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1Rodrigo de Castro Dantas Cavalcante Sabrina Harris Agostini1Laboratório de Conforto Ambiental e Eficiência Energética, Departamento de Tecnologia da Arquitetura, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, USP
Rua do Lago, 876, Cidade Universitária, São Paulo - SP Brasil [email protected], [email protected], [email protected]
1 1, e Marcia Peinado Alucci1Rodrigo de Castro Dantas Cavalcante Sabrina Harris Agostini1 1, e Marcia Peinado Alucci1Laboratório de Conforto Ambiental e Eficiência Energética, Departamento de Tecnologia da Arquitetura, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, USP
Rua do Lago, 876, Cidade Universitária, São Paulo - SP Brasil [email protected], [email protected], [email protected]
Condicionamento Acústico das Salas de Aula e Auditório do Edifício da FAUUSP:Análise do tempo de reverberação
Condicionamento Acústico das Salas de Aula e Auditório do Edifício da FAUUSP:Análise do tempo de reverberação
3 MEDIÇÕES
3.1 Equipamentos
Para efetuar medições do tempo de reverberação são necessários basicamente os seguintes equipamentos:
Figura 5: 1. Analisadores Sonoros Norsonic SA110 e complementos (sentido horário): baterias recarregáveis, cabos extensores para microfone, microfone e pré-amplificador para microfone; 2. Gerador de Sinal Norsonic 230 e 3. Caixa Sonora Leac's VTX150.
Para a realização do ensaio do tempo de reverberação o analisador de nível sonoro envia um comando ao emissor de sinal que gera um impulso elétrico que é transformado em som pela caixa acústica. Abaixo, os demais equipamentos de apoio utilizados:
Figura 6: 1. Medidor de Nível Sonoro; 2. Calibrador; 3. Termohigrômetro e 4. Máquinas Fotográficas.
3.2 Procedimentos
As medições foram realizadas segundo recomendações da NBR11957 “Reverberação: análise do tempo de reverberação de auditórios”. Os ruídos foram gerados na posição mais provável da fonte sonora real, em terços de oitava de 125Hz até 4kHz e pelo menos 40dB acima do nível de ruído de fundo. Os tempos foram registrados em três posições diferentes do microfone, duas vezes em cada ponto. Para o auditório, onde há possibilidade de se ajustar o fundo do palco com refletores ou absorventes sonoros, foram registradas ambas situações.
3.3 Resultados
As figuras abaixo mostram as posições do microfone no auditório e na sala de aula 801, respectivamente, com os tempos de reverberação medidos.
Figura 7: Sala de Aula 801
Figura 8: Medidas de Tempo de Reverberação na Sala 801
Figura 9: Auditório Professor Ariosto Mila
Figura 10: Medidas de Tempo de Reverberação no Auditório - Ponto 1
3 MEDIÇÕES
3.1 Equipamentos
Para efetuar medições do tempo de reverberação são necessários basicamente os seguintes equipamentos:
Figura 5: 1. Analisadores Sonoros Norsonic SA110 e complementos (sentido horário): baterias recarregáveis, cabos extensores para microfone, microfone e pré-amplificador para microfone; 2. Gerador de Sinal Norsonic 230 e 3. Caixa Sonora Leac's VTX150.
Para a realização do ensaio do tempo de reverberação o analisador de nível sonoro envia um comando ao emissor de sinal que gera um impulso elétrico que é transformado em som pela caixa acústica. Abaixo, os demais equipamentos de apoio utilizados:
Figura 6: 1. Medidor de Nível Sonoro; 2. Calibrador; 3. Termohigrômetro e 4. Máquinas Fotográficas.
As medições foram realizadas segundo recomendações da NBR11957 “Reverberação: análise do tempo de reverberação de auditórios”. Os ruídos foram gerados na posição mais provável da fonte sonora real, em terços de oitava de 125Hz até 4kHz e pelo menos 40dB acima do nível de ruído de fundo. Os tempos foram registrados em três posições diferentes do microfone, duas vezes em cada ponto. Para o auditório, onde há possibilidade de se ajustar o fundo do palco com refletores ou absorventes sonoros, foram registradas ambas situações.
3.3 Resultados
As figuras abaixo mostram as posições do microfone no auditório e na sala de aula 801, respectivamente, com os tempos de reverberação medidos.
