conforto ambiental acústico - arquitetura e urbanismo

Sino-Italian Ecological and Energy Efficient Building - SIEEB

Conforto Ambiental – Acústica Arquitetônica

UNIDADE I – Acústica Arquitetônica –Conceitos Básicos e Condicionamento

Acústico

Março de 2012

Prof. Dr. Eduardo Grala da Cunha

APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA

• Objetivos do Módulo I:

– Compreender as possibilidades de atuação do profissional no ambiente construído considerando as necessidades de adequação ao condicionamento e isolamento acústico necessários;

– revisar os conceitos básicos da acústica arquitetônica;

– entender o que é e como é desenvolvido o projeto de condicionamento acústico;

– verificar aspectos gerais da NBR 12179 – Tratamento acústico em recintos fechados.

INTRODUÇÃO – MÓDULO I• SUMÁRIO

– 1. Introdução

– 2. Conceitos Físicos do Som

• 2.1 Som, ruído e ondas

• 2.2 Intensidade Sonora

• 2.3 Características do Som

– 3. Acústica Arquitetônica

• 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico

• 3.2 Cálculo do Tempo de Reverberação – NBR 12179

• 3.3 Materiais, usos, aplicações e estratégias

1. Introdução

• 1.1 Som e Ruído

• Som – sensação produzida no sistema auditivo a partir da vibração de um meio elástico (ar, água, corpos, entre outros).– Variação da pressão do ambiente detectável pelo

sistema auditivo.

1. Introdução• 1.1 Som e Ruído

– Ruído – é um som indesejável (ruído do trânsito, ruído das turbinas de um avião, ruído de uma casa noturna no entorno edificado – ações judiciais);

– O ruído repercute:a) No aparelho auditivo – trauma acústico (temporário ou

permanente);

b) Nas atividades do cérebro – indivíduo necessita de 20% a mais de energia para efetuar tarefas com intenso barulho;

c) Em vários órgãos – ação reflexa (influenciando pressão arterial, composição hemática, perda de equilíbrio e vômitos);

d) Atividade física e mental;

1. Introdução

• 1.1 Som e Ruído

• São necessárias as seguintes preocupações:

Tratamento acústico

Condicionamento acústico

Isolamento acústico

03/12/2012 04/12/2012

1. Introdução

2. Conceitos Físicos do Som

• 2.1 – Ondas– Movimentos oscilatórios que se

propagam num meio devido a uma perturbação. Nesses movimentos somente energia é transferida, não havendo transporte de matéria. Ex: pedra em um lago

– Classificação: Mecânicas e Eletromagnéticas.

– Ondas Sonoras: São aquelas que necessitam de um meio elástico para se propagar.

10

• 2.1 Ondas:

• Elementos constituintes de uma onda:(Estas características definem as

estratégias no projeto arquitetônico no que diz respeitos a revestimentos e fechamentos horizontais e verticais.)

• Comprimento de Onda (λλλλ): é a

distância entre duas cristas ou dois vales ou dois vales consecutivos;

• Amplitude: é o nome dado à altura de

uma crista ou de um vale;

• Período (T): tempo necessário para uma

onda deslocar-se de uma crista a outra;


11

• Freqüência (f): é o número de

oscilações (ciclos) realizadas pela onda na unidade de tempo; 1 Hertz = 1 ciclo por segundo. f = 1/T – T = 1/f

• O ouvido humano identifica sons entre 20 e 20000 Hz;

• Intensidade: A amplitude do raio

sonoro indica a intensidade do mesmo.


12

Freqüências (Hz) Fontes de Ruído

125 a 250 máquinas, instrumentos de percussão

250 a 500 ruído de escritório em geral

500 a 1000 conversa

2000 a 4000 máquina de escrever, apitos e aviões

Frequência (f):• O conceito de bandas de oitava, corresponde a excitação de uma mesma zona da membrana basiliar. O domínio do audível encontra-se coberto por cerca de 24 bandas críticas, cada uma das quais parece corresponder a um comprimento de cerca de 1,3 mm ao longo da membrana basilar. • A voz humana varia 500 Hz a 1000 Hz;• Os estudos devem considerar 125 Hz, 1024 Hz e 2048 Hz;

Notas Freqüências

Ré 73 Hz

Mi 82 Hz

Fá 87 Hz

Sol 98 Hz

Lá 109 Hz

Si 121 Hz


13

Freqüências audíveis

Infrasom Ultrasom

Graves Médios Agudos z

0 20 400 1600 20.000

Classificação das Freqüências: Fonte: CENEC –

Simões 1999

Classificação das Freqüências: Greven et al. (ABC

Conforto Acústico)

Voz Humana:500 a 1000 Hz


Classificação das Freqüências: Greven et al. (ABC

Conforto Acústico)

15

• Qualidades do Som:

• Altura: é a qualidade que permite diferenciar um som grave (freqüência baixa) de um agudo(freqüência alta).

