Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos - IFSC. FFI0210 Acústica Física. Controle de Ruído. Prof. Dr.
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- Leandro Fagundes Malheiro
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1 Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos - IFSC FFI0210 Acústica Física Controle de Ruído Prof. Dr. José Pedro Donoso
2 Atenuação Sonora Comportamento da onda sonora frente a uma parede: parte da onda é refletida, parte é absorvida pelo material da parede e parte é transmitida ao outro lado dela. O coeficiente de transmissão é a razão entre a intensidade sonora transmitida e a intensidade sonora incidente. Arizmendi, Tratado Fundamental de Acustica em la Edificación (Universidad de Navarra, 1980)
3 Atenuação sonora (Transmission loss, Indice d`affaiblissement, aislamiento) E uma medida da redução da energia sonora na transmissão através de materiais TL = R = 10 logτ τ = 10 R onde τ é o coeficiente de transmissão sonora: 10 (1) o coeficiente de atenuação de uma parede de blocos de concreto é R = 40 db e τ = 10-4 (apenas da energia incidente é transmitida através da parede) (2) Janela aberta: R = 0 db (τ = 1) (3) Para que uma conversação não seja percebida de um quarto a outro, o valor de R deve ser ao menos 60 db. Com 50 db, a conversação é audível mais inteligivel, e com 30 db a conversação é claramente percebida do outro quarto Egan,Architectural Acoustics; Fischetti, Initiation a l`acoustique
4 Coeficientes de atenuação TL ou R (em db) Egan,Architectural Acoustics
5 Atenuação (em db) Arizmendi, Tratado Fundamental de Acustica em la Edificación (Universidad de Navarra, 1980)
6 Atenuação de telhados frente a ruído aéreo Soluções aconselhadas: Arizmendi, Tratado Fundamental de Acustica em la Edificación (Universidad de Navarra, 1980)
7 Atenuação sonora Salas acopladas, portas, janelas, etc Fischetti, Initiation a l`acoustique
8 Atenuação sonora no ar livre Nível de intensidade: L P = L 20log( r) 11 W onde L W é a intensidade da fonte, e r é a distância fonte - receptor Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle de Ruído
9 Exemplo: determinar o nível de ruido na residência devido aos transformadores Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle de Ruído
10 Reduçaõ de ruído por uma barreira A fonte de ruído está localizada a uma distância r de uma parede fixa. Parte da onda sonora é refletida pela barreira, parte é difractada. A atenuação sonora da barreira pode ser expressada em termos do número de Fresnel. Raichel, The Science and Applications of Acoustics
11 Difração das ondas por uma barreira Número de Fresnel: N = 2d λ d : diferença entre a trajetoria direta C e a trajetoria difratada (A+B) λ : comprimento de onda Para a geometria da figura: N = 2 ( A + B C) 2( ( A + B C) λ = v s f ( ) Atenuação sonora da barreira: a = log 2πN Raichel, The Science and Applications of Acoustics
12 Exemplo: reduçaõ de ruído por uma barreira Atenuação sonora da barreira: (para H e R em metros) a 2 H = 10Log + 10Log f R ( ) 12 Egan, Architectural Acoustics
13 Exemplos: reduçaõ de ruído por barreira Egan, Architectural Acoustics
14 Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
15 Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
16 Difusores A difusão ou reflexão difusa consiste na reflexão numa superfície irregular, sendo a direção da dispersão das ondas refletidas independente do ângulo de incidência. Nas salas de concerto o resultado sonoro é melhor quando as primeiras reflexões soam aveludadas e o som reverberante parece surgir de todas as direções, produzindo um efeito envolvente. Essas características resultam de uma boa difusão sonora. O físico alemão Manfred Schroeder, que estudou a propagação sonora em salas, estabeleceu que superfícies com determinadas irregularidades ordenadas de uma certa maneira, seriam difusores sonoros muito eficientes. Ele utilizou sequências matemáticas da Teoria dos Números e criou refletores difusores que ficaram conhecidos pelo seu nome. Luis L. Henrique, Acustica Musical
17 Difusores de Schroeder Este difusor consiste numa série periódica de reentrâncias cuja profundidade é calculada dos resíduos de uma sequência quadrática. Por exemplo, para p = 7 Sequência # inteiros # quadráticos Resíduos O resíduo é o resultado da diferença do número quadrático pelo número primo escolhido (neste caso, p = 7). Se o # quadrático for inferior a 7, o resíduo é o próprio número quadrático. Se for superior, subtrai-se tantas vezes quantas necessárias de modo que o resíduo deja inferior a 7 Luis L. Henrique, Acustica Musical
18 Difusores de Schroeder Difusor baseado no número primo p = 7. Quanto mais elevado o número primo, maior a gama de frequências em que a difusão se produz. Os difusores são muito utilizados em salas de controle de estudios de gravação e em salas de concerto. Luis L. Henrique, Acustica Musical
19 Absorção por ressonadores Fischetti,Initiation à l acoustique (Belin, 2003) Nos teatros antigos e nas igrejas da idade média se encontram cavidades, chamadas de vasos acústicos. Nos teatros, estes ressonadores serviam para amplificar a voz dos atores. Nas igrejas eles tinham uma função de absorção, contribuindo para atenuar a reverberação na região de baixas frequências (a frequência de ressonância destes vasos é da ordem de 200 Hz).
