ACÚSTICA DA EDIFICAÇÃO Profa. Dr.-Ing. Erika Borges Disciplina ministrada ao IV semestre do curso de Engenharia Civil Universidade do Estado de Mato Grosso Campus Sinop/MT
FREQUENCIA UMA OITAVA E UM TERÇO DE OITAVA Frequências audíveis pelo ouvido humano.
FREQUENCIA UMA OITAVA E UM TERÇO DE OITAVA Bandas de oitava e terços médios de oitava. Fonte: adaptado de Greven et al. (2006)
Nível Sonoro x Frequência 100 Hz 160 Hz 200 Hz
Representação gráfica do som Tempo t Frequencia f Tempo t Frequencia f Domínio do tempo Tempo t Frequencia f Domínio da frequência
Pressão sonora Representação gráfica do som Pressão sonora 101 325 Pa Tempo t
PARÂMETROS DO SOM Distribuição da energia sonora com a distância. Fonte: (Brüel & Kjær, 2001)
PARÂMETROS DO SOM I = W 4πr 2 = p2 ρ.c I = Intensidade sonora [W/m 2 ] W = Potência sonora [W] p = Pressão sonora [Pa = N/m 2 ] r = distancia da fonte sonora[m] ρ = Densidade do ar [W/m 3 ] c = Velocidade do som [m/s]
Potência Sonora: é a quantidade de energia sonora emitida por uma determinada fonte, por unidade de tempo, medida em Watts (W). Classifica, quantitativamente, uma fonte de ruído. Intensidade sonora: fluxo de energia sonora, em uma direção, através de uma unidade de superfície. Útil para identificar e qualificar fontes sonora, portanto é importante para técnicas de controle de ruído. Pressão Sonora: é a pressão emitida pela energia sonora, exercida em determinados pontos do ambiente. É o parâmetro utilizado para medir situações de incomodidade e traumas do sistema auditivo. Pressão sonora é dada em Pa ou N/m 2 mede força por área.
Potência Sonora: Inmetro publica Portaria nº 430 de 16/08/12 para Potência Sonora de Produtos Eletrodoméstico http://www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/rtac001891.pdf http://www.tuv.com/br/brasil/ sobre_nos/sala_de_imprensa/n oticia_204695.html Com o intuito de diminuir a poluição sonora e preservar a saúde auditiva dos brasileiros, o INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia) publicou no ano passado a Portaria nº 388/2013, que torna obrigatório informar a classificação de decibéis - no Selo Ruído - presente em liquidificadores, aspiradores de pó e secadores de cabelo, ou aparelhos que façam a função desses.
Intensidade sonora: Catalogues: Environmental Solutions Product Catalogue (BF0213-11) Fonte: www.bksv.com
Redução do nível sonoro PROPAGAÇÃO DO SOM EM CAMPO ABERTO Em campo aberto, a pressão sonora reduz em 6 db a cada dobro da distância. L p R Nível de pressão sonora Distância Distância (m) Fonte: Brüel & Kjær (2001)
No caso de ondas acústicas num fluido como o ar ou a água, a velocidade (c) é dada por, c = B ρ Sendo ρ a densidade do meio em equilíbrio e B o módulo de compressibilidade
c = B ρ = γrt M = 1,4. 8,314. 293 0,029 = 342,9 m s 343 m s Sendo γ a constante dependente da espécie do gás, que para moléculas diatômicas como O 2 e N 2, tem o valor de 1,4. A constante (R) é a constante dos gases ideais, equivalente a 8,314 J/mol.K e (M) é a massa molar do gás, que no caso do ar, 1 mol de ar equivale a M = 29 x 10-3 Kg/mol. (T) é a temperatura absoluta do gás. T = t c + 273 (temperatura Celsius t c )
PROPAGAÇÃO DO SOM velocidade do som (c) no ar (com aprox. 20 C) c = 343 m/s c = 331 + 0,6. t c λ = c f λ = Comprimento de onda [m] f = Frequência [Hz] c = Velocidade do som [m/s]
PROPAGAÇÃO DO SOM m/s Ar a 20 C 343 Cobre 3500 Ar a 0 C 331 Alvenaria 3600 Água 1450 Concreto 4000 Cortiça 500 Aço 5000 Aluminio 5100 Vidro 5200 Carvalho na direção das fibras 3380 Borracha 40
PROPAGAÇÃO DO SOM Frequência Comprimento de onda 20 khz 1,7 cm 10 khz 3,4 cm 1 khz 34 cm 100 Hz 3,4 m 20 Hz 17m
PROPAGAÇÃO DO SOM p Pressão atmosférica Limiar da audição Limiar da dor Pressão Pressão sonora no tempo t Pressão atmosférica 20 µpa - 100 Pa 101 325 Pa Tempo t 101 325 Pa (1 atm) 20 Pa 100 Pa A intensidade é proporcional ao quadrado da média de variação de pressão do ar em um determinado ponto.
