Conforto Ambiental Acústica Arquitetônica

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1 Março de 2012 Conforto Ambiental Acústica Arquitetônica UNIDADE I Acústica Arquitetônica Conceitos Básicos e Condicionamento Acústico Prof. Dr. Eduardo Grala da Cunha Sino-Italian Ecological and Energy Efficient Building - SIEEB

2 APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA Objetivos do Módulo I: Compreender as possibilidades de atuação do profissional no ambiente construído considerando as necessidades de adequação ao condicionamento e isolamento acústico necessários; revisar os conceitos básicos da acústica arquitetônica; entender o que é e como é desenvolvido o projeto de condicionamento acústico; verificar aspectos gerais da NBR Tratamento acústico em recintos fechados.

3 INTRODUÇÃO MÓDULO I SUMÁRIO 1. Introdução 2. Conceitos Físicos do Som 2.1 Som, ruído e ondas 2.2 Intensidade Sonora 2.3 Características do Som 3. Acústica Arquitetônica 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico 3.2 Cálculo do Tempo de Reverberação NBR Materiais, usos, aplicações e estratégias

4 1. Introdução 1.1 Some Ruído Som sensação produzida no sistema auditivo a partir da vibração de um meio elástico (ar, água, corpos, entre outros). Variação da pressão do ambiente detectável pelo sistema auditivo.

5 1.1 Som e Ruído 1. Introdução Ruído é um som indesejável (ruído do trânsito, ruído das turbinas de um avião, ruído de uma casa noturna no entorno edificado ações judiciais); O ruído repercute: a) No aparelho auditivo trauma acústico (temporário ou permanente); b) Nas atividades do cérebro indivíduo necessita de 20% a mais de energia para efetuar tarefas com intenso barulho; c) Em vários órgãos ação reflexa (influenciando pressão arterial, composição hemática, perda de equilíbrio e vômitos); d) Atividade física e mental;

6 1.1 Som e Ruído 1. Introdução São necessárias as seguintes preocupações: Tratamento acústico 03/12/ /12/2012 Condicionamento acústico Isolamento acústico

7 1. Introdução

8 2. Conceitos Físicos do Som 2.1 Ondas Movimentos oscilatórios que se propagam num meio devido a uma perturbação. Nesses movimentos somente energia é transferida, não havendo transporte de matéria. Ex: pedra em um lago Classificação: Mecânicas e Eletromagnéticas. Ondas Sonoras: São aquelas que necessitam de um meio elástico para se propagar.

9 2. Conceitos Físicos do Som

10 2.1 Ondas: 2. Conceitos Físicos do Som Elementos constituintes de uma onda:(estas características definem as estratégias no projeto arquitetônico no que diz respeitos a revestimentos e fechamentos horizontais e verticais.) Comprimento de Onda (λ): é a distância entre duas cristas ou dois vales ou dois vales consecutivos; Amplitude: é o nome dado à altura de uma crista ou de um vale; Período (T): tempo necessário para uma onda deslocar-se de uma crista a outra; 10

11 2. Conceitos Físicos do Som Freqüência(f): é o número de oscilações (ciclos) realizadas pela onda na unidade de tempo; 1 Hertz = 1 ciclo por segundo. f = 1/T T = 1/f O ouvido humano identifica sons entre 20 e Hz; Intensidade: A amplitude do raio sonoro indica a intensidade do mesmo. 11

12 2. Conceitos Físicos do Som Frequência (f): O conceito de bandas de oitava, corresponde a excitação de uma mesma zona da membrana basiliar. O domínio do audível encontra-se coberto por cerca de 24 bandas críticas, cada uma das quais parece corresponder a um comprimento de cerca de 1,3 mm ao longo da membrana basilar. A voz humana varia 500 Hz a 1000 Hz; Os estudos devem considerar 125 Hz, 1024 Hze 2048 Hz; Notas Ré Mi Fá Sol Lá Si Freqüências 73 Hz 82 Hz 87 Hz 98 Hz 109 Hz 121 Hz Freqüências (Hz) Fontes de Ruído 125 a 250 máquinas, instrumentos de percussão 250 a 500 ruído de escritório em geral 500 a 1000 conversa 2000 a 4000 máquina de escrever, apitos e aviões 12