• Intensidade: é a qualidade que permite identificar um som alto ou forte (na física, um som alto ou baixo está relacionado com a quantidade de energia transferida.

– Vozes femininas: soprano e contralto;

– Vozes masculinas: tenor, barítono e baixo;


16Fonte: Greven et al (ABC Conforto Acústico)


O tom é a interpretação subjetiva da frequência de um som. Isso fica claramente estabelecido para sons com tonalidade pura. Sons complexos são fisicamente determinados por seus espectros, cuja interpretação subjetiva é o timbre. Fonte: Greven et al

(ABC Conforto Acústico)

2. Conceitos Físicos do Som• Bell e Decibel- Pressão mínima (limiar da audição) = 2.10-6 N/m2

- Pressão máxima (limiar da dor) = 20 N/m2

- Diferença entre o limiar da audição e o limiar da dor é de 1.000.000 de vezes;

- db = decibel = relação de amplificação - escala logarítmica

- 1 bel = 10 decibéis

18

0,3 dB

Exemplo 1:

NR1 = 85 dB;

NR2 = 70 dB;

NR = 85 dB + 0,3 dB

= 85,3 dBExemplo 2:

NR1 = 75 dB;

NR2 = 70 dB;

NR = 75 dB + 1,2 dB

= 76,2 dB

1,2 dB

• Níveis sonoros não podem ser somados aritmeticamente – são grandezas logarítmicas;

• Somatório de Ruídos de diferentes intensidades

- Caminhão 85 dB;

- Carros 70 dB; 85 dB – 70 dB = 15 dB -> ∆L -> (Gráfico)


19Fonte: Greven et al (ABC Conforto Acústico)

Sensibilidade Auditiva: O aparelho auditivo humano não percebe sons de freqüênciasdiferentes com a mesma sensibilidade.A figura 3 apresenta as curvas de igual sensação sonora do aparelho auditivo humano, na qual a parte colorida corresponde a voz humana;Nos graves o ouvido humano é menos seletivo, o que explica a diferença de sensação auditiva entre dois ruídos de um mesmo nível sonoro. Fonte:Greven et al (ABC Conforto Acústico)


20

Frequência do ruído do trânsito

Fonte: CENEC, Simões 1999


21

λλλλ = C . T λλλλ = C

FOnde:

λ= comprimento de onda

C = velocidade do som no ar (340 m/s)

F = frequência4000 HZ

λ = 340 m/s = 0,085m 4000 ciclos/s 8,5 cm

125 HZ

λ = 340 m/s = 2,7m

125 ciclos/s


22


2.2. Intensidade do Som

• Pressão Sonora: N / m2 – força/área =

pressão

• Unidades:

• Pressão mínima (limiar da audição) = 2.10-6 N/m2

• Pressão máxima (limiar da dor) = 20 N/m2

• Diferença mínima identificada pelo ouvido humano = 1 dB;

• 2.2. Intensidade do Som

– Cada 10 dB de ampliação é identificado pelo ouvido humano como uma duplicação da pressão sonora;

– O dB é pouco usado, dando lugar ao dB (A), um valor ponderado que leva em consideração os valores correspondentes de igual sensação sonora do aparelho auditivo humano. É o filtro mais abrangente para as bandas de oitavas


24

• 2.2. Intensidade do Som• Para que um som com frequência de 1000 Hz possa ser ouvido é

necessário 1 dB;• Para que um som com frequência de 40 Hz possa ser ouvido são • necessários 40 dB; NORMA DIN sugere frequência média de 550

Hz;


25

2.2. Intensidade do Som

• Um som de 60 dB até 11 m ouvimos sem reflexão;

• Cada vez que um ponto afastar o dobro da distância da

fonte, seu nível de som cairá 8 dB ou, inversamente se

aproximar-se da fonte para a metade da distância, o seu

nível sonoro dobrará;

54 dBFonte – 70 dB 62 dB

4 m4 m

46 dB

8 m


2.2.-Intensidade Sonora

Apud LISOT (2008)

