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FFI0210 Acústica Física
Controle de Ruído
Prof. Dr. José Pedro Donoso
Universidade de São Paulo
Instituto de Física de São Carlos - IFSC
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)
Atenuação sonora
(Transmission loss, Indice d`affaiblissement, aislamiento)
E uma medida da redução da energia sonora na transmissão através de materiais
Egan,Architectural Acoustics; Fischetti, Initiation a l`Acoustique
τlog10−== RTL
onde τ é o coeficiente de transmissão sonora: 1010R−=τ
(1) o coeficiente de atenuação de uma parede de blocos de concreto é R = 40 dB
e τ = 10-4 (apenas 0.0001 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
Atenuação (em dB)
Arizmendi, Tratado Fundamental de Acustica em la Edificación (Universidad de Navarra, 1980)
Atenuação de telhados frente a ruído aéreo
Soluções aconselhadas:
Arizmendi, Tratado Fundamental de Acustica em la Edificación (Universidad de Navarra, 1980)
Atenuação sonora no ar livre
Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle de Ruído
( ) 11log20 −−= rLL WPNível de intensidade:
onde LW é a intensidade da fonte, e r é a distância fonte - receptor
Exemplo: determinar o nível de ruido na residência devido aos transformadores
Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle de Ruído
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
Difração das ondas por uma barreira
Raichel, The Science and Applications of Acoustics
λd
N2=
Número de Fresnel:
d : diferença entre a
trajetoria direta C e a
trajetoria difratada (A+B)
λ : comprimento de onda
Para a geometria da figura: ( ) ( )sv
fCBACBAN
−+=−+= (22
λ
Atenuação sonora da barreira: ( )Na π2log205+=
Exemplo: reduçaõ de ruído por uma barreira
Egan, Architectural Acoustics
( ) 1210102
−+
= fLog
R
HLoga
Atenuação sonora da barreira:(para H e R em metros)
Difusores
Luis L. Henrique, Acustica Musical
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.
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
Luis L. Henrique, Acustica Musical
01422410Resíduos
493625169410# quadráticos
76543210# inteiros
Sequência
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
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
Absorção por ressonadores
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).
Fischetti,Initiationà l’ acoustique(Belin, 2003)
Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
Dispositivos especializados de absorção sonora
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
Painéis acústicos
ressonador
parede
Elementos cerâmicos isolantesAcustistac@ : 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)
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. GrehantAcoustique et batiment
B. Grehant , Acoustique et batiment - A. Fischetti , Initiation à l’ acoustique
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.
Painéis acústicos
Os paneis podem atuar como ressonadores – absorvedores de baixas frequênciaA: sistema massa – mola (o painel atua como a massa e o ar como a mola)
Luis L. Henrique, Acustica Musical
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 (www.texsa.com)
Revista Tectónica, vol. 14: Acústica (ATC ediciones, Madrid, 1995)
G.R. Vilarroig, J.M. Marzo DiezTectónica, vol. 14: Acústica
(ATC ediciones, Madrid, 1995)
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.
Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
Nível de ruído de fundo : 44 dB (a tarde) e 40 dB (a noite). Faixa de variação: 30 dB
Ruído ambiente em uma comunidade urbana
Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
Figura: Registro do nível de ruído a cada segundoTabela: classificação na forma de número de vezes que o nível do ruído esteve nosintervalos definidos
Ruído ambiente em uma comunidade urbana
Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
Calculado apartir dos níveis médios obtidos a cada hora, fazendo a média para 24 h
Nível dia e noite
+= ∑ ∑15
1
9
1
1010 101024
1 jLiL
dnL
Aplicando a equação, obtemos Ldn = 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
O SEL é o nível em dB que dissipa em1 seg a mesma energia do ruído original
Nível de exposição sonora (SEL)
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.
+=s
tLSEL eq 1
log10
O SEL é utilizado também para avaliação da exposição ao ruído em ambientes de trabalho
Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
Quando o registro de nível sonoro vs t tiverforma de pulso triangular, o SEL pode ser calculado com a seguinte expressão:
Lmax: máximo nível sonoro e t1/2 a metade de
t10, isto é, metade do tempo em que o nível
sonoro esteve até 10 dB abaixo de Lmax
+=
21max log10 tLSEL
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
(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
Redução do ruido por um recipiente fechado
Rossing, The Science of Sound
Sylvio Bistafa, Acústica Aplicada ao Controle do Ruído
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
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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