Figura 7: Sala de Aula 801
Figura 8: Medidas de Tempo de Reverberação na Sala 801
Figura 9: Auditório Professor Ariosto Mila
Figura 10: Medidas de Tempo de Reverberação no Auditório - Ponto 1
3.2 Procedimentos
Ponto 3Ponto 3Ponto 1Ponto 1
Ponto 3Ponto 3
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
125 160 200 250 315 400 500 630 800 1 k 1,25 k 1,6 k 2 k 2,5 k 3,15 k 4 k
Te m po P1
Te m po P2
Te m po P3
0 ,0 0
0 ,5 0
1 ,0 0
1 ,5 0
2 ,0 0
2 ,5 0
3 ,0 0
3 ,5 0
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1 2 5 1 6 0 2 0 0 2 5 0 3 1 5 4 0 0 5 0 0 6 3 0 8 0 0 1 k 1 ,2 5
k
1 ,6 k 2 k 2 ,5 k 3 ,1 5
k
4 k
C o m R e f le to r P 1
S e m R e f le to r P 1
11
44
77
55
22
66
88
33
1. INTRODUÇÃO
Este painel é resultado de pesquisas de iniciação científica em andamento que têm por objetivo uma avaliação do conforto acústico nas salas de aula e no auditório do edifício da FAUUSP, Cidade Universitária, por meio do isolamento sonoro e do tempo de reverberação. Aqui estão apresentados os resultados medidos e simulados de tempo de reverberação da Sala 801 e do Auditório Professor Ariosto Mila.
2. CONCEITOS BÁSICOS
Podemos representar, simplificadamente, o som por meio de raios que seguem as leis da Óptica, havendo no entanto algumas exceções. A figura abaixo ilustra como o som se comporta em espaços fechados: (1) som direto ou incidente; (2) refletido; (3) absorvido pelo revestimento de uma superfície; (4) difuso ou disperso; (5) difratado; (6) transmitido; (7) dissipado para a estrutura; (8) ou conduzido pela estrutura.
Figura 1: Comportamento do Som em Espaços Fechados
Quando a energia sonora encontra uma barreira, parte dessa energia é refletida, parte é absorvida pelo material e convertida em calor, e parte é transmitida pelo elemento. Abaixo, está representado o som refletido e transmitido por diferentes materiais. Note que é chamado de material absorvente acústico aquele que transmite considerável fração do som incidente.
Figura 2: Reflexão, Absorção e Transmissão
O desvio das ondas sonoras quando essas passam pelas bordas de um obstáculo é chamado de difração. Por ser mais pronunciada em baixas freqüências, torna inadequadas as leis da Acústica Geométrica em espaços fechados para sons de grande comprimento de onda.
Figura 3: O Efeito das Freqüências na Difração
Por fim, o fenômeno da reverberação é o prolongamento do som em um espaço fechado depois que uma fonte sonora cessa, devido a sucessivas reflexões em suas superfícies. Este fenômeno tem um efeito distinto nas condições de audibilidade em auditórios porque sua presença modifica a percepção dos sons transitórios - sons que começam e cessam rapidamente.
Figura 4: Tempo de Reverberação Ótimo em Segundos
1. INTRODUÇÃO
Este painel é resultado de pesquisas de iniciação científica em andamento que têm por objetivo uma avaliação do conforto acústico nas salas de aula e no auditório do edifício da FAUUSP, Cidade Universitária, por meio do isolamento sonoro e do tempo de reverberação. Aqui estão apresentados os resultados medidos e simulados de tempo de reverberação da Sala 801 e do Auditório Professor Ariosto Mila.
2. CONCEITOS BÁSICOS
Podemos representar, simplificadamente, o som por meio de raios que seguem as leis da Óptica, havendo no entanto algumas exceções. A figura abaixo ilustra como o som se comporta em espaços fechados: (1) som direto ou incidente; (2) refletido; (3) absorvido pelo revestimento de uma superfície; (4) difuso ou disperso; (5) difratado; (6) transmitido; (7) dissipado para a estrutura; (8) ou conduzido pela estrutura.
Figura 1: Comportamento do Som em Espaços Fechados
Quando a energia sonora encontra uma barreira, parte dessa energia é refletida, parte é absorvida pelo material e convertida em calor, e parte é transmitida pelo elemento. Abaixo, está representado o som refletido e transmitido por diferentes materiais. Note que é chamado de material absorvente acústico aquele que transmite considerável fração do som incidente.
Figura 2: Reflexão, Absorção e Transmissão
O desvio das ondas sonoras quando essas passam pelas bordas de um obstáculo é chamado de difração. Por ser mais pronunciada em baixas freqüências, torna inadequadas as leis da Acústica Geométrica em espaços fechados para sons de grande comprimento de onda.
Figura 3: O Efeito das Freqüências na Difração
Por fim, o fenômeno da reverberação é o prolongamento do som em um espaço fechado depois que uma fonte sonora cessa, devido a sucessivas reflexões em suas superfícies. Este fenômeno tem um efeito distinto nas condições de audibilidade em auditórios porque sua presença modifica a percepção dos sons transitórios - sons que começam e cessam rapidamente.
