmula seja a mais adequada quando existem apenas superfícies envolventes com coeficientes de absorção semelhantes. [19] [53] [56]. Devido ao facto da fórmula de Norris-Eyring só dever ser utilizada quando os coeficientes de absorção são aproximadamente idênticos, surge em 1932 a fórmula de Millington-Sette. [19] [53] [56]. 41

68 Esta fórmula baseada na ideia de Norris-Eyring prevê uma melhor solução para quando os coeficientes de absorção do espaço são distintos. [19] [53] [56]. De acordo com o Artigo 7º do RRAE, para uma sala de aula, o tempo de reverberação máximo permitido é calculado de acordo com a expressão: O tempo de reverberação também pode ser obtido através de medições, utilizando uma fonte sonora que emite um som e um receptor que monitoriza o decréscimo do nível de pressão do som, após a fonte sonora parar de emitir. [19] [53] [56]. O tempo de reverberação é sempre medido com a sala desocupada, com janelas e portas fechadas, pois assim prevê-se o pior cenário possível, e deve ser medido em todas as bandas de oitava, pois o tempo de reverberação pode variar nas diversas frequências. [19] [53] [56]. Pais Norma Tempo de Reverberação Observação Portugal Lei 251/87 1, Hz 0,6-0, Hz França - 0,4-0,8 Salas até 250 m 3, Hz Reino Unido BB93 0,4-0,8 Frequências de 500, 1000 e 2000 Hz Estados Unidos ANSI 0,6-0,7 S/R 15 db(a) ASHA 0,4 S/R 15 db(a) Filândia - 0,6-0,9 - Itália - 0,5-2,0 Depende da frequência e volume OMS - 0,6 Frequência 500 Hz Bélgica - 0,9-1,5 Salas entre 100 e 1000 m 3 Japão - 0,5-0,7 - Suécia - 0,5-0,8 - Suiça - 0,6-1,0 - Tabela 11 Tempos de reverberação recomendados para salas de aula em diferentes países 4.2. Inteligibilidade da Palavra 42

69 Existem diversas formas de comunicação, como a escrita, a imagem, a arte. No entanto, a linguagem verbal é a mais utilizada, principalmente nas escolas [19] [53] [56]. Contudo, sempre que existe comunicação verbal entre um emissor e um receptor, a transmissão da mensagem é muitas vezes comprometida devido tanto às más condições acústicas como ao ambiente circundante. Assim, é exigido um maior esforço quer por parte do orador como por parte do receptor para que a comunicação seja bem sucedida [19] [53] [56]. No caso das escolas este problema assuma uma importância extrema pois nos estabelecimentos de ensino é fundamental assegurar condições ideais para aprendizagem, pois são locais em que a transmissão de conhecimentos é fundamentalmente feita através da palavra, e torna-se imprescindível haver uma boa inteligibilidade [19] [53] [56]. Entende-se por inteligibilidade da palavra a percentagem de sílabas que são entendidas correctamente pelo ouvinte. Este parâmetro traduz o grau de compreensão das palavras [19] [53] [56]. Quando existe demasiado Ruído de fundo num determinado espaço, é necessário que o emissor eleve o som da sua voz para que a mensagem possa ser ouvida correctamente pelo receptor. [19] [53] [56] Contudo, o ser humano não conseguir atingir níveis de pressão demasiado elevados, o que torna a inteligibilidade da palavra bastante reduzida. [19] [53] [56] Neste contexto, a emissão da voz humana pode ser analisada segundo quatro aspectos: frequência, intensidade, duração e direccionalidade. [19] [53] [56] A frequência pode variar num domínio bastante vasto. As vogais estão associadas às baixas frequências, sendo sons de maior intensidade, enquanto as consoantes estão associadas às altas frequências, sendo sons de menor intensidade. [19] [53] [56] Em relação à intensidade, as vogais são emitidas com maior nível de pressão sonora, podendo ser entre 21 a 28 db mais intensas do que as consoantes. [19] [53] [56] Em termos de duração, as vogais são emitidas por períodos mais extensos do que as consoantes. As vogais têm uma duração de 90ms e as consoantes de 20 ms. [19] [53] [56] Relativamente à direccionalidade, a voz não é emitida em todas as direcções de igual forma, devido ao facto da cabeça funcionar como uma barreira acústica, o que impede que a intensidade dos sons não se propague em todas as direcções de igual forma. Os sons com baixas frequências têm maior percepção na parte de trás do emissor do que os sons com altas frequências. Isto porque as ondas de baixas frequências tem maior capacidade para contornar obstáculos devido ao seu maior comprimento de onda [19] [53] [56]. Na tabela seguinte é apresentado um resumo dos factores que contribuem para a variação da emissão da voz: [19] [53] [56] 43

70 Tipo Frequência Intensidade Duração Direccionalidade Vogais Baixa Elevada 90 ms -5 db por -180º Consoantes Alta Baixa 20 ms -20 db por -180º Tabela 12 - Factores que contribuem para a variação da emissão da voz Existem diversos métodos para avaliar a inteligibilidade da palavra num espaço. Estes métodos podem ser divididos em métodos subjectivos e métodos objectivos, apresentados resumidamente na tabela a seguir: [19] [53] [56] Subjectivos Objectivos PB ( Phonetically Balanced Words) MRT (Modified Rhyming Tests) AI (Articulation Index) SIL (Speech Interference Levels) AC (Articulation Class) RASTI (Rapid Speech Transmition Index) Tabela 13 - Métodos de avaliação da inteligibilidade da palavra Os métodos subjectivos baseiam-se em leituras de frases ou palavras a um grupo de pessoas, colocadas cada uma em diferentes pontos da sala, que as escreve e quanto maior for a frequencia de acerto, maior sera a inteligibilidade do local. Estes métodos dependem da intervenção humana, o que implica que as respostas tenham um caracter muito subjectivo [19] [53] [56]. Os métodos objectivos são realizados por aparelhos. Estes métodos apresentam menor probabilidade de erro pois não dependem da resposta humana [19] [53] [56] AI Índice de Articulação O conceito de índice de articulação, articulation índex, foi desenvolvido por French e Steinberg [19] [53] [56]. Este método foi desenvolvido para prever a capacidade de percepção do discurso por pessoas com audição normal, sujeitas a um ambiente com um determinado Ruído de fundo, e considera que a parte mais importante da fala esta compreendida entre os 200 e os 6100 Hz [19] [53] [56]. Para medir o índice de articulação, começa-se por medir o nível de pressão sonora do Ruído de fundo de uma determinada sala, para cada uma das cinco bandas de 1/1 oitava, entre as frequências de 250 a 4000 Hz, ou para cada uma das quinze bandas de 1/3 de oitava, entre as frequências de 200 a 5000 Hz [19] [53] [56]. Seguidamente, mede-se o nível de conversação, que corresponde ao nível de pressão sonora medido a 1 m de distância de um homem, acrescido de 12 db. A este nível de conversação subtrai-se o valor do Ruído de fundo obtido, sendo de 30 db o máximo possível [19] [53] [56]. 44 O resultado obtido é multiplicado por um factor de ponderação, o peso, relativo a cada frequência, sendo somados todos os valores resultantes desta operação [19] [53] [56].

