Universidade de São Paulo Faculdade de Arquitetura e Urbanismo Departamento de Tecnologia da Arquitetura AUT 0278 - Desempenho Acústico, Arquitetura e Urbanismo Absorção Sonora Ranny L. X. N. Michalski e-mail: rannyxavier@gmail.com Absorção Sonora Onda sonora incidente em uma superfície: Energia sonora incidente E i E i Energia sonora absorvida E a Energia sonora refletida E r E r E t Energia sonora transmitida E t E a A absorção sonora ocorre quando parte da energia sonora incidente no material é dissipada, transformando-se em energia térmica. Considerando as energias sonoras: Ei Er Ea Et 1
Absorção Sonora Utilizada em controle de ruído e reverberação. Distribuída na quantidade correta em teto, paredes, piso ou móveis, elimina boa parcela do som refletido pelas superfícies, reduzindo o nível de ruído ambiente e promovendo condições de trabalho e comunicação adequadas. Coeficiente de absorção sonora do material (α): E E Onde: E a é a energia sonora absorvida pela superfície do material, e E i é a energia sonora incidente na superfície do material. Sempre menor que 1, varia de 0 1 100% da energia é refletida e/ou transmitida Pode ser expresso por fração decimal (0,07) ou porcentagem (7%). a i 100% da energia é absorvida 2
Coeficiente de absorção sonora do material (α): α depende de vários fatores: tipo de material (meio) densidade e estrutura interna frequência da onda sonora incidente ângulo de incidência da onda sonora condições de montagem do material (espessura, modo de fixação, etc.) Coeficiente de absorção sonora: Janela aberta dimensões grandes em relação ao comprimento de onda. Praticamente toda a energia incidente sairá do recinto comporta-se como uma superfície absorvente Absorção sonora total (α = 1) * para efeito de cálculo 3
Coeficiente de absorção sonora: Coeficiente de absorção sonora:?? 0,5 0,79 4
Coeficiente de absorção sonora: Leva em consideração todas as incidências possíveis. Medido e apresentado em tabelas ou gráficos para as frequências principais. Frequência (Hz) α (lã de rocha - 10mm) (Sabin) 125 0,42 250 0,66 500 0,73 1000 0,74 2000 0,76 4000 0,79 coeficiente de absorção sonora 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 125 250 500 1000 2000 4000 Frequência (Hz) Wallace C. Sabine fundador da Acústica Arquitetônica unidade de absorção Sabin Coeficiente de absorção sonora: Fornecidos pelos fabricantes. NRC (Coeficiente de Redução de Ruído): é a média aritmética dos 4 coeficientes de absorção sonora centrais, correspondentes às frequências de 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz e 2000 Hz. 5
Materiais absorventes Geralmente: α > 0,50 material absorvente α > 0,20 material refletor Como é medido o coeficiente de absorção sonora? Wallace Clement Sabine (1868-1919) A energia sonora numa sala decai exponencialmente. A razão na qual a reverberação desaparece é proporcional à razão na qual o som é absorvido. 1ª Câmara Reverberante Método de medição do TR: man-in-a-box 6
Como é medido o coeficiente de absorção sonora? Tubo de impedância incidência normal. Câmara reverberante incidência aleatória. Como é medido o coeficiente de absorção sonora? Tubo de impedância incidência normal. 7
Como é medido o coeficiente de absorção sonora? Câmara reverberante: ambiente de ensaio acústico com superfícies refletoras e com baixo coeficiente de absorção sonora. homogeneidade (a média no tempo da densidade de Campo sonoro difuso energia sonora em todos os pontos da sala é constante) isotropia (todas as direções de chegada de energia sonora em qualquer ponto são igualmente prováveis) Alto tempo de reverberação Usado para medir: - coeficientes de absorção sonora de materiais (incidência aleatória); - níveis de potência sonora de fontes sonoras. ISO 354: Acoustics Measurements of sound absorption in a reverberation room Volume recomendado: 200 m 3 Difusão: difusores estáticos ou rotativos mudanças na forma da sala Como é medido o coeficiente de absorção sonora? Câmara reverberante incidência aleatória. 8