13 2. Conceitos Físicos do Som Freqüências audíveis Infrasom Ultrasom Graves Médios Agudos z Classificação das Freqüências: Fonte: CENEC Simões 1999 Voz Humana: 500 a 1000 Hz Classificação das Freqüências: Grevenet al. (ABC Conforto Acústico) 13

14 Classificação das Freqüências: Grevenet al. (ABC Conforto Acústico)

15 2. Conceitos Físicos do Som Qualidades do Som: Altura: é a qualidade que permite diferenciar um som grave (freqüência baixa) de um agudo (freqüência alta). Intensidade:é a qualidade que permite identificar um som alto ou forte (na física, um som alto ou baixoestá relacionado com a quantidade de energia transferida. Vozes femininas: soprano e contralto; Vozes masculinas: tenor, barítono e baixo; 15

16 2. Conceitos Físicos do Som O tomé a interpretação subjetiva da frequência de um som. Isso fica claramente estabelecido para sons com tonalidade pura. Sons complexos são fisicamente determinados por seus espectros, cuja interpretação subjetiva é o timbre. Fonte: Grevenet al (ABC Conforto Acústico) Fonte: Greven et al (ABC Conforto Acústico) 16

17 2. Conceitos Físicos do Som Bell e Decibel -Pressão mínima (limiar da audição) = N/m 2 -Pressão máxima (limiar da dor) = 20 N/m 2 -Diferença entre o limiar da audição e o limiar da dor é de de vezes; - db = decibel = relação de amplificação - escala logarítmica - 1 bel = 10 decibéis

18 Níveis sonoros não podem ser somados aritmeticamente são grandezas logarítmicas; Somatório de Ruídos de diferentes intensidades -Caminhão 85 db; 2. Conceitos Físicos do Som -Carros 70 db; 85 db 70 db = 15 db -> L -> (Gráfico) Exemplo 1: NR1 = 85 db; NR2 = 70 db; NR = 85 db + 0,3 db 1,2 db = 85,3 db Exemplo 2: 0,3 db NR1 = 75 db; NR2 = 70 db; NR = 75 db + 1,2 db = 76,2 db 18

19 2. Conceitos Físicos do Som Sensibilidade Auditiva: O aparelho auditivo humano não percebe sons de freqüências diferentes com a mesma sensibilidade. A figura 3 apresenta as curvas de igual sensação sonora do aparelho auditivo humano, na qual a parte colorida corresponde a voz humana; Nos graves o ouvido humano é menos seletivo, o que explica a diferença de sensação auditiva entre dois ruídos de Fonte: Greven et al (ABC Conforto Acústico) um mesmo nível sonoro. Fonte: Greven et al (ABC Conforto Acústico) 19

20 2. Conceitos Físicos do Som Frequência do ruído do trânsito Fonte: CENEC, Simões

21 2. Conceitos Físicos do Som λ= C. T λ= C F Onde: λ= comprimento de onda C = velocidade do som no ar (340 m/s) F = frequência 4000 HZ λ= 340 m/s = 0,085m 4000 ciclos/s 8,5 cm 125 HZ λ= 340 m/s = 2,7m 125 ciclos/s 21

22 2. Conceitos Físicos do Som 2.2. Intensidade do Som Pressão Sonora: N / m 2 força/área = pressão Unidades: Pressão mínima (limiar da audição) = N/m 2 Pressão máxima (limiar da dor) = 20 N/m 2 Diferença mínima identificada pelo ouvido humano = 1 db; 22

23 2. Conceitos Físicos do Som 2.2. Intensidade do Som Cada 10 db de ampliação é identificado pelo ouvido humano como uma duplicação da pressão sonora; O db é pouco usado, dando lugar ao db (A), um valor ponderado que leva em consideração os valores correspondentes de igual sensação sonora do aparelho auditivo humano. É o filtro mais abrangente para as bandas de oitavas

24 2. Conceitos Físicos do Som 2.2. Intensidade do Som Para que um som com frequência de 1000 Hz possa ser ouvido é necessário 1 db; Para que um som com frequência de 40 Hz possa ser ouvido são necessários 40 db; NORMA DIN sugere frequência média de 550 Hz; 24