71 O índice de articulação obtem-se da divisão do somatório por Como forma de exemplo dos cálculos descritos, pode usar-se a Tabela 12 para bandas de 1/3 de oitava. Frequência (Hz) Nível de Conversação (nc) Peso (p) Ruído de Fundo (db) nc-rf (nc-rf) *p = AI = /10.000= Tabela 14 - Exemplo de quadro para obtenção de AI Na Tabela 13 são apresentados os valores dos níveis de conversação e dos pesos relativos a cada frequência. [19] [53] [56] 1/3 de Oitava 1/1 de Oitava Frequência Nível de Frequência Nível de Peso (Hz) Conversação (Hz) Conversação Peso Tabela 15 - Valores dos níveis de conversação e dos pesos relativos a cada frequência para bandas de 1/3 e 1/1 oitava Para avaliar o grau de inteligibilidade utilizam-se os valores da seguinte tabela: [19] [53] [56] 45

72 AI (Índice de Articulação) Grau de Privacidade Grau de Inteligibilidade <0.05 Confidencial Nula [ [ Privacidade Normal Muito Fraca [ [ Marginal Fraca [ [ Pobre Sofrível [ [ Em geral, sem privacidade Boa 0.65 Privacidade totalmente inexistente Excelente Comunicação Tabela 16 - Grau de Inteligibilidade SIL Nível de Interferência na Conversação O SIL, nível de interferência na conversação, foi desenvolvido com o objectivo de caracterizar objectivamente a inteligibilidade da palavra [19] [53] [56]. Este método não deve ser utilizado em locais onde possam existir factores que distorçam a palavra, como o tempo de reverberação [19] [53] [56]. Para determinar o nível de interferência na conversação, realiza-se a média aritmética dos valores dos níveis de pressão sonora dos ruídos de fundo nas bandas de oitava de 500, 1000 e 2000 Hz. A tabela seguinte apresenta os valores de SIL para o qual é possível a comunicação da palavra, conforme o sexo, o tom de voz e a distância entre o orador e o ouvinte: [19] [53] [56] SIL Distância Esforço da Voz Normal Elevado Normal Elevado M F M F M F M F Tabela 17 - Valores de SIL RASTI 46

73 O RASTI, Rapid Speech Transmission Index, é o método objectivo mais utilizado para avaliar a inteligibilidade da palavra [19] [53] [56]. Para medir o valor de RASTI, utiliza-se um transmissor, colocado na posição do emissor, que vai gerar um Ruído de intensidade de 59 db e 50 db para frequências de 500 e 2000 Hz. Este índice emitido é designado por m0[19] [53] [56]. O Ruído de 500 Hz é emitido com frequências modeladas de 1 Hz, 2 Hz, 4 Hz e 8Hz. O Ruído de 2000 Hz é emitido com frequências modeladas de 0,7 Hz, 1,4 Hz, 2,8 Hz, 5,6 Hz e 11,2 Hz. São assim emitidos nove valores diferentes de m0. [19] [53] [56] Um receptor mede a onda sonora recebida. Este índice recebido é designado por mi. [19] [53] [56] Com m0 e mi é calculado o índice de modelação inicial e final, m, dado pela expressão: [19] [53] [56] (m 1) (24) Após obtidos os 9 valores de m, converte-se cada um deles para, obtido através da fórmula: [19] [53] [56] Os valores de superiores a +15 db são substituídos por +15 db e os valores inferiores a -15 db são substituídos por -15 db, para que todos os valores obtidos estejam compreendidos entre -15 db e +15 db. [19] [53] [56] Seguidamente faz-se a média aritmética,. O valor de RASTI é finalmente calculado usando a seguinte equação: [19] [53] [56] Para avaliar o grau de inteligibilidade utilizam-se os valores da seguinte tabela: RASTI Classificação da Inteligibilidade da Palavra [0-0,30[ Má [0,30-0,45[ Fraca [0,45-0,60[ Razoável [0,60-0,75[ Boa [0,75-1] Excelente Tabela 18 - Classificação RASTI 47

74 4.3. Ruído de Fundo Considera-se Ruído de fundo todo o Ruído existente num determinado local, durante o período de observação, que não diga respeito ao objecto de medição [19] [53] [56]. No caso das escolas, mais concretamente nas salas de aula, o Ruído de fundo é todo o Ruído além da voz do professor. [19] [53] [56] Este tipo de Ruído está sempre presente em todas as edificações e pode ser originado externa ou internamente. [19] [53] [56] Qualquer perturbação acústica contribui para o Ruído de fundo, pessoas a falar, veículos a passar, equipamentos AVAC, etc. [19] [53] [56] O Ruído de fundo é caracterizado pelo nível de pressão sonora, pelo nível de intensidade equivalente e pelos níveis estatísticos. [19] [53] [56] Os níveis estatísticos descrevem a situação do ambiente acústico em termos da probabilidade com que certos níveis podem ser excedidos, representando o valor do nível de pressão sonora, ponderado em A, que foi excedido em uma percentagem do intervalo de tempo considerado. Por exemplo, o L90 é o nível excedido em 90% do tempo de medição. [19] [53] [56] O nível de pressão sonora já foi caracterizado anteriormente, no capítulo 2, e pode ser definido pela expressão: [19] [53] [56] Por sua vez, o nível de intensidade equivalente é dado pela expressão: [19] [53] [56] Sendo, Li - nível de pressão sonora, em db(a), lido em resposta rápida (fast), a cada dez segundos, durante pelo menos cinco minutos; n - número total de leituras. O nível de intensidade sonora, equivalente contínuo ponderado na escala A, representa o nível de um som contínuo (estacionário) que, em um intervalo de tempo específico, tem a mesma energia sonora do som em estudo, cujo nível varia com o tempo (ISO, 1982). Este parâmetro representa o nível do ruído contínuo ao qual as pessoas estão sujeitas em várias situações, devido aos diversos tipos de ruído, sendo equivalente ao ruído original, que é variável [19] [53] [56]. 48