Como é medido o coeficiente de absorção sonora? Câmara reverberante incidência aleatória. Medição do coeficiente de absorção sonora em câmara reverberante: V - volume da câmara reverberante (m 3 ) S - área da amostra (m 2 ) c - velocidade de propagação do som no ar (m/s) 9
Coeficiente de absorção sonora: É possível 1??? Valores de α maiores que a unidade Fatores: - forma e tamanho da amostra, configuração da montagem da amostra. - difração sonora nas bordas da amostra (efeito de borda ou edge-effect): Se uma área absorvente tem bordas livres, ela absorverá mais energia sonora por segundo do que o proporcional à sua área geométrica, a diferença sendo causada pela difração do som para a área absorvente. É como se a amostra fosse maior que sua área plana. 10
Valores de α maiores que a unidade Este efeito aumenta com: - diminuição da frequência, - diminuição do tamanho da amostra, - aumento do coeficiente de absorção sonora. Ao espaçar pequenas áreas de material com pequena distância entre estas, mais absorção pode ser obtida por uma dada área de material. absorção diretamente proporcional ao espaçamento entre as pequenas áreas de material economia em material. Para o efeito de bordas não interferir no que também ocorre nas placas vizinhas: placas separadas de meio comprimento de onda, (menor frequência de interesse). Não há um critério para medir o efeito da difração sonora sobre a absorção sonora dos materiais. Área de absorção sonora equivalente (A): O ambiente é composto por um conjunto de superfícies. Cada superfície é revestida por uma determinada área S i de um material, que possui características específicas, como o coeficiente de absorção sonora α i, assim a área de absorção sonora equivalente (ou total) do ambiente será: A S S S S i i 1 1 2 2... n n 11
Na presença de objetos que absorvem o som, como pessoas, cadeiras, mesas, etc., a absorção sonora total desses elementos deve ser considerada: A S A i i obj Assim, o coeficiente de absorção sonora equivalente (médio) do recinto, é dado por: médio A isi Aobj S S1 S2... S Onde S é a área total das superfícies do ambiente. n Exemplo Exemplo 1: Calcule a área de absorção sonora equivalente de uma parede de concreto com área de 12 m 2. O coeficiente de absorção sonora do concreto é fornecido na tabela abaixo. Frequência (Hz) α parede de concreto (Sabin) 125 0,02 250 0,03 500 0,03 1000 0,03 2000 0,04 A (m 2 Sabin) 12
Exemplo Exemplo 1: Calcule a área de absorção sonora equivalente de uma parede de concreto com área de 12 m 2. O coeficiente de absorção sonora do concreto é fornecido na tabela abaixo. 2 S 12 m A S Frequência (Hz) α parede de concreto (Sabin) A (m 2 Sabin) 125 0,02 0,24 250 0,03 0,36 500 0,03 0,36 1000 0,03 0,36 2000 0,04 0,48 Coeficiente de absorção sonora médio de um ambiente: Salas vivas excesso de som refletido. Salas surdas a absorção média do recinto é alta. Segundo Beranek, para α médio igual a: 0,05 sala viva 0,10 sala medianamente viva 0,15 sala média ou comum 0,20 sala medianamente surda 0,40 sala surda Para valores de α médio > 0,40 é necessário que as superfícies tenham tratamento acústico especial. A melhor opção dependerá do uso da sala. 13
Tempo de reverberação de uma sala (TR): Tempo necessário, a partir do fim da excitação sonora numa sala, para o nível de pressão sonora cair 60 db, isto é, o tempo para a energia sonora total cair a um milionésimo do seu valor inicial. É o parâmetro mais utilizado na avaliação da qualidade acústica de um ambiente. Tempo de reverberação de uma sala (TR): volume da sala (m 3 ) Equação de Sabine: TR 0,161 V A área de absorção sonora equivalente da sala (m 2 Sabin) A S S... 1 1 2 2 n S n α i - coeficiente de absorção sonora das n superfícies da sala S i - áreas das n superfícies da sala (m 2 ) A equação de Sabine fornece resultados válidos para ambientes não muito grandes com características médias de absorção. Para ambiente amplos ou muito absorventes, devese usar a equação de Eyring. 14
