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Medições Acústicas

Medição Acústica

• Análise de sinais:Classificação subjetiva (fala, música, barulho, ...) e objetiva (nível, frequência, duração, ...)

• Avaliação de ruído:Valores objetivamente mensuráveis (“limites“)

• Controle de ruído:Acústica de edificações, controle de emissões, controle ativo ou passivo de ruído (barreiras, silenciadores, enclausuramento,...)

• Teste e diagnóstico:Ultrassom (medicina, ensaio de materiais), eletroacústica, acústica de salas, audiologia, teste de equipamentos (sonômetro, microfones, alto-falantes, audiômetros, próteses auditivas, ...)

Conteúdos

• Fundamentos

• Eletroacústica

• Medição de• Acústica Ambiental

• Acústica das Edificações

• Acústica de Salas

Fundamentos

https://www.youtube.com/watch?v=px3oVGXr4mo

Onda acústica

𝜕2𝑝(𝑡,𝑥)

𝜕𝑡2 = 𝑐2 𝜕2𝑝(𝑡,𝑥)

𝜕𝑥2

Onda Plana Onda Esférica

𝑝(𝑡, 𝑥) = 𝐴𝑒𝑗(𝜔𝑡−𝑘𝑥) 𝑝(𝑡, 𝑥) =𝐴

𝑟𝑒𝑗(𝜔𝑡−𝑘𝑥)

𝐿 = 20 log( 𝑝/𝑝0) [dB]

• Pressão eficaz:

𝑝 =1

𝑇 0

𝑇

𝑝2 𝑡 𝑑𝑡

• Pressão de referência:

𝑝0 = 20𝜇𝑃𝑎

Nível de pressão sonora (NPS)

+ = + 6 dB

+ = - dB

+ = + 3 dB

+ = + 3 dB

0 dB + 0 dB = ? (Soma de sinais)

Ambientes paramedição acústica

Câmara anecóica

Aproxima condições de campo livre

(ondas esféricas)

Paredes absorvem até 99,9% da energia do som.

Caracterização de alto-falantes(sensibilidade, potência, diretividade)

Caracterização de veículos (potência sonora, diretividade)

Caracterização de máquinas (potência sonora, diretividade)

Testes subjetivos (psicoacústicos)

Câmara reverberante

Aproxima condição de campo difuso (incidência incoerente e isotrópica)

Paredes refletem até 99% da energia do som.

Câmara reverberante

• Exemplos de uso:

• Caracterização de microfones e medidores de nível sonoro• (sensibilidade)

• Caracterização de alto-falantes • (potência)

• Caracterização de fontes de ruído (máquinas, veículos)• (potência sonora)

• Caracterização de materiais construtivos• (coeficiente de absorção ou transmissão)

• Testes subjetivos, psicoacústicos

• …

Câmaras acopladas

Fensterprüfstand

Caracterização de materiais construtivos

(coeficiente de absorção ou transmissão)

Eletroacústica

• Transdução• microfone

• alto-falante

• Armazenamento• analógico

• digital

• Amplificação• sonorização

Microfone de medição

CÁPSULA PRÉ-AMPLIFICADOR

Construção de um microfone capacitivo

C0

Grade (proteção)

Membrana

Eletrodo

Isolador

Resposta em frequência

• Resposta típica de microfone capacitivo de ½ polegada

Atuador eletrostático

Calibração

• Uso do pistonfone

Altofalantes

Altofalante eletrodinâmico

Imã

Suspensão

Bobina

Membrana

Fonte omnidirecional (Dodecaedro)

Fonte omnidirecional (Dodecaedro)

Diretividade

1 kHz 10 kHz

Sonomêtro

Sonômetro

Filtro ponderador

Filtro

A, C rms 93,7

f, s

Curvas de mesma audibilidade

“A“

“C“

Filtros ponderadores

“A“

“C“

LA em dB(A)

=

Nível de pressão

sonora ponderado

pela curva-A

Filtros ponderadores

• Correção do nível de pressão sonora para ser equivalente ao nível de audibilidade de um sujeito

Análise em frequência

Exemplo: FFT vs espectro de banda

Spectro (FFT)

Banda de terço de oitava

Música (tempo)

Banda de oitava

Filtro de oitava

log f 0,5 f f 2 f

f / 2 f *2

• Terço de oitava

• Eng. Civil

• 100 Hz – 3150 Hz (32 Terças)

• Maior precisão

• Pouco usada em acústica de salas e controle de ruído

• Oitava

• Pouco usada em eng. civil

• Comum em acústica de salas e controle de ruído

• Padrão: 125 Hz – 4 kHz (6 Oitavas)

• Extendida: 63 Hz - 8 KHz(8 Oitavas)

Análise de frequência

Cálculo da banda de oita a partir da banda de terço de oitava

(Soma de níveis !)