75 De acordo com a norma portuguesa NP 1733, o nível sonoro equivalente não deve ser superior a 85 db(a), sendo o máximo admissível 90 db(a), valor acima do qual se considera haver risco de surdez. [19] [53] [56] País Critério Ano Nível Limite db(a) Austrália L Aeq Bélgica L Aeq 1977/ Brasil(NBR-6401) L Aeq França L Aeq 1995/ Alemanha (DIN 4109) L Aeq /40-50 Grécia L Aeq OMS L Aeq - 35 Itália L Amáx Japão L Aeq Finlandia L Aeq - 35 Holanda L Aeq Nova Zelândia L Aeq Portugal (Lei 251) L Aeq Espanha L Aeq Turquia L Aeq Reino Unido (BB93) L Aeq EUA (ANSI) L Aeq EUA (ASHA) L Aeq - 30 EUA (ASHRAE) L Aeq - 45 Tabela 19 Níveis de ruído de fundo recomendados para salas de aula em diversos países O Decreto-Lei nº 182/2006 de 6 de Setembro define valores limites de exposição e valores de acção superiores e inferiores referentes à exposição pessoal diária ou semanal de um trabalhador e nível de pressão sonora de pico. [19] [53] [56] A média semanal dos valores diários da exposição pessoal ao ruído,lex,8h, é a média dos valores de exposição diários, com uma duração de referência de quarenta horas, e é obtida pela expressão: [19] [53] [56] Sendo, - Valores de LEX,8h para cada um dos dias de trabalho; m dias de trabalho da semana considerada. O nível de pressão de pico, LCpico, o valor máximo da pressão sonora instantânea, ponderado C, expresso em db(c), dado pela expressão: 49

76 Sendo, PCpico é o valor máximo da pressão sonora instantânea a que o trabalhador está exposto, ponderado C (Pa). Na tabela seguinte encontram-se os valores limites de exposição e valores de acção superiores e inferiores referentes à exposição pessoal diária ou semanal de um trabalhador e nível de pressão sonora de pico de acordo com o decreto-lei nº 182/2006. Valores Limite de Exposição Valores de Acção Superiores Valores de Acção Inferiores Média semanal dos valores diários da exposição pessoal ao ruído, L EX,8h 87 db(a) 85 db(a) 80 db(a) Nível de pressão de pico, L Cpico 140 db(c) 200 Pa 137 db(c) 140 Pa 135 db(c) 112 Pa Tabela 20 - valores limites de exposição e valores de acção superiores e inferiores referentes à exposição pessoal diária ou semanal de um trabalhador e nível de pressão sonora de pico 4.4. Relação Sinal/Ruído A relação sinal/ruído é a diferença entre o sinal acústico da fonte sonora e o Ruído de fundo contido no ambiente[19] [53] [56]. No caso das salas de aula, o sinal é a voz do professor e o ruído é o Ruído ambiental existente. [19] [53] [56] Esta relação permite estimar o quão compreensível é a fala num determinado ambiente, sendo necessário uma diferença mínima entre o sinal da fala e o Ruído de fundo para se atingir um certo grau de inteligibilidade. [19] [53] [56] 50

77 Figura 28 - Relação Sinal/ruído Quando mais positiva for esta relação, melhor será a situação para que os alunos consigam entender a fala do professor. Se a relação for próxima de zero ou negativa, pior será a situação de escuta oferecida aos alunos. [19] [53] [56] Não adiante estabelecer tempos de reverberação apropriados se a relação sinal/ruído adequada não for alcançada primeiro. [19] [53] [56] Autores defendem um valor em torno de +15 db como valor ideal de sinal/ruído. [19] [53] [56] 4.5. Tempo de Decaimento Inicial Assim como o tempo de reverberação, o tempo de decaimento inicial considera a curva de decaimento da energia sonora no ambiente, mas em vez de se considerar um decaimento de 60 db, considera-se apenas o decaimento dos primeiros 10 db. [19] [53] [56] Desta forma, o tempo de decaimento inicial pode ser defino como seis vezes o intervalo de tempo correspondente ao decaimento médio entre 0dB e -10dB após a cessação da fonte sonora [19] [53] [56]. Para comparação dos valores de TDI com os de TR60 é multiplicado o valor do primeiro por 6. [19] [53] [56] Ao contrário do tempo de reverberação, o tempo de decaimento inicial mostra variações substanciais com a forma da sala. Isso ocorre porque o processo de decaimento como um todo é composto por numerosas reflexões com atrasos diferenciados. Por outro lado, o TDI é determinado por fortes e isoladas reflexões e depende grandemente da posição da medição, sendo, então, mais sensível aos detalhes da geometria. Assim, o TDI é um parâmetro importante para sensação subjetiva dos ouvintes em um sala, podendo ter significativas variações em diferentes assentos [19] [53] [56]. 51

78 O TDI é um importante parâmetro acústico de avaliação de um ambiente, pois ele considera a energia sonora contida no início, sendo esta energia importante para a melhor inteligibilidade. O TDI depende das dimensões da sala e de sua absorção sonora. [19] [53] [56] 4.6. Definição e Clareza A definição para a voz ou palavra é definido pela razão entre a energia recebida durante os primeiros 50 ms e a energia total recebida, para uma dada posição na área de audiência, e é dada pela expressão: [19] [53] [56] O seu valor está compreendido entre 0 e 100% e quanto maior o valor de D50, maior será a capacidade de um ouvinte distinguir cada sílaba. Os valores acima de 50% são considerados aceitáveis. [19] [53] [56] A clareza é o quociente entre a energia recebida nos primeiros 80ms do sinal recebido e a energia total recebida, e é dada pela equação: [19] [53] [56] 4.7. Geometria e Reflexões Úteis 52 Já foi referido que ecos e reflexões prejudicam gravemente a inteligibilidade da palavra. [19] [53] [56] Neste contexto, a geometria de uma sala pode ser um fator importante do ponto de vista de sua qualidade acústica pois através de uma análise geométrica pode tirar-se proveito das reflexões para incremento da inteligibilidade, maximizando-as do ponto de vista da distribuição e da qualidade sonora, facilitando a sobreposição das primeiras reflexões no som original para ouvintes mais distantes da fonte [19] [53] [56]. As reflexões indesejadas podem ser controladas ou extintas através de materiais absorventes ou difusores. [19] [53] [56] A colocação de materiais absorventes minimiza a energia reflectida dentro das salas de aula enquanto a colocação de um elemento difusor na parede posterior da sala espalha o som em várias direcções, diminuindo o nível em qualquer direcção particular. [19] [53] [56]