Exemplo Exemplo 2: Calcule o tempo de reverberação médio para uma sala com 50 m 3 e com todas as superfícies de concreto, num total de 20 m 2 Sabin. TR médio =? V = 50 m 3 A médio = 20 m 2 Sabin TR TR TR m m m V 0,161 A 50 0,161 20 0, 4 s Tempo de reverberação Depende de: Volume do ambiente Frequência sonora Materiais do ambiente Pode ser alterado mudando-se a geometria do espaço e/ou as características acústicas dos materiais. 15
Tempo ótimo de reverberação Tempo de reverberação ideal para cada ambiente, segundo o volume e a finalidade a que se destina. Determinado experimentalmente. tempo de reverberação muito longo haverá sobreposição de sons dificultando inteligibilidade. tempo de reverberação muito curto som desaparece imediatamente após sua emissão percepção difícil em pontos afastados da fonte. Varia conforme o uso do ambiente: Ambiente para palestra: TR menor. Ambiente para música de órgão: TR maior. Tempo ótimo de reverberação 16
Materiais absorventes Aplicações: Tratamento acústico de ambientes: controle de reverberação e de ecos. Controle de ruído: enclausuramento de máquinas em indústrias, atenuação de ruído em sistemas de ventilação e ar condicionado, revestimento interno de paredes ou dutos,... Materiais Porosos Espumas A energia acústica incidente entra pelos poros e é parcialmente dissipada, transformando-se em energia térmica, principalmente por reflexões múltiplas e por atrito viscoso entre o ar no interior dos poros e a estrutura do material. 17
Materiais Fibrosos Lã de vidro, lã de rocha,... A energia acústica incidente entra pelos interstícios das fibras, fazendo-as vibrar juntamente com o ar, dissipando-se em energia térmica devido ao atrito entre as fibras excitadas. Painéis ou membranas flexíveis Superfícies montadas sobre outra superfície sólida, com um espaço de ar entre elas. Para absorção em médias e baixas frequências ou para absorver em uma única frequência. 18
Painéis flexíveis Paineis leves, flexíveis, de pouca espessura, que atuam como membranas Materiais possíveis: madeira (laminados, compensados), metais, plástico, etc. Painéis flexíveis Quanto ao formato, é possível utilizar diferentes espessuras para diferentes frequências de absorção. 19
Painéis flexíveis Ressoadores (ou ressonadores) de Helmholtz São cavidades que contém ar confinado e estão conectadas ao ambiente através de uma pequena abertura. Para absorção em médias e baixas frequências ou para absorver em uma única frequência. 20
Ressoadores (ou ressonadores) de Helmholtz Tijolos furados Ressoadores (ou ressonadores) de Helmholtz 21
Painéis perfurados Painéis perfurados 22
Painéis perfurados Painéis perfurados 23
Painéis perfurados Painéis perfurados 24
Escolha do material Em termos práticos, a escolha de um material de absorção acústica, além dos coeficientes de absorção e da frequência do ruído, depende também de: Custo Características em altas temperaturas / Resistência ao fogo Peso e volume em relação ao espaço disponível Rigidez mecânica Fixação e manutenção Aparência e pintura Limpeza Escolha do material Para a escolha dos materiais, combinar todos os elementos necessários de forma a obter o melhor resultado para a finalidade desejada em toda a faixa de frequência. 25
Placas acústicas Produto: Sonex Illtec Plano Fabricante: OWA Sonex Placas acústicas 26
Placas acústicas Placas acústicas 27
Azulejos acústicos Placas acústicas 28
Luminárias acústicas My Place 29