25 2. Conceitos Físicos do Som 2.2. Intensidade do Som Um som de 60 db até 11 mouvimos sem reflexão; Cada vez que um ponto afastar o dobro da distância da fonte, seu nível de som cairá 8 db ou, inversamente se aproximar-se da fonte para a metade da distância, o seu nível sonoro dobrará; 4 m 4 m 8 m Fonte 70 db 62 db 54 db 46 db 25

26 2.2.- Intensidade Sonora Apud LISOT (2008)

27 2.2.- Intensidade Sonora 120 Limiar de sensibilidade 110 Trovão, artilharia, rebitador, trem em ferrovia elevada, fábrica de caldeiras Ruas extremamente barulhentas, fábricas barulhentas, plataformas de trens sem absorventes de som, apitos de polícia Escritórios barulhentos, ruas com ruídos médio, rádio com volume médio, fábrica com ruído médio Casa barulhentas, escritórios médios, conversação média, rádio com volume baixo Casa silenciosa ou escitório individual, auditório médio, conversação baixa Sussuros, trabalhos intelectuais em um quarto 0 Limiar da auditibilidade Ensurdecedor muito barulhento, estrondosa barulhento moderado fraca muito fraca 27

28 2.2.- Intensidade Sonora Atividade Nível Sonoro em db Intensidade Watts/cm 2 Nível mínimo, murmurar Homem conversando tranqüilamente Mulher conversando tranqüilamente x10-13 Homem conversando normalmente x10-14 Mulher conversando normalmente Homem falando em público, sem x10-11 esforçar-se Mulher falando em público, sem esforçar-se Homem falando em público, x10-10 esforçando-se Mulher falando em público, esforçando-se Grito de Homem x10-9 Grito de Mulher Canto de um profissional

29 2.2.-Intensidade Sonora Ruído gerado Causas Tempo de exposição perigoso 80 Metrô, tráfego pesado, despertador a 60 cm, ruído de fábrica 90 Trânsito de caminhões, aparelhos domésticos, máquina de cortar grama; Mais de 8 horas Mais de 4 horas; 100 Serra Elétrica, britadeira; Mais de 1 hora; 120 Show de Rock, trovoada; A lesão pode ocorrer em questão de minutos; 180 Lançamento de um foguete Perda auditiva 29

30 2. Conceitos Físicos do Som Ruído do trânsito >70 DB Fonte: CENEC, Simões

31 2. Conceitos Físicos do Som 2.3. Características do Som Velocidade do Som 340 m/s (depende meio e temp.) Reflexão do Som Importante conceito que vai caracterizar as estratégias quanto as dimensões, a forma das paredes e forro e tratamento dos revestimentos internos dos auditórios. A reflexão gera REVERBERAÇÃOe ECO. Eco:distância de 17 m entre a fonte e um anteparo (parede). Som percorre 34 m de distância(ida e volta) em 1/10 s. (som emitido e refletido são percebidos simultaneamente). 31

32 2. Conceitos Físicos do Som A reflexão gera REVERBERAÇÃO e ECO. Reverberação: É a persistência do som em um recinto limitado, depois de cessada sua emissão por uma fonte. 32

33 2. Conceitos Físicos do Som Reflexão do Som Quando uma onda sonora pura ou livre atinge uma superfície uniforme a reflexão do som assemelha-se muito à da luz. Reflexão homogênea; Concentra a energia; Difunde a energia; 33

35 2. Conceitos Físicos do Som Difração do som É a mudança sofrida na direção de onda sonora, devido ao seu encontro com um obstáculo, contornando-o; Pequeno orifício na parede Parede 35

39 2. Conceitos Físicos do Som Frequência de Ressonância dos materiais: -Os materiais apresentam frequências nas quais os mesmo vibram e diminuem a sua capacidade de isolamento; - Estas frequências são classificadas como críticas; -Uma das formas de se evitar a ressonância dos fechamentos duplos é a utilização de painéis com diferentes espessuras; 39

40 Aspectos Gerais: Na abordagem da acústica de edificações é importante ter domínio sobre três fenômenos importantes da propagação sonora, a saber, o isolamento sonoro, a reflexão sonora e a absorção sonora, que serão introduzidos a seguir.