79 Por vezes, em salas de aula são encontrados forros ou vigas bastante altos, com inclinações desfavoráveis o que causa não somente altos TR 60, mas peculiaridades no campo sonoro como regiões vivas ou mortas em decorrência da criação de focos acústicos. A figura apresenta como a presença de vigas no tecto pode prejudicar a distribuição das ondas sonoras em sala de aula, fazendo com que a onda sonora volte para o professor. [19] [53] [56] Figura 29 - Elementos Prejudiciais à Propagação da Onda Sonora Um outro objetivo importante é evitar a formação de ondas estacionárias nas salas de aula. As ondas estacionárias afetam a distribuição sonora da sala, o que prejudica o entendimento por parte dos ouvintes. Desta forma, deve evitar-se superfícies rígidas e paralelas, que levam a múltiplas reflexões e formam ondas estacionárias [19] [53] [56]. Contudo nem todas as reflexões são indesejadas, existem reflexões úteis que proporcionam o prolongamento das ondas sonoras e portanto é necessário reforçar estas reflexões. [19] [53] [56] Um dos casos em que as reflexões são úteis e desejadas são as salas de grandes dimensões. A voz do professor pode ser absorvida pelo forro acústico antes que atinja os alunos no fundo da sala. No entanto este problema pode ser resolvido espalhando a voz do professor por toda a sala com o uso de painéis reflectores colocados no tecto na parte frontal da sala ou simplesmente deixando a zona central do tecto dura e reflexiva. Estas superfícies irão reflectir o som para o fundo da sala [19] [53] [56]. 53

80 Figura 30 - Placas Reflectoras O melhor projeto para uma sala de aula normal pode ser obtido colocando materiais absorventes nas paredes, o que reduz o tempo de reverberação e acaba com os ecos, e deixando a região central do teto sem qualquer revestimento para refletir a voz do professor em direção ao fundo da sala. As placas acústicas devem ser colocadas ao redor do perímetro do teto e as placas de gesso no centro. Para refletir mais som para o fundo da sala, o teto pode ser perfilado acima da posição do professor, na frente da sala de aula. Esta superfície refletora deve ser construída com um material duro [19] [53] [56]. Na figura seguinte são apresentadas três salas: 54 Figura 31 - Soluções Construtivas para Salas de Aula A sala a é uma sala de aula tradicional e indesejável, pois não possui nenhum tipo de material absorvente sonoro. A sala de aula b é superior à primeira situação, pois possui forro absorvente e forro no piso. A sala de aula c é a sala ideal pois tem absorventes sonoros em três paredes, forro no piso, tecto refletor inclinado na região frontal, com superfícies refletoras no centro e superfícies absorventes de som no entorno. [19] [53] [56] Só a utilização de materiais absorventes e o piso forrado irá, em geral, resultar em uma sala de aula com boa acústica e tempo de reverberação curto. Esta solução é barata para novas

81 construções e é também uma solução a custo compatível para correcção acústica salas de aula existentes. O piso forrado ajuda na absorção das altas frequências, mas é principalmente utilizado com o objetivo de reduzir o barulho de passos. Infelizmente, este procedimento não evita os ecos das paredes. No entanto, mobiliário, como armários e estantes de livros podem ajudar a reduzir os ecos [19] [53] [56]. Janelas, portas e pequenas aberturas podem diminuir a eficiência de uma parede. Devem ser utilizados vidros duplos e portas maciças e vedadas. [19] [53] [56] A sua localização é também importante. Portas de salas adjacentes não devem ser dispostas lado a lado nem frente a frente pois tal favorece a trajéctoria do som onde sala, o que facilita a sua propagação. [19] [53] [56] A figura seguinte mostra arranjos bons e maus de portas: [19] [53] [56] Figura 32 - Arranjos Bons e Maus para Portas Os arranjos (a) e (b) são bons pois o som percorre uma maior distância ao se propagar de uma sala a outra; já os arranjos (c) e (d) são maus porque a distância entre as salas é pequena. [19] [53] [56] 55

82 5. Legislação 5.1. Portugal O primeiro texto legislativo português dirigido à acústica surgiu nos Açores em 1982, sendo este documento realizado para controlar os ruídos na vizinhança de edifícios hospitalares e escolares. Apenas em 1987 começaram a surgir em Portugal as primeiras leis, decretos-lei e portarias nesta área, destacando-se o decreto-lei 251/87 que aprovava o Regulamento Geral sobre o Ruído. Em 2000, este documento foi revogado dando lugar ao Regime Legal sobre a Poluição Sonora que por sua vez, em 2007, foi substituído pelo Regulamento Geral do Ruído (RGR) aprovado pelo decreto-lei 09/07. De acordo com o artigo nº1, do Capitulo 1, este regulamento ( ) estabelece o regime de prevenção e controlo da poluição sonora, visando a salvaguarda da saúde humana e o bem-estar das populações. [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] O Regulamento Geral do Ruído aplica-se às actividades permanentes e temporárias e outras fontes de ruído susceptíveis de causar incómodo, fixando valores limites para o ruído produzido e respectivas sanções em caso de incumprimento. Define também algumas das competências do Estado e outras entidades públicas em matéria de ruído. [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] Quanto à Acústica de Edifícios, foi instituído inicialmente o Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios (RRAE) pelo decreto-lei 129/2002 e depois pelo decreto-lei 96/2008. Segundo o artigo nº1 do Capitulo 1, este regulamento ( ) estabelece os requisitos acústicos dos edifícios, com vista a melhorar as condições de qualidade da acústica desses edifícios. Este regulamento aplica-se a diferentes tipos de edifícios, definindo os parâmetros de desempenho acústico dos edifícios e os indicadores do ruído de equipamentos e instalações, regulando desta forma o conforto acústico dos espaços. [48] Para o presente trabalho apenas é necessário analisar o artigo 7º do RRAE de 2008, que especifica os seguintes requisitos acústicos para edifícios escolares e similares, e de investigação. Nos quadros seguintes apresentam-se, respectivamente, os valores mínimos de índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea de paredes exteriores (D 2m,nT,w), valores mínimos do índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea, os valores do isolamento sonoro máximo a ruídos de percussão (L nt,w), o valor do tempo de reverberação (TR60) e o nível de avaliação do ruído particular de equipamentos do edifício (LAr,nT) a respeitar. [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] 56 Índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas Zonas Sensíveis Zonas Mistas Edifícios escolares e similares, e de investigação D 2m,nT,w 28 db D 2m,nT,w 33 db Tabela 21 - Valores mínimos de índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea de paredes exteriores (D 2m,nT,w) em edifícios escolares segundo o RRAE