20 Dispositivos especializados de absorção sonora Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
21 Painéis acústicos ressonador parede Atuam como absorvedores de baixas frequências. Montados à frente de uma parede, funcionam como um sistema massa/mola. Se a frequência da onda incidente for igual à frequência do dispositivo ressonante, haverá a máxima transferência de energia, diminuindo a onda refletida. Grehant, Acoustique et Batiment Elementos cerâmicos isolantes Acustistac@ : bloque cerâmico formado por duas peças entre as quais se incorpora lã de vidro. As paredes construidas com este produto conseguem um isolamento de 53 db Tectónica, vol. 14 (ATC ediciones, Madrid, 1995)
22 Outro ressonador consiste num conjunto de cavidades de Helmholtz. Cada cavidade constitui um ressonador cuja frequência de absorção depende da geometria da cavidade. Estas cavidades podem ser tijolos atrás de painéis perfurados. Um material absorvente pode ser intercalado entre o painel perfurado e a parede B. Grehant Acoustique et batiment
23 Comparação dos métodos de absorção acústica Os painéis acústicos são absorvedores muito eficientes em baixas frequências. Os ressonadores de Helmholtz são muito eficientes, mas a banda de frequência onde atuam é bastante estreita. A presença de materiais porosos (com alto coeficiente de absorção) resulta na absorção em frequências ainda mais elevadas. B. Grehant, Acoustique et batiment - A. Fischetti, Initiation à l acoustique
24 Painéis acústicos Os paneis podem atuar como ressonadores absorvedores de baixas frequência A: sistema massa mola (o painel atua como a massa e o ar como a mola) Luis L. Henrique, Acustica Musical
25 Aplicações industriais: combinação de materiais fono-absorventes para isolamento acústico de cabines, salas de máquinas, etc. A Tecsound@ é uma lâmina sintética com base polimérica de alta densidade ( Revista Tectónica, vol. 14: Acústica (ATC ediciones, Madrid, 1995)
26 Steven Holl (Holanda) Acondicionamento acústico com materiais fibrosos ou porosos. O material absorvente se coloca dentro de bandejas metálicas perfuradas de forma que os mecanismos de absorção acústica se integram no conceito arquitetônico. G.R. Vilarroig, J.M. Marzo Diez Tectónica, vol. 14: Acústica (ATC ediciones, Madrid, 1995)
27 Ruído ambiente em uma comunidade urbana Nível de ruído de fundo : 44 db (a tarde) e 40 db (a noite). Faixa de variação: 30 db Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
28 Ruído ambiente em uma comunidade urbana Figura: Registro do nível de ruído a cada segundo Tabela: classificação na forma de número de vezes que o nível do ruído esteve nos intervalos definidos Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
29 Nível dia e noite Calculado apartir dos níveis médios obtidos a cada hora, fazendo a média para 24 h L dn 15 9 Li = L j Aplicando a equação, obtemos L dn = 63.5 db Esta grandeza foi introduzida pela agência de proteção ambiental americana (EPA) para avaliação de ruído em comunidades Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
30 Nível de exposição sonora (SEL) O SEL é o nível em db que dissipa em 1 seg a mesma energia do ruído original SEL = L eq t s + 10log 1 A figura mostra o registro do ruído durante o intervalo de tempo t = 60 seg. O SEL representa a energia sonora contida num ruído qualquer, como se ela tivesse sido dissipada em 1 seg. O SEL é utilizado também para avaliação da exposição ao ruído em ambientes de trabalho Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
31 Quando o registro de nível sonoro vs t tiver forma de pulso triangular, o SEL pode ser calculado com a seguinte expressão: SEL = L max + 10log t 1 2 L max : máximo nível sonoro e t 1/2 a metade de t 10, isto é, metade do tempo em que o nível sonoro esteve até 10 db abaixo de L max Exemplo: O SEL apurado numa comunidade durante o sobrevoo de helicóptero foi de 97.5 db. Sabendo que a comunidade está exposta diariamente a 12 sobrevoos desse tipo, determine o nível equivalente diário de exposição da comunidade. O SEL faz parte dos procedimentos para avaliação do ruído do tráfego em comunidades Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
32 Redução do ruido por um recipiente fechado (a) uma fonte de ruido; (b) coberta com um material absorbente; (c) colocada sobre uma almofada para desacoplar-la da mesa; (d, e) coberta com uma lata de biscoitos; (f) a lata recoberta com um material absorvedor. Redução total do ruído: 14 db Rossing, The Science of Sound
33 Redução do ruído: aplicações Rossing, The Science of Sound
34 Redução do ruído: aplicações Paneis: Rossing, The Science of Sound
35 Tôpicos sobre de controle de ruído -Critérios, normas e legislações para avaliação do ruído - Avaliação de ruído em comunidades e em ambientes de trabalho - Ruído de ventiladores, de compressores, de torres de resfriamento, de bombas, de tubulações, de caldeiras, de turbinas e de motores -Atenuação sonora: do ar, do solo, de barreiras acústicas, da vegetação -- Ruído em recintos: níveis sonoros; isolação de paredes Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
36 Referências bibliográficas Acústica Aplicada ao Controle de Ruído, Sylvio Bistafa (Blucher, 2011) Acústica Tecnica, Ennio Cruz da Costa (editora Edgard Blucher, 2003) The Science of sound. Th. D. Rossing, 2nd ed. (Addison Wesley, 1990) Architectural acoustics, M.D. Egan (J.Ross Publishing 2007) Initiation à l acoustique, A. Fischetti (Editions Belin, Paris, 2003) Acoustique et Batiment. B. Grehant (Ed. Tec Doc, Paris, 1994) Acústica. L. Beranek (Ed Hispano Americana, 1969) Acusttica Musical. Luis L. Henrique (Fund. Calouste Gulbenkian, 2002) Introducción a la acústica arquitectónica. G.Roselló Vilarroig, J.M. Marzo Diez. Revista Tectonica, vol. 14: Acústica (ATC Ediciones, Madrid, 1995) Master Handbook of Acoustics. F.A. Everest (4th ed., McGraw Hill, 2001)
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