Figura 4: Tempo de Reverberação Ótimo em Segundos
0,20,2 0,40,4 0,60,6 0,80,8 1,01,0 1,21,2 1,41,4 1,61,6 1,81,8 2,02,0 2,22,2 2,42,4 2,62,6
estúdios de gravação e de rádioestúdios de gravação e de rádio
salas de aula de ensino fundamentalsalas de aula de ensino fundamental
salas de palestra e conferênciassalas de palestra e conferências
DramaDrama
cinemacinema
teatros pequenosteatros pequenos
auditórios de Ensino Médioauditórios de Ensino Médio
auditórios para fins múltiplosauditórios para fins múltiplos
igrejasigrejas catedraiscatedrais
bandas de rock (com sistema de amplificação)bandas de rock (com sistema de amplificação)
musicais e operettasmusicais e operettas
concertos “semi-clássicos” e coro (com sistema de amplificação)concertos “semi-clássicos” e coro (com sistema de amplificação)
recitais e música de câmara (música barroca)recitais e música de câmara (música barroca)
ÓperaÓpera
corais secularescorais seculares
orquestras sinfônicas (música clássica e romântica)orquestras sinfônicas (música clássica e romântica)
música litúrgica (orquestra, coro ou órgão)música litúrgica (orquestra, coro ou órgão)
som incidentesom incidente
som refletido som refletido som refletido som refletido
som transmitidosom transmitido som transmitidosom transmitido
altas freqüênciasaltas freqüências baixas freqüênciasbaixas freqü nciasê
bom absorvente e mau isolantebom absorvente e mau isolante bom absorvente e bom isolantebom absorvente e bom isolante
4. SIMULAÇÕES
4.1 Ecotect 5.02
As salas de aula e o auditório foram modelados pelo software Ecotect versão 5.02. O programa realiza análises de conforto ambiental, tanto acústicas quanto de outros fatores de conforto, e fornece quarto tipos de análises acústicas:
1- Reverberação Estatística. Esse método utiliza o volume do ambiente e o coeficiente de absorção dos materiais para determinar o Tempo de Reverberação, calculado por três fórmulas diferentes - Sabine, de Norris-Eyring e de Millington. 2 - Traçado de Raios Acústicos. Essa técnica consiste no traçado de raios que representam as ondas sonoras vindas de uma fonte sonora colocada no ambiente modelado. Isso mostra o comportamento do som dentro do recinto. 3 - Análise de Partículas e Raios. Essa função mostra uma animação de raios e partículas acústicas que se propagam em tempo real dentro do ambiente modelado. Também é mostrado o nível sonoro ou o atraso do som quando esse atinge as superfícies. 4 - Resposta Acústica. Essa análise utiliza raios acústicos para determinar o tempo de reverberação, tamanho do caminho médio livre do som e absorção sonora média no espaço.
4.2 Resultados
Abaixo, os dados de análise realizados pelo programa:
Figura 11: Reverberação Estatística na Sala 801
Figura 12: Traçado de Raios Acústicos na Sala 801
Figura 13: Análise de Partículas e Raios no Auditório
Figura 14: Resposta Acústica do Auditório
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
As medições apontam tempos de reverberação excessivos na sala de aula e dentro do aceitável no auditório quando os dispositivos do fundo do palco são acionados para aumento da área absorvente. É interessante observar que, na sala de aula, a ausência de superfícies absorventes é responsável pelo número excessivo de reflexões, o que confere ao espaço elevado tempo de reverberação. Para salas de aula o tempo de reverberação ótimo é de 0,4 a 0,6 s para 1kHz, ao passo que para o auditório, dado seu volume, o tempo é por volta de 0,9 s.
Os resultados de reverberação estatística fornecidos pelas simulações da sala de aula para freqüências de 125, 250 e 500 Hz possuem alta correlação com aqueles obtidos através das medições (R2 = 0,99); o que não vale para freqüências de 1k, 2k e 4k Hz, para as quais há uma baixa correlação com as medições (R2 = 0,014). O mesmo vale para o auditório, com alta correlação para as primeiras (R2=0,87) e nenhuma para as últimas (R2 ~ 0). Os resultados podem ser atribuídos a dois fatores: inadequação dos dados utilizados na modelagem ou problemas experimentais relacionados principalmente à instabilidade observada no equipamento durante as medições. É importante detectar a razão de tais diferenças inclusive para validação dos resultados do software. Apesar dos resultados, o Ecotect facilita o entendimento dos fenômenos físicos, sendo útil para fins didáticos.