83 Local de Emissão Salas de aula, de música, de professores, administrativas Salas de aula musical, salas polivalentes, refeitórios, ginásios e oficinas Salas de aula, de música, de professores, administrativas Local de Recepção Bibliotecas e gabinetes médicos Salas polivalentes 45 db 45 db 45dB 55 db 58 db 50 db Berçários 53 db 55 db 48 db Corredores de grande dimensão 30 db 45 db * 35 db 50 db * 30dB 45 db * Tabela 22 - Valores mínimos do índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea em edifícios escolares segundo o RRAE Local Emissor Corredor de grande circulação, ginásio, refeitório ou oficina Salas de aula, berçários ou salas polivalentes Isolamento Sonoro a Sons de Percussão Tabela 23 - Valores máximos do índice de isolamento sonoro a ruídos de percussão (L nt,w) em edifícios escolares segundo o RRAE Locais Tempo de Reverberação Sem sistema de difusão de mensagens sonoras Com sistema de difusão de mensagens sonoras Salas de aula, bibliotecas, salas polivalentes e 0,15V 1/3 refeitórios Ginásios 0,15V 1/3 0,12V 1/3 Tabela 24 - Valores máximos do tempo de reverberação médio nas frequências de 500, 1000 e 2000 Hz em edifícios escolares segundo o RRAE 57

84 Locais Funcionamento contínuo L Ar, nt Funcionamento intermitente Salas de aula, de professores, polivalentes, administrativas, refeitórios, ginásios, oficinas, berçários, corredores de grande circulação Bibliotecas Tabela 25 - Valores máximos do nível de avaliação do ruído particular dos equipamentos (LAr, nt) em edifícios escolares segundo o RRAE Todavia o RRAE exige que seja feita uma verificação de conformidade in situ, após a conclusão do edifício. No sentido de assegurar essa conformidade, na fase de projecto deverão ser verificados os pressupostos de dimensionamento consistentes com aquele objectivo. [48] Considera-se que um edifício se encontra em conformidade com o RRAE se apresentar cumulativamente os seguintes resultados: O valor obtido de D2m,nT,w e DnT,w acrescido de 3 db, satisfaça os limites regulamentares; O valor obtido de L nt,w e LAr,nT diminuído de 3 db, satisfaça os limites regulamentares; O valor obtido de TR diminuído de 25% do limite regulamentar, satisfaça os limites regulamentares. [48] No que diz respeito à da segurança dos trabalhadores, foi publicado em 28 de Abril de 1992 o Decreto- Lei nº 72/92 que visa implementar medidas preventivas para os riscos decorrentes da exposição ao ruído. Este decreto foi alterado para o novo Decreto-Lei nº 182/2006, que se encontra em vigor actualmente. [48] O artigo 3 do Decreto-Lei nº182/2006 impõe valores limites de exposição e valores de acção para os trabalhadores. De acordo com o mesmo artigo, ( )os valores limites de exposição e os valores de acção superior e inferior, no que se refere à exposição pessoal diária ou semanal ao nível de um trabalhador e ao nível da pressão sonora de pico, são fixados em: [48] Valores Limite de Exposição Valores de Acção Superiores Valores de Acção Inferiores Média semanal dos valores diários da exposição pessoal ao ruído, L EX,8h 87 db(a) 85 db(a) 80 db(a) Nível de pressão de pico, L Cpico 140 db(c) 200 Pa 137 db(c) 140 Pa 135 db(c) 112 Pa Tabela 26 - valores limites de exposição e valores de acção superiores e inferiores referentes à exposição pessoal diária ou semanal de um trabalhador e nível de pressão sonora de pico 58

85 5.2. Outros Países A nível europeu, a maior parte dos países apresentam normas ou directivas acústicas. Em Portugal, como referido, destaca-se o Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios (RRAE), na Espanha o decreto-lei de 1371/2007, na França o Decreto - Lei n.º , na Alemanha a Norma DIN 4109 (1989) e no Reino Unido o documento Acoustic Design of Schools A Design Guideline (BB93). Este documento é mais do que uma descrição dos critérios mínimos a considerar para cada caso específico, é também um guia de apoio à construção de escolas atendendo à sua especificidade, desde a escolha do local de implantação até aos parâmetros a considerar no caso de alunos de ensino especial. A nível mundial, destaca-se a norma americana ANSI S Acoustical Performance Criteria, Design Requirements, and Guidelines for Schools, aprovada, em 2002, pelo American National Standards Institute. Esta norma detalha os critérios de desempenho acústico de espaços de aprendizagem e define os requisitos e orientações para o isolamento sonoro. Existe também a norma brasileira NBR designada Nível de ruído para conforto acústico que fixa os níveis de ruído compatíveis com o conforto acústico em ambientes diversos França Até 1992, os requisitos acústicos existentes restringiam a sua aplicação a edifícios do tipo habitacional, o que mudou com a entrada em vigor do Decreto-Lei n.º Este decreto-lei vem definir os requisitos acústicos para edifícios educacionais. [50] O limite máximo do nível sonoro do ruído de fundo presente num local é variável conforme a utilização do equipamento seja feita de forma contínua ou intermitente. [50] O tempo de reverberação é calculado como a média aritmética, para salas de aula mobiladas e desocupadas, nas frequências de 500, 1k e 2k Hz. [50] Os valores máximos do nível sonoro do ruído de fundo provocado por equipamentos AVAC e os valores máximos do tempo de reverberação médio nas frequências de 500, 1k e 2 k Hz são apresentados, respectivamente, nos quadros seguintes: [50] Locais Bibliotecas, salas de aula Átrios, corredores, cantinas, enfermarias Funcionamento Continuo L Aeq (db) Funcionamento Intermitente Tabela 27 - Valores máximos do nível sonoro do ruído de fundo provocado pelos equipamentos AVAC em diferente locais segundo o Decreto-Lei 92/1444, França 59