𝐿𝑜𝑐𝑡 = 10 log 10𝐿𝑡𝑒𝑟1

10 + 10𝐿𝑡𝑒𝑟2

10 + 10𝐿𝑡𝑒𝑟3

10

Acústica Ambiental

Acústica de Edificações

Índice de Redução Sonora (R)

𝑅 = 20 log𝑝𝑖𝑛𝑐

𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠

𝑝𝑖𝑛𝑐 𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠

SL EL

AA

Isolação entre cômodos(ISO 140)

𝑅 = 𝐿𝑆 − 𝐿𝐸 + 10 log𝑆

𝐴𝐴 = 0,16

𝑉

𝑇, 𝑆 = área da parede

NBR 15575

Rw = 81dB

Curva de referência

deslocada

Curva de

referência

Índice ponderado RW (ISO 717-1)

Atenuação depende da

frequência

Busco índice

Ponderação

Medição em terços de oitava

Desloco curva de referência em

passos de 1 dB

► Soma da extrapolação deve ser

a máxima possível, mas não

maior que 32 dB

Leio valor da curva de referência

em 500 Hz

Ruído de impacto (ISO 140)

EL

A

Preciso

Boa repetibilidade

Dados comparáveis

mas... Ninguém pisa igual!

Máquina de impacto(normalizada)

Máquina de

Impacto

Acústica de Salas

Reflexões tardias

tempo

Energia

Som direto

0

Primeiras reflexões

Resposta ao impulso

Resposta da sala a um ruído branco

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-15

-10

-5

0

5

10

15

White Noise

Time in seconds

Am

plitu

de

ON OFF

CRESCIMENTO

NÍVEL ESTACIONÁRIO

DECAIMENTO

“Define-se o tempo de reverberação (T60) como o tempo necessário para que o NÍVEL SONORO no recinto caia 60 dB

após o desligamento da fonte sonora.”

Bistafa, 2006

Tempo de reverberação

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40White Noise

Time in seconds

Am

plitu

de

in

dB

Nível estacionário

Decaimento

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

-15

-10

-5

0

5

10

15

White Noise

Time in seconds

Am

plitu

de

Sistemas acústicos

• Geração e análise sonora

Objeto em

teste Resposta do sistema

Sistema linear e invariante no tempo

• Excitação e desconvolução

Medindo um SLIT

Sinais usuais para medição

• Senóide

• Varredura

• Ruído- branco- rosa

• Impulso

FFT de 2 canais

FFT

FFT

LTI-

Systems(t)

H(f)DIV

IFT h(t)

𝑥(𝑡)

𝑦(𝑡)

𝑥(𝑡) 𝑋(𝑓)

𝑌(𝑓)

Parâmetros objetivos para salas

Tempo de Decaimento Inicial (EDT)

• Este parâmetro se relaciona diretamente com a curva de decaimento.

• Sua diferença para o tempo de reverberação é que o EDT considera os primeiros 10dB de decaimento da curva (de 0dB a -10dB).

• O EDT está mais ligado à reverberação percebida pelo ouvinte, enquanto que o tempo de reverberação está mais ligado às propriedades físicas da sala.

Força Sonora (G)

• A força sonora é definida como a razão logarítmica entre a pressão sonora medida num ponto e a pressão sonora medida num ponto a 10 metros de distância do primeiro ponto.

𝐺 = 10 log 0

∞ℎ2 𝑡

0∞

ℎ102 𝑡

Clareza (C50 ou C80)

• Este parâmetro está relacionado com a clareza e definição do som recebido pelo ouvinte, ou o balanço entre clareza e reverberação.

𝐶𝑡 = 10 log 0

𝑡ℎ2 𝑡

𝑡∞

ℎ2 𝑡

Definição (D50 ou D80)

• A definição é uma medida da perspicuidade da fala (50ms) ou da música (80ms).

𝐶𝑡 = 10 log 0

𝑡ℎ2 𝑡

0∞

ℎ2 𝑡

Softwares de Simulação

• Segue alguns exemplos de softwares de simulação acústica. Esta lista está longe de ser completa!

• Cadna A: simulação para predição de ruído.

• Odeon: simulação de acústica de salas.

• BASTIAN: simulação de acústica de edifícios.

• EASE: simulação para instalação de sistemas de sonorização.