AGRADECIMENTOS
À FAPESP e ao CNPq, pelo financiamento às pesquisas de iniciação científica e ao mestrando José Ovídio Peres Ramos e aos professores Marcia Peinado Alucci, Ualfrido Del Carlo e José Fernando Cremonesi.
BIBLIOGRAFIA
[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR11957 Reverberação: análise do tempode reverberação em auditórios. São Paulo, 1998.[2] DOELLE, Leslie. Environmental Acoustics. New York: McGraw-Hill, 1972.[3] EGAN, David. Concepts in Architect Acoustics. New York: McGraw-Hill, 1972.[4] MEHTA, Madan. Architectural Acoustics: principles and design. Upper Sadle River: Prentice Hall, 1999.[5] SANTOS, Paula. Banco de Dados: características acústicas de materiais de construção. São Paulo: FAPESP, 2002.
4. SIMULAÇÕES
4.1 Ecotect 5.02
As salas de aula e o auditório foram modelados pelo software Ecotect versão 5.02. O programa realiza análises de conforto ambiental, tanto acústicas quanto de outros fatores de conforto, e fornece quarto tipos de análises acústicas:
1- Reverberação Estatística. Esse método utiliza o volume do ambiente e o coeficiente de absorção dos materiais para determinar o Tempo de Reverberação, calculado por três fórmulas diferentes - Sabine, de Norris-Eyring e de Millington. 2 - Traçado de Raios Acústicos. Essa técnica consiste no traçado de raios que representam as ondas sonoras vindas de uma fonte sonora colocada no ambiente modelado. Isso mostra o comportamento do som dentro do recinto. 3 - Análise de Partículas e Raios. Essa função mostra uma animação de raios e partículas acústicas que se propagam em tempo real dentro do ambiente modelado. Também é mostrado o nível sonoro ou o atraso do som quando esse atinge as superfícies. 4 - Resposta Acústica. Essa análise utiliza raios acústicos para determinar o tempo de reverberação, tamanho do caminho médio livre do som e absorção sonora média no espaço.
4.2 Resultados
Abaixo, os dados de análise realizados pelo programa:
Figura 11: Reverberação Estatística na Sala 801
Figura 12: Traçado de Raios Acústicos na Sala 801
Figura 13: Análise de Partículas e Raios no Auditório
Figura 14: Resposta Acústica do Auditório
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
As medições apontam tempos de reverberação excessivos na sala de aula e dentro do aceitável no auditório quando os dispositivos do fundo do palco são acionados para aumento da área absorvente. É interessante observar que, na sala de aula, a ausência de superfícies absorventes é responsável pelo número excessivo de reflexões, o que confere ao espaço elevado tempo de reverberação. Para salas de aula o tempo de reverberação ótimo é de 0,4 a 0,6 s para 1kHz, ao passo que para o auditório, dado seu volume, o tempo é por volta de 0,9 s.
Os resultados de reverberação estatística fornecidos pelas simulações da sala de aula para freqüências de 125, 250 e 500 Hz possuem alta correlação com aqueles obtidos através das medições (R2 = 0,99); o que não vale para freqüências de 1k, 2k e 4k Hz, para as quais há uma baixa correlação com as medições (R2 = 0,014). O mesmo vale para o auditório, com alta correlação para as primeiras (R2=0,87) e nenhuma para as últimas (R2 ~ 0). Os resultados podem ser atribuídos a dois fatores: inadequação dos dados utilizados na modelagem ou problemas experimentais relacionados principalmente à instabilidade observada no equipamento durante as medições. É importante detectar a razão de tais diferenças inclusive para validação dos resultados do software. Apesar dos resultados, o Ecotect facilita o entendimento dos fenômenos físicos, sendo útil para fins didáticos.
AGRADECIMENTOS
À FAPESP e ao CNPq, pelo financiamento às pesquisas de iniciação científica e ao mestrando José Ovídio Peres Ramos e aos professores Marcia Peinado Alucci, Ualfrido Del Carlo e José Fernando Cremonesi.
BIBLIOGRAFIA
[1] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR11957 Reverberação: análise do tempode reverberação em auditórios. São Paulo, 1998.[2] DOELLE, Leslie. Environmental Acoustics. New York: McGraw-Hill, 1972.[3] EGAN, David. Concepts in Architect Acoustics. New York: McGraw-Hill, 1972.[4] MEHTA, Madan. Architectural Acoustics: principles and design. Upper Sadle River: Prentice Hall, 1999.[5] SANTOS, Paula. Banco de Dados: características acústicas de materiais de construção. São Paulo: FAPESP, 2002.
Ponto 2Ponto 2
Ponto 1Ponto 1
Com Refletor P1
Sem Refletor P1
Com Refletor P1
Sem Refletor P13,503,50
4,004,00
3,003,00
2,502,50
2,002,00
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