86 Local Salas de aula, salas de música, creches (Volumes 250 m 3 ) Salas de aula, salas de música, bibliotecas, escritórios (Volumes > 250 m 3 ) Tempo de Reverberação médio (500/1k/2k) (s) 0,4 TR 0,8 0,6 TR 1,2 Tabela 28 - Valores máximos do tempo de reverberação médio nas frequências de 500, 1k, 2k em diferentes locais segundo o Decreto-Lei 92/1444, França Alemanha A norma DIN 4109, intitulada de proteção acústica em edificação estabelece os valores máximos do nível sonoro do ruído de fundo em função do local, conforme é apresentado na tabela seguinte: [51] Local Tempo de Reverberação médio (500/1k/2k Hz) (s) Salas de aula Bibliotecas Tabela 29 - Valores máximos do ruído de fundo provocado pelos equipamentos AVAC pela norma alemã DIN 4109 A norma DIN 18041, intitulada de qualidade acústica em salas pequenas e de médio porte, recomenda valores do tempo de reverberação nas frequências de 500 e 1000 Hz de acordo com o tipo de compartimento e as funções a que este se destina. [51] O tempo de reverberação é obtido utilizando as expressões da tabela 27, para compartimentos mobilados e ocupados. Se a medição for realizada para locais desocupados, a norma refere que o tempo de reverberação não deverá ultrapassar em 0,2 s o valor obtido para o mesmo local ocupado. [51] Locais Salas de aula, auditórios, creches Salas de música Tribunais, áreas de reunião, piscinas Tempo de Reverberação médio (500/1kHz) (s) Tabela 30 - Valores máximos do tempo de reverberação médio nas frequências de 500 e 1 khz em diferentes locais mobilados e ocupados segundo a norma alemã DIN Espanha 60 Na Espanha, o decreto-lei de 1371/2007 de 19 de Outubro regula os requisitos acústicos de modo a satisfazer a segurança e o bem-estar.

87 Este documento impõe limitações ao tempo de reverberação para salas de aula e de conferências com volumes não superiores a 350 m 3 e para cantinas e restaurantes, qualquer que seja o tipo de edifício, independentemente do volume. Local Tempo de Reverberação médio (500/1k/2k) (s) Salas de aula e de conferências vazias 0,7 Salas de aula e de conferências com assentos fixos 0,5 Cantinas e restaurantes 0,9 Tabela 31 - Valores máximos do tempo de reverberação médio nas frequências de 500, 1k e 2kHz em diferentes locais segundo o Decreto-Lei 1371/2007, Espanha Os valores limites do nível sonoro do ruído de fundo provados pelos equipamentos AVAC segundo variam consoante a utilização dos edifícios e o tipo de local. Tipo de Edifício Local L Aeq (db) Salas de aula 40 Escola Bibliotecas 35 Tabela 32 - Valores máximos do nível sonoro do ruído de fundo provocado pelos equipamentos AVAC segundo o Decreto-Lei 1371/2007, Espanha Reino Unido Em 2003 foi publicado o Building Bulletin 93 Acoustic Design of Schools (BB93). Este documento veio substituir as recomendações relativas à acústica dos espaços escolares presentes na versão de 1997 do Building Bulletin 87 (BB87). O BB93 tem como principal objectivo auxiliar na construção de escolas provendo conselhos e orientações para o seu projecto e concepção de modo a obter espaços perfeitamente adequados em termos acústicos para o ensino. Neste documento são indicados os valores ideais dos parâmetros acústicos, como o ruído de fundo, índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea e de percussão, tempo de reverberação e STI, consoante a actividade a que se destina a sala. Neste documento são também apresentados os princípios gerais relativos ao isolamento sonoro complementados pela apresentação de diferentes soluções construtivas de paredes, janelas, tectos e pavimentos e a sua influência na transmissão do ruído. 61

88 Tipo de Sala Ruído na sala emissora Tolerância ao ruído da sala receptora L Aeq (db) Salas de infantários Elevado Baixa 35 Salas de aula escolas Médio Baixa 35 primárias Salas de aula escolas Médio Baixa 35 secundárias Salas de aula open plan Médio Média 40 Salas de música Muito elevado Baixa 35 Auditório (< 50 pessoas) Médio Baixa 35 Auditório (> 50 pessoas) Médio Muito baixa 30 Sala de aula para alunos com dificuldades Médio Muito baixa 30 auditivas Salas de estudo Baixo Baixa 35 Biblioteca zona de estudo Baixo Baixa 35 Biblioteca zona de pesquisa Médio Média 40 Laboratórios Médio Média 40 Estúdio de teatro Elevado Muito baixa 30 Oficinas Elevado Alta 40 Salas de desenho Médio Média 40 Salas polivalentes Elevado Baixa 35 Salas de audiovisual, Médio Baixa 35 videoconferência Átrio, corredores Médio Média 45 Estúdio de dança Elevado Média 40 Ginásio Elevado Média 40 Piscina Elevado Alta 50 Posto médico Baixo Baixa 35 Cantina Elevado Alta 45 Cozinha Elevado Alta 50 Salas administrativas, salas de Médio Média 40 professores Balneários Elevado Alta 45 Casas de banho Médio Alta 50 Tabela 33 - Valores máximos do nível sonoro contínuo equivalente do ruído de fundo (L Aeq ) em edifícios escolares segundo o BB93 62

89 Ruído da sala emissora D nt,w (db) Muito Baixo Médio Elevado elevado Tolerância Alta ao ruído Média da sala Baixa receptora Muito Baixa Tabela 34 - Valores mínimos do índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea (D nt,w ) em edifícios escolares segundo o BB93 Tipo de sala L nt,w (db) Salas de infantários 65 Salas de aula escolas primárias e secundárias 60 Salas de aula open-plan 60 Salas de música 55 Auditório (< 50 pessoas) 60 Auditório (> 50 pessoas) 55 Salas de aula para alunos com dificuldades auditivas 55 Salas de estudo e bibliotecas 60 Laboratórios 65 Estúdio de teatro 55 Oficinas 65 Salas de desenho 60 Salas polivalentes 65 Salas de audiovisual, videoconferência 60 Átrio, corredores 65 Estúdio de dança 60 Ginásio e piscina 65 Posto médico 60 Cantina, cozinha, balneário, casas de banho 65 Salas administrativas, salas de professores 65 Tabela 35 - Valores máximos do índice de isolamento sonoro a ruídos de percussão (L nt,w ) em edifícios escolares segundo o BB93 Tipos de salas Tempo de Reverberação (s) Salas de infantário e escolas primárias 0,6 Salas de aula escolas primárias 0,6 Salas de aula escolas secundárias 0,8 Salas de aula open-plan 0,8 Salas de música 1,0 Auditório (< 50 pessoas) 0,8 Auditório (> 50 pessoas) 1,0 Tabela 36 - Valores máximos do tempo de reverberação médio nas frequências de 500, 1000 e 2000 Hz em edifícios escolares segundo o BB93 63