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42 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico (auditórios e salas de conferência) 3.2 Cálculo do Tempo de Reverberação NBR (auditórios, salas de conferência, escritórios, igrejas, ambientes onde é desejado o controle do ruído) 3.3 Materiais, usos, aplicações e estratégias

43 3.2 Cálculo do tempo de reverberação NBR 12179/1992 Tratamento Acústico em Recintos Fechados Roteiro para o desenvolvimento do tratamento acústico A) isolamento acústico Necessária impermeabilidade acústica; B) condicionamento acústico Estudo geométrico acústico do recinto e cálculo do tempo de reverberação;

44 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico (Projeto de auditórios, salas de conferência,...) JOGO RÁPIDO -ALGUMAS REGRAS QUE AJUDAM BASTANTE! Relação entre dimensões; h -altura, c -comprimento, l -largura; 0.40 C < h < 0.55 C 1.4 L < C < 1.6 L Comprimento < 17.0 metros (quando possível); C = distância do palco até a última fileira de cadeiras; Segundo NEUFERT: A relação correta entre altura, largura e comprimento é: 2 (H), 3 (L) e 5 (C). H = 0,4 C; C = 1,66 L; 44

45 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico Até 300 m 3 de volume simples voz sem dificuldades (7,0m x 9,8m x 4,4m = 301 m 3 ); Dimensão menorque 8,5 m(f/2 - χ= 17 m -20 Hz menor frequência audível) possibilidades de ressonância com sons graves; Volumes maiores m 3 necessidade de reforçar o som para parte mais distante; Ambientes maiores que m 3 necessidade de sistema de amplificação (18m x 28,80m x 15,80m);

46 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico(dimensionar considerando o volume)

47 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico

48 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico

49 Estuda a distribuição do som no ambiente; Princípio da reflexão; Diferenças entre raios diretos e refletidos; Beneficiar os usuários que ocupam as cadeiras do fundo do auditório com o raio sonoro refletido pelas paredes e pelo forro; 49

50 Entre T1 e T2 20m (0,02s) V = 340 m/s V = d/t d = 6,8m 50

51 Comportamento das Superfícies quanto à reflexão do som; Côncavas; Convexas; 51

52 3.2 Cálculo do tempo de reverberação REVERBERAÇÃO EM UM AMBIENTE: - Persistência do som no ambiente; -Tempo necessário para que o som em um ambiente seja atenuado em 60 db;

53 Cada atividade tem um tempo ideal de absorção, o qual é determinado pelo volume, e atividade a ser desempenhada no local. 53

54 54

55 3.2 Cálculo do tempo de reverberação Para a frequência de 125 Hz é necessário uma correção do tempo ideal de reverberação; T ideal(125 Hz) = T ideal(1000 Hz) x 1,5

56 Tempo Ideal de Reverberação 56

57 3.2 Cálculo do tempo de reverberação ABSORÇÃO

58 3.2 Cálculo do tempo de reverberação Coeficientes que caracterizam o comportamento do som Coeficiente de Reflexão; Coeficiente de Transmissão; Coeficiente de Absorção -varia de 0 a 1 Energia dissipada + energia transmitida; Superfície teoricamente rígida e polida teria = 0; Janela aberta = 1; Unidade de área de absorção = 1 m 2 = sabine; Ex: tapete com = 0,7 70% da energia é absorvida, ou seja, 1 m 2 de tapete equivale a 0,7 m 2 de uma janela aberta;

59 3.2 Cálculo do tempo de reverberação Tipo de revestimentos: a) Muito refletores 0,1 > α 0,01; b) Ligeiramente absorventes 0,5 > α 0,1; c) Muito absorventes α 0,5;

60 3-Acústica Arquitetônica Coeficientes de Absorção Fonte: Greven et al (ABC do Conforto Acústico) 60

61 Materiais Reflexivos 0,1 > α 0,01

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63 Materiais medianamente absorvedores 0,5 < α < 0,1

64 Materiais medianamente absorvedores 0,5 < α < 0,1

65 Materiais absorvedores α > 0,5

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67 Indústrias, academias, escritórios, ginásios,... Eurobafles Bafles Euroacoustic

68 Eurobafles Bafles Euroacoustic

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72 Materiais absorvedores α 0,5 Elementos absorventes seletivos (Ressonadores) Basicamente existem os seguintes tipos de ressonadores: De membrana ou diafragmático; Simples de cavidade (Helmholtz); Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhurados; Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de ripas.