27

120 Limiar de sensibilidade

110 Trovão, artilharia, rebitador, trem em

ferrovia elevada, fábrica de caldeiras

Ensurdecedor

100

90 Ruas extremamente barulhentas,

fábricas barulhentas, plataformas de

trens sem absorventes de som, apitos

de polícia

muito barulhento,

estrondosa

80

70 Escritórios barulhentos, ruas com

ruídos médio, rádio com volume médio,

fábrica com ruído médio

barulhento

60

50 Casa barulhentas, escritórios médios,

conversação média, rádio com volume

baixo

moderado

40

30 Casa silenciosa ou escitório individual,

auditório médio, conversação baixa

fraca

20

10 Sussuros, trabalhos intelectuais em um

quarto

muito fraca

0 Limiar da auditibilidade

2.2.-Intensidade Sonora

28

Atividade Nível Sonoro em dB Intensidade

Watts/cm2

Nível mínimo, murmurar 20 10-8

Homem conversando tranqüilamente 30 10-4

Mulher conversando tranqüilamente 25 3.15x10-13

Homem conversando normalmente 55 3.15x10-14

Mulher conversando normalmente 50 10-11

Homem falando em público, sem

esforçar-se

65 3.15x10-11

Mulher falando em público, sem

esforçar-se

60 10-10

Homem falando em público,

esforçando-se

75 3.15x10-10

Mulher falando em público,

esforçando-se

70 10-9

Grito de Homem 85 3.5x10-9

Grito de Mulher 80 10-8

Canto de um profissional 80 10-7

2.2.-Intensidade

Sonora

29

2.2.-Intensidade SonoraRuído gerado Causas Tempo de exposição perigoso

80 Metrô, tráfego pesado, despertador a

60 cm, ruído de fábrica

Mais de 8 horas

90 Trânsito de caminhões, aparelhos

domésticos, máquina de cortar

grama;

Mais de 4 horas;

100 Serra Elétrica, britadeira; Mais de 1 hora;

120 Show de Rock, trovoada; A lesão pode ocorrer em

questão de minutos;

180 Lançamento de um foguete Perda auditiva

30

Ruído do trânsito

Fonte: CENEC, Simões 1999


>70 DB

31

2.3. Características do Som

• Velocidade do Som – 340 m/s (depende meio e temp.)

• Reflexão do Som –Importante conceito que vai caracterizar as estratégias quanto as dimensões, a forma das paredes e forro e tratamento dos revestimentos internos dos auditórios.

– A reflexão gera REVERBERAÇÃO e ECO.

– Eco: distância de 17 m entre a fonte e um anteparo (parede). Som percorre 34 m de distância(ida e volta) em 1/10 s. (som emitido e refletido são percebidos simultaneamente).


32

� A reflexão gera REVERBERAÇÃO e ECO.

� Reverberação: “É a persistência do som em um recinto limitado, depois de cessada sua emissão por uma fonte”.


33

• Reflexão do Som – Quando uma onda sonora pura ou livre atinge uma superfície uniforme a reflexão do som assemelha-se muito à da luz.

Concentra a energia;

Difunde a energia;


Reflexão homogênea;

35

• Difração do som – É a mudança sofrida na direção de onda sonora, devido ao seu encontro com um obstáculo, contornando-o;

Parede

Pequeno orifício na parede


39

Frequência de Ressonância dos materiais:

- Os materiais apresentam frequências nas quais os mesmo vibram e diminuem a sua capacidade de isolamento;

- Estas frequências são classificadas como críticas;

- Uma das formas de se evitar a ressonância dos fechamentos duplos é a utilização de painéis com diferentes espessuras;


3. Acústica Arquitetônica

• Aspectos Gerais:

– Na abordagem da acústica de edificações é importante ter domínio sobre três fenômenos importantes da propagação sonora, a saber, o isolamento sonoro, a reflexão sonora e a absorção sonora, que serão introduzidos a seguir.


• 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico (auditórios e salas de conferência)

• 3.2 Cálculo do Tempo de Reverberação – NBR12179 (auditórios, salas de conferência, escritórios, igrejas, ambientes onde é desejado o controle do ruído)

• 3.3 Materiais, usos, aplicações e estratégias

3. Acústica Arquitetônica• 3.2 Cálculo do tempo de reverberação

– NBR 12179/1992 – Tratamento Acústico em

Recintos Fechados

– Roteiro para o desenvolvimento do tratamento acústico

• A) isolamento acústico

– Necessária impermeabilidade acústica;

• B) condicionamento acústico

– Estudo geométrico acústico do recinto e cálculo do tempo de reverberação;

44

• 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico (Projeto de auditórios, salas de conferência,...)