90 Tipos de salas Tempo de Reverberação (s) Salas de aula para alunos com dificuldades auditivas 0,4 Salas de estudo 0,8 Bibliotecas 1,0 Laboratórios 0,8 Estúdio de teatro 1,0 Oficinas 0,8 Salas de desenho 0,8 Salas polivalentes 0,8 1,2 Salas de audiovisual, videoconferência 0,8 Átrio, corredores 1,5 Estúdio de dança 1,2 Ginásio 1,5 Piscina 2,0 Posto médico 0,8 Cantina 1,0 Cozinha, balneários, casas de banho 1,5 Salas administrativas, salas de professores 1,0 Tabela 37 - Valores máximos do tempo de reverberação médio nas frequências de 500, 1000 e 2000 Hz em edifícios escolares segundo o BB93 (continuação Estados Unidos Em 2000 surgiu uma publicação destinada a alertar os engenheiros, arquitectos, directores, professores e pais para a importância da acústica na aprendizagem dos alunos, o Classroom Acoustics. [52] De acordo com esta publicação, o tempo de reverberação das salas de aulas deve situar-se entre os 0,4 e 0,6 s, recorrendo-se à diminuição do volume ou ao aumento da absorção sonora das salas para reduzir o tempo de reverberação. Quanto ao ruído dos equipamentos mecânicos, é referido que para haver uma boa inteligibilidade da palavra a relação sinal/ruído não deve ser inferior a 10 db ou 15 db. No caso de serem crianças com dificuldades auditivas, o ruído de fundo nas salas de aula não deve ser superior a NC25 ou NC30 nem exceder os 35 db(a). A localização, instalação e o tipo de equipamentos escolhidos deve ser alvo de um planeamento cuidado por forma a reduzir ao máximo o ruído produzido. [52] Em 2002 foi publicada a norma ANSI Esta norma define os critérios e os requisitos a respeitar pelos edifícios escolares nos EUA, fornecendo informação acerca das boas práticas de concepção e construção para obter espaços que estejam em conformidade com a norma. [52] 64 Esta norma fixa valores máximos para o nível sonoro do ruído de fundo, num período de uma hora, provocado pelos equipamentos AVAC (Tabela 35) e valores máximos para o tempo de

91 reverberação nas frequências de 500, 1000 e 2000 Hz em função do tipo de espaço (Tabela 36). [52] Em 2010 foi feita uma revisão à norma ANSI [52] Espaços de aprendizagem Principais Auxiliares Condição de funcionamento do sistema AVAC Máxima capacidade Mínima capacidade Máxima capacidade Mínima capacidade Equipamentos simples de AVAC L Aeq (db) Equipamentos múltiplos de AVAC Não aplicável Não aplicável 39 Tabela 38 - Valores máximos do nível sonoro do ruído de fundo provocado pelos equipamentos AVAC pela norma ANSI/ASA S12.60 Local Espaços de aprendizagem principal (Volume 283 m 3 ) Espaços de aprendizagem principal (283 m 3 <Volume 566 m 3 ) Espaços de aprendizagem principal (Volume> 566 m 3 ) Tempo de Reverberação (500/1k/2k Hz) (s) 0,6 0,7 Sem requerimento Tabela 39 - Valores máximos do tempo de reverberação médio nas frequências de 500, 1k, 2k Hz em diferentes locais segundo a norma ANSI/ASA S12.60 Sala de aula, posto médico Casa de banho Espaço Adjacente Corredor, escadas, gabinetes, auditorios Sala de musica, sala de máquinas, cafetaria, ginásio, piscina Tabela 40 - Valores mínimos do índice de redução sonora (R w ) entre salas de aula e diferentes espaços adjacentes segundo a ANSI

92 Locais de recepção Corredores, escadas, casas de banho Salas de música Locais de emissão Gabinetes, auditórios Exterior Salas de máquinas, cafetarias, ginásios, piscina Corredores Sala de música Gabinetes, auditórios Tabela 41 - Valores mínimos do índice de redução sonora (R w ) entre diferentes espaços adjacentes segundo a ANSI Brasil No Brasil a norma NBR 6401, Instalações de centrais de ar condicionado para conforto Parâmetros básicos de projeto, estabelece valores máximos e de conforto para o nível sonoro do ruído de fundo provocado pelos equipamentos de ar-condicionado em função do local, conforme apresentado na tabela seguinte: [49] Local db(a) NC Bibliotecas Salas de aula Salas de concerto Salas de projecto e administração Tabela 42 - Valores de conforto e máximos do nível sonoro do ruído de fundo provocado pelos equipamentos de arcondicionado em diferentes locais segundo a norma NBR 6401 O Brasil não possui nenhuma norma relativamente ao tempo de reverberação para salas de aula. A única norma que faz referência ao tempo de reverberação é a NBR Tratamento Acústico em Recintos Fechados, a qual define o tempo de reverberação ótimo na frequência de 500 Hz em função do volume e do local. [49] 66

93 Figura 33 - Valores do tempo de reverberação ótimo na frequência de 500 Hz em função do volume e tipo de compartimento conforme a Norma NBR 67

94 6. Caso de Estudo Ao longo deste capítulo será abordada a metodologia do ensaio, assim como o processo os cálculos para a determinação dos parâmetros acústicos, utilizando os valores obtidos do ensaio experimental. Seguidamente será explicado todo o procedimento de ensaio utilizado, desde a escolha do caso de estudo, equipamento utilizado, e tratamento dos dados recolhidos Amostra em Estudo A presente dissertação analisa e caracteriza acusticamente duas salas de aula, localizadas em dois edifícios diferentes e construídos em épocas distintas, recorrendo à medição de parâmetros acústicos. As salas escolhidas para o efeito foram a sala 2.14 situada no 2º andar do Complexo Pedagógico e a sala 161 situada no 2º andar do edifico do ISE. Na tabela 42 são apresentadas as principais características geométricas de cada uma das duas salas de aula e é também apresentada uma figura exemplar de cada local bem como a sua localização. Sala Comprimento (m) Largura (m) Pé Direito (m) Área (m 2 ) Volume (m 3 ) Número de Lugares Figura ,08 7,25 2, ,17 6,8 3,30 47, Tabela 43 - Características das Salas 68

95 Figura 34 - Sala 161 Figura 35 - Sala Equipamentos de Medição Para a realização dos diversos ensaios foram utilizados os seguintes equipamentos: Sonómetro analisador espectral em tempo real da marca CESVA modelo SC310 (IEC Classe 1, ANSI S Tipo 1 e standards EN :1992, EN :1993, 69

96 EN :1992 e EN :1995), nº de série T232229, ajustado com um calibrador acústico da mesma marca; Gerador de ruído rosa da marca CESVA, modelo FP120, nº de série T232755; Fonte sonora omni-direccional, dodecaédrica, nº de série T232798, resultando numa potência sonora superior a 120 db (com excitação em banda larga); Máquina de martelos da marca CESVA, modelo MI005, nº de série T232175, com 5 martelos de 500g cada um, com uma altura de queda livre de 40 mm e uma média de tempo entre 2 impactos de 100 ms. Figura 36 Sonómetro 70