73 De membrana ou diafragmático (interior de casas noturnas) M = 0,5 cm 1,5Kg/m 2 D = 2,0 cm f 0 = 600 Hz M = 0,5 cm 1,5Kg/m 2 D = 3 cm f 0 = 490 Hz M = 0,5 cm 1,5Kg/m 2 D = 10 cm f 0 = 270 Hz Efeito Massa-Mola -Painel de compensado é reflexivo quando afastado da parede absorve graves; -Mesmo ocorre com painéis de gesso acartonado;

74 De membrana ou diafragmático(cálculo do Pico de absorção); A expressão vale para painéis de 2 cm de câmara de ar com no mínimo 80 cm de comprimento;

75 De membrana ou diafragmático; Ensaio Laboratório e = 3 mm, 0,3 cm M = 1,8 Kg/m 2 d = 4,4 cm f 0 = 213 Hz

76 ISOVER Saint-Gobain

77 Simples de cavidade (Helmholtz);

80 Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhurados;

81 Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhurados; Painel de gesso com 13 mm perfurado 18%; Cavidade com 10 cm de profundidade; Com e sem absorvedor junto à parede 80 mm 8 cm; f 0 = 550 Hz;

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84 Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhurados; Mudando a espessura da cavidade como também a simetria ou homogeneidade dos furos o ressonador passa a absorver de forma mais geral;

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89 2- Acústica Arquitetônica Coeficientes de Absorção 89

90 2- Acústica Arquitetônica Coeficientes de Absorção 90

91 Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de tiras - Ranhuradas

92 Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de tiras

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94 Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhuradosa base de ripas;

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96 Ressonadores múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de ripas de madeira (Teatro do Bourbon Country)

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98 3.2 Cálculo do tempo de reverberação PROCEDIMENTOS PARA O CÁLCULO: 1) Determinar o coeficiente de absorção médio Ʃ (Superfície n x α n )/Ʃ (Superfície n ) 2) Caso seja menor que 0,3 utilizar a equação de Sabine T r = 0,161. V / Absorção Absorção = Ʃ Superfície n x α n + Elemento n x α n 3) Caso seja maior que 0,3 utilizar a equação de Eyring T r = 0,161. V / -2,3 S log (1 -α m )

99 3.2 Cálculo do tempo de reverberação PROCEDIMENTOS PARA O CÁLCULO: 4) Comparar o tempo de reverberação real com o tempo de reverberação ideal T ideal + 10% T real T ideal 10% Se T real muito alto Se T real muito baixo Aumentara Absorção do ambiente piso, paredes laterais Diminuira Absorção do ambiente piso, paredes laterais

100 ESTUDO DE CASO I IGREJA EM PELOTAS, RS PROJETO DE CONDICIONAMENTO ACÚSTICO

101 3.3 Exemplos de aplicações Projeto de Condicionamento Acústico de Igreja em Pelotas, RS, 2012 (Projeto GREFE)

102

103 3.3 Exemplos de aplicações 3. Acústica Arquitetônica Estudo dos raios de visão

104 3.3 Exemplos de aplicações Cálculo do Tempo de Reverberação (ESTRATÉGIAS INICIAS PARA DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS) Parede do fundo absorvente evitar ecos; Paredes laterais e forro reflexivos; Forro da parte inferior ao mezanino medianamente absorvente; Geometria do Forro direcionando raios sonoros refletidos para o fundo (Geometria Acústica) Piso na proposta inicial medianamente absorvente; Alterações: Devido à elevada ocupação (924 lugares) e consequentemente alta absorção houve necessidades de mudanças: Forro mezanino reflexivo para médios e agudos e absorvente para graves; Piso reflexivo;

105 3.3 Exemplos de aplicações Cálculo do Tempo de Reverberação (ESTRATÉGIAS INICIAS PARA DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS)

106 3.3 Exemplos de aplicações -Cálculo do Tempo de Reverberação

110 ESTUDO DE CASO II AUDITÓRIO DA UNOESC Xanxerê, RS, 2007, (Projeto ARCON) PROJETO DE ISOLAMENTO, CONDICIONAMENTO ACÚSTICO E LUMINOTECNIA Memorial_Descritivo_Versão_Definitiva_UNOESC.docx