NÍVEL SONORO Nível de uma grandeza física é definido como o logarítimo decimal da razão entre os valores medidos e um valor de referencia dessa grandeza, expressa em Bel (Alexander Graham Bell). Bel é uma escala logarítmica que melhor aproxima da percepção do aparelho auditivo as flutuações da pressão e da intensidade sonoras. L G = log G G 0 (Bel) L G = 10 log G G 0 (decibel)
NÍVEL SONORO Nível de potência sonora L w = 10 log w w 0 W 0 = 10-12 W Nível de intensidade sonora L I = 10 log I I 0 I 0 = 10-12 W/m 2 Nível de pressão sonora L p =10 log p2 p 0 2 = 20 log p p 0 p 0 = 20 Pa = 20 x 10-6 Pa
Nível de Pressão Sonora Decibel é a razão logarítmica entre duas potências ou intensidades e é dado pela expressão: I db = 10 log I I 0 I 0 = 10-12 W/m 2 A intensidade é proporcional ao quadrado da média de variação de pressão do ar em um determinado ponto (Nivel de Pressão Sonora - NPS) I 1 I 2 = p 1 2 p 2 2 p = Nível de Pressão Sonora (NPS) ou (Sound Pressure Level - SPL) (1 Pa = 1 Pascal = 1 N/m² = 10 bar)
Nível de Pressão Sonora Portanto, NPS = 10 log I I 0 = 10 log p2 p 0 2 = 10 log p p 0 Assim, 2 = 20 log p p 0 NPS = 20 log p p 0 p 0 = 2 x 10-5 N/m 2 (Limiar da audição) (1 Pa = 1 Pascal = 1 N/m² = 10 bar)
NPS = 20 log p p 0 p 0 = 2 x 10-5 N/m 2 (Limiar da audição) Nível de Pressão Sonora p = 1 Pa 1 20 log 2 x 10 5 = 20 log (50 000) = 94 db p = 100 Pa 100 20 log 2 x 10 5 = 20 log (50 x 105 ) = 134 db (1 Pa = 1 Pascal = 1 N/m² = 10 bar)
NÍVEL LOGARÍTMICO bel = log P P 0 (B) Porque 1 db era a perda numa MSC (miles of standard cable). (B) - bel (db) decibel 1 B = 10 db Porque 1 db era a mínima variação de potência sonora detectável pelo sistema auditivo. unidade de sensação"
NÍVEL LOGARÍTMICO unidade de sensação = 10 log W W 0 db (re. W 0 ) W é a potência sonora W 0 é a potência sonora de referência
NÍVEL LOGARÍTMICO Zero bel (0 B) P = 10. P 0 unidade relativa que depende de P 0 Necessidade de mostrar variações menores de potência; Valores positivos (potência > P 0 ); Valores negativos (potência < P 0 ).
NÍVEL LOGARÍTMICO Zero decibel (0 db) P = P 0 relação é igual a 1 NPS = 20 log p p 0
Lei de Weber- Fechner Escala Logarítmica Isto significa que se, por exemplo, o estímulo físico cresce em função dos números 10-100 - 1.000-10.000-100.000-1.000.000 a sensação humana cresce correspondentemente nos números: 1-2 - 3-4 - 5-6. Em outras palavras, quando o estímulo físico é multiplicado por 10, a sensação aumenta em apenas uma unidade. A relação é conhecida como NÍVEL DE PRESSÃO SONORA (NPS). A escala em db não é linear, e, em conseqüência, os db não podem ser adicionados ou subtraídos aritmeticamente.
PROPAGAÇÃO DO SOM Aumento do nível sonoro: Número de fontes sonoras equivalentes: Fonte: (Brüel & Kjær, 2001)
PROPAGAÇÃO DO SOM Adição de N níveis sonoros iguais: L total = L 1 + 10 log N [db] Fonte: (Brüel & Kjær, 2001)
PROPAGAÇÃO DO SOM Adição de diferentes níveis sonoros : L total = 10 log (10 L1 10 + 10 L2 10 +... + 10 Ln 10 ) [db] 55 db 56,4 db 51 db
PROPAGAÇÃO DO SOM O nível de pressão sonora L p se espalha para todos os lados igualmente com uma potência sonora L w conforme a expressão: L p = L w 20 log r/r 0-11 [db] (propagação esférica) L p = L w 20 log r/r 0-8 [db] (propagação semi-esférica) r = distância [m] r 0 = 1 m r L p L W (Brüel & Kjær, 2001)
PROPAGAÇÃO DO SOM L W Diminuição da pressão sonora com o aumento da distância à fonte para uma fonte pontual.
PROPAGAÇÃO DO SOM Com uma fonte sonora linear (rua) a expressão é dado por: L p = L w - 10 log r/r 0 5 [db] r = distância [m] r 0 = 1 m Com o dobro da distância a redução é de apenas 3 db! (Brüel & Kjær, 2001)
PROPAGAÇÃO DO SOM A) 50+50 db = B) 83 + 96 db = C) 90 + 35 + 93 + 95 db = D) 12 + 12 db = E) 0 + 0 db = F) 25 +34 +81 + 11 db = G) 3 + 3 db= H) 1 + 1 db = I) 20 + 21 db =
PROPAGAÇÃO DO SOM A) 50+50 db = 53 db B) 83 + 96 db = 96 db C) 90 + 35 + 93 + 95 db = 97,8 db D) 12 + 12 db = 15 db E) 0 + 0 db = 3 db F) 25 +34 +81 + 11 db = 81 db G) 3 + 3 db= 6dB H) 1 + 1 db = 4 db I) 20 + 21 db = 23,5 db
PROPAGAÇÃO DO SOM L p =? L w = 55 db r= 8m gerador eletrico 26dB L p =? L w = 94 db r= 8m transformador de energia elétrica L p =? L w = 90 db r= 8m fonte linear L p = L w 20 log r/r 0-11 [db] (propagação esférica) Lp = Lw 20 log r/r0-8 [db] (propagação semi-esférica) L p = L w - 10 log r/r 0 5 [db] r = distância [m] r 0 = 1 m
Bibliografia ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12179: tratamento acústico em recintos fechados. Rio de Janeiro, 1992. 9 p. SILVA, Pérides. Acústica arquitetônica. 4.ed. Belo Horizonte: EDTAL, 2002. BRÜEL & KJAER. Measurements in Building Acoustics. Naerum: Brüel & Kjaer, 1988. BISTAFA, Sylvio R. Acústica Aplicada ao Controle de Ruído. 1. ed. São Paulo: Edgar Blücher, 2006.