97 Figura 37 - Fonte Sonora Figura 38 - Máquina de Martelos 71

98 6.3. Metodologia Com vista à caracterização acústica das diferentes salas de aula presentes no Instituto Superior de Engenharia da Universidade foram medidos os seguintes parâmetros: Ruído de fundo; Tempo de reverberação; Isolamento sonoro a ruídos aéreo entre salas; Isolamento sonoro a ruídos de percussão; Isolamento sonoro a ruídos aéreos de fachadas. Os ensaios foram realizados com as portas e janelas fechadas e o ruído de fundo foi obtido tanto para a situação de equipamentos AVAC desligados como para a situação de equipamentos AVAC ligados. As salas de aula estavam unicamente ocupadas com as mesas e cadeiras integrantes destes locais. As medições decorreram durante o período da manhã do dia 18 de Janeiro de 2014 e do dia 25 de Janeiro de Ruído de Fundo A medição do ruído de fundo requereu a utilização de um sonómetro analisador espectral em tempo real da marca CESVA, modelo SC310. Este ensaio foi realizado para três situações distintas: com equipamento AVAC desligado e a sala vazia, com equipamento AVAC ligado e a sala vazia e com a sala ocupada com uma aula a decorrer. Com o equipamento AVAC desligado foram feitas 5 medições em 3 locais diferentes da sala. Posteriormente, ligou-se o equipamento de ventilação e mediu-se o ruído de fundo produzido por estes equipamentos. 72

99 Figura 39 - Pontos de medição para a determinação do ruído de fundo na Sala 2.14 Figura 40- Pontos de medição para a determinação do ruído de fundo na Sala 161 Para medir o ruído de fundo com a sala ocupada, foram realizadas 6 medições no fundo da sala, ou seja, na zona mais afastada de onde se encontra o professor a falar e portanto será a zona mais desfavorável. Figura 41 - Pontos de medição do ruído de fundo com a Sala 2.14 ocupada 73

100 Figura 42 - Pontos de medição do ruído de fundo com a Sala 161 ocupada Tempo de Reverberação O tempo de reverberação foi medido recorrendo a um sonómetro analisador espectral em tempo real da marca CESVA, modelo SC310, um gerador de ruído rosa da marca CESVA, modelo FP120 e uma fonte sonora omni-direccional, dodecaédrica. A fonte sonora foi colocada no centro da sala e foram realizadas 6 medições em três pontos diferentes, ou seja, foram feitas duas medições em cada ponto. 74

101 Figura 43 - Ponto de emissão (FS) e pontos de medição para a determinação do tempo de reverberação na sala 2.14 Figura 44 - Ponto de emissão (FS) e pontos de medição para a determinação do tempo de reverberação na sala Isolamento Sonoro a Ruídos Aéreos entre salas O isolamento sonoro a ruídos aéreos entre salas foi medido utilizando um sonómetro analisador espectral em tempo real da marca CESVA, modelo SC310, um gerador de ruído rosa da marca CESVA, modelo FP120 e uma fonte sonora omni-direccional, dodecaédrica. A fonte sonora foi colocada em duas posições distintas (FS1 e FS2) na sala adjacente à sala em estudo, distando cerca de 1 m da parede. Utilizando o sonómetro, e para cada posição da fonte sonora, foram medidos os níveis de pressão sonora por banda de frequência de 1/3 de oitava em cinco pontos do compartimento emissor e do compartimento receptor. Cada medição do teve a duração de 6 segundos. 75

102 Figura 45 - Pontos de emissão (FS1 e FS2) e de medição na sala emissora (Sala 2.16) e na sala receptora (Sala 2.14) para a determinação do isolamento sonoro a ruídos de condução aérea Figura 46 - Pontos de emissão (FS1 e FS2) e de medição na sala emissora (Sala 162) e na sala receptora (Sala 161) para a determinação do isolamento sonoro a ruídos de condução aérea Isolamento Sonoro a Ruídos de Percussão 76 O isolamento de ruídos de percussão foi avaliado utilizando-se uma máquina de martelos da marca CESVA, modelo MI005, e um sonómetro analisador espectral em tempo real da marca CESVA, modelo. A máquina de percussão é composta no seu interior por cinco martelos com 5 martelos de 500g cada um, com uma altura de queda livre de 40 mm e uma média de tempo entre 2 impactos de 100 ms. Esta foi colocada em quatro posições diferentes no compartimento emissor, a 45º. Na sala adjacente foram medidos os níveis de pressão sonora, estando o sonómetro colocado

103 sempre na mesma posição, no meio da sala. Para cada posição da máquina de percussão foram feitas duas medições, cada uma com duração de 6 segundos. Figura 47 - Posições da máquina de percussão na sala emissora (Sala 2.16) e pontos de medição na sala receptora (Sala 2.14) para a determinação do isolamento sonoro a ruídos de percussão Figura 48- Posições da máquina de percussão na sala emissora (Sala 162) e pontos de medição na sala receptora (Sala 161) para a determinação do isolamento sonoro a ruídos de percussão 77

104 Isolamento Sonoro a Ruídos Aéreos de Fachadas O isolamento sonoro a ruídos aéreos de fachadas foi realizado utilizando a fonte sonora e o sonómetro CESVA, modelo SC310, um gerador de ruído branco da marca CESVA, modelo FP120 e é medido através de dois ensaios. No primeiro ensaio, a fonte sonora foi colocada no exterior. Com a janela aberta e o sonómetro colocado no exterior a 2 metros da fachada, foram realizadas 3 medições, de 6 segundos cada uma. No segundo ensaio, a fonte sonora continua no exterior e com o sonómetro no interior da sala e as janelas completamente fechadas, são realizadas 5 medições, também de 6 segundos cada uma. Figura 49 - Ponto de emissão (FS) e pontos de medição para a determinação do isolamento sonoro a ruídos de condução aérea da fachada da Sala

105 Figura 50 - Ponto de emissão (FS) e pontos de medição para a determinação do isolamento sonoro a ruídos de condução aérea da fachada da Sala 161 Figura 51 Ensaio do Isolamento Sonoro a Ruídos Aéreos de Fachadas 6.4. Resultados Sala 2.14 Volume do recinto emissor Sala de aula 2.16 = 185 m3 Volume do recinto recetor Sala de aula 2.14 = 177 m3 79