Painéis acústicos Painéis acústicos Produto: Paineis Nexacustic Fabricante: OWA Sonex 30
Forro perfurado Edifício Cinerama Produto: Revestimento Nexacustic Fabricante: OWA Sonex Forro perfurado Produto: Forro Nexacustic Fabricante: OWA Sonex 31
Forro mineral Produto: Forro Humancare Fabricante: OWA Sonex Forro mineral Produto: Forro Mineral Sinfonia Fabricante: OWA Sonex 32
Forro mineral Produto: Forro Mineral Unique Fabricante: OWA Sonex Forro mineral Produto: Forro Mineral Multi Alpha Fabricante: OWA Sonex 33
Forro mineral Produto: Forro Mineral OWA Bolero Fabricante: OWA Sonex Forro mineral Rede de restaurantes Le Jazz abriu nova casa no Shopping Iguatemi, com projeto assinado pelo arquiteto Fabio Bruschini e forros Owa Sonex. 34
Baffles (Paineis acústicos suspensos) Produto: Sonex Illtec Baffle Fabricante: OWA Sonex Baffles (Paineis acústicos suspensos) Produto: Sonex Illtec Baffle Fabricante: OWA Sonex 35
Baffles (Paineis acústicos suspensos) Produto: Fabricante: Eurobaffle Saint Gobain Eurocoustic Baffles (Paineis acústicos suspensos) Produto: Fabricante: Eurobaffle Saint Gobain Eurocoustic 36
Baffles (Paineis acústicos suspensos) Produto: Fabricante: Eurobaffle Saint Gobain Eurocoustic Baffles (Paineis acústicos suspensos) Produto: Sonex Illtec Baffle Fabricante: OWA Sonex 37
Baffles (Paineis acústicos suspensos) Baffles (Paineis acústicos suspensos) Produto: Rockfon Fibral Baffles Fabricante: Rockfon 38
Baffles (Paineis acústicos suspensos) Baffles (Paineis acústicos suspensos) Produto: Fabricante: Baffle acoustissimo Decibel France 39
Baffles (Paineis acústicos suspensos) Painéis acústicos suspensos 40
Nuvens acústicas Produto: Sonex Illtec Nuvens Fabricante: OWA Sonex Nuvens acústicas Produto: Rockfon Eclipse Island Fabricante: Rockfon 41
Nuvens acústicas Nuvens acústicas 42
Exemplo Exemplo 3: Calcule a área de absorção sonora equivalente da superfície composta por parede de 8 m 2 (α=0,20)ejanelade2m 2 (α = 0,10) : Exemplo Exemplo 3: 1) Áreas da superfície: 2) Calcule a área de absorção sonora equivalente: A S S S S i i 1 1 2 2... n n 43
Exemplo Exemplo 4: Calcule a área de absorção sonora equivalente da superfície composta por parede de 5,6 m 2 (α = 0,20), lambri de 2,4 m 2 (α = 0,30) e cortina de 2 m 2 (α = 0,50) : Exemplo Exemplo 4: 1) Áreas da superfície: 2) Calcule a área de absorção sonora equivalente: A S S S S i i 1 1 2 2... n n 44
Exemplo Exemplo 5: Uma sala de aula com 20 m de comprimento, 10 m de largura e 5 m de altura, possui os seguintes coeficientes de absorção sonora na frequência de 500 Hz: 0,30 para paredes, 0,04 para o teto e 0,10 para o piso. Calcule o tempo de reverberação na frequência de 500 Hz na sala vazia e sem nenhum tratamento acústico. paredes (α = 0,30) 5 m (metade da largura) teto (α = 0,04) piso (α = 0,10) 20 m 5 m Exemplo Exemplo 5: paredes (α = 0,30) 5 m (metade da largura) teto (α = 0,04) piso (α = 0,10) 20 m 5 m 1) Calcule o volume da sala: 2) Calcule a área da sala: 3) Calcule a área de absorção sonora equivalente da sala em 500 Hz: 4) Calcule o tempo de reverberação da sala em 500 Hz: 45
Exemplo Exemplo 5: 1) Calcule o volume da sala: 2) Calcule a área da sala: Exemplo Exemplo 5: 3) Calcule a área de absorção sonora equivalente da sala em 500 Hz: A S S S S i i 1 1 2 2... n n 4) Calcule o tempo de reverberação da sala em 500 Hz: TR 0,161 V A 46
Exemplo Exemplo 6: Calcule o tempo de reverberação caso metade da superfície do teto seja tratada com material absorvente (α = 0,85). A área central se mantem refletora para ajudar a distribuir energia sonora do orador ao fundo da sala. paredes (α = 0,30) Painel acústico (α = 0,85) piso (α = 0,10) quadro negro Exemplo Exemplo 6: 1) Calcule a área de absorção sonora equivalente da sala em 500 Hz: A S S S S i i 1 1 2 2... n n 2) Calcule o tempo de reverberação da sala em 500 Hz: TR 0,161 V A 47