• JOGO RÁPIDO - ALGUMAS REGRAS QUE AJUDAM BASTANTE!• Relação entre dimensões;

• h - altura, c - comprimento, l - largura;

• 0.40 C < h < 0.55 C• 1.4 L < C < 1.6 L• Comprimento < 17.0 metros (quando possível);

– C = distância do palco até a última fileira de cadeiras;

• Segundo NEUFERT: A relação correta entre altura, largura e comprimento é:

– 2 (H), 3 (L) e 5 (C).– H = 0,4 C;– C = 1,66 L;


3. Acústica Arquitetônica• 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo

Geométrico Acústico – Até 300 m3 de volume – simples voz sem

dificuldades (7,0m x 9,8m x 4,4m = 301 m3);

– Dimensão menor que 8,5 m (f/2 - χ = 17 m - 20 Hz – menor frequência audível) possibilidades de ressonância com sons graves;

– Volumes maiores 300 – 30.000 m3 – necessidade de reforçar o som para parte mais distante;

– Ambientes maiores que 8000 - 8500 m3 –necessidade de sistema de amplificação (18m x 28,80m x 15,80m);


Geométrico Acústico (dimensionar considerando o

volume)


• 3.1 Estudo da Morfologia do Local e Estudo Geométrico Acústico


Geométrico Acústico

49

• Estuda a distribuição do som no ambiente;

•Princípio da reflexão;•Diferenças entre raios diretos e refletidos;•Beneficiar os usuários que ocupam as cadeiras do fundo do auditório com o raio sonoro refletido pelas paredes e pelo forro;


50

≠≠≠≠ Entre T1 e T2 ≤≤≤≤ 20m (0,02s)V = 340 m/sV = d/T

d = 6,8m


51

Comportamento das

Superfícies quanto à

reflexão do som;

Côncavas;Convexas;


• REVERBERAÇÃO EM UM AMBIENTE:

- Persistência do som no ambiente;

- Tempo necessário para que o som em um ambiente seja atenuado em 60 dB;

53

• Cada atividade tem um tempo ideal de absorção, o qual é determinado pelo volume, e atividade a ser desempenhada no local.



• 3.2 Cálculo do tempo de reverberação

– Para a frequência de 125 Hz é necessário uma correção do tempo ideal de reverberação;

Tideal (125 Hz) = Tideal (1000 Hz) x 1,5

56

Tempo Ideal de Reverberação


• ABSORÇÃO


• 3.2 Cálculo do tempo de reverberação• Coeficientes que caracterizam o comportamento

do som– Coeficiente de Reflexão;

– Coeficiente de Transmissão;

– Coeficiente de Absorção - varia de 0 a 1 – Energia dissipada + energia transmitida;

• Superfície teoricamente rígida e polida teria ∝= 0;

• Janela aberta ∝= 1;

• Unidade de área de absorção = 1 m2 = sabine;

• Ex: tapete com ∝= 0,7 – 70% da energia é absorvida, ou seja, 1 m2 de tapete equivale a 0,7 m2 de uma janela aberta;

• 3.2 Cálculo do tempo de reverberação

Tipo de revestimentos:

a) Muito refletores 0,1 > αααα ≥≥≥≥ 0,01;

b) Ligeiramente absorventes 0,5 > αααα ≥≥≥≥ 0,1;

c) Muito absorventes αααα ≥≥≥≥ 0,5;


60

Fonte: Greven et al (ABC do Conforto Acústico)

3- Acústica Arquitetônica – Coeficientes de Absorção


• Materiais Reflexivos 0,1 > αααα ≥≥≥≥ 0,01


• Materiais medianamente absorvedores 0,5 < α < 0,1


• Materiais absorvedores α > 0,5


Eurobafles – BaflesEuroacoustic

Indústrias, academias, escritórios, ginásios,...

Eurobafles – BaflesEuroacoustic



• Materiais absorvedores αααα ≥≥≥≥ 0,5

• Elementos absorventes seletivos (Ressonadores)

• Basicamente existem os seguintes tipos de ressonadores:

– De membrana ou diafragmático;

– Simples de cavidade (Helmholtz);

– Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhurados;

– Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de ripas.

• De membrana ou diafragmático (interior de casas

noturnas)


M = 0,5 cm – 1,5Kg/m2

D = 3 cmf0 = 490 Hz

M = 0,5 cm – 1,5Kg/m2

D = 10 cmf0 = 270 Hz

M = 0,5 cm – 1,5Kg/m2

D = 2,0 cmf0 = 600 Hz

- Painel de compensado é reflexivo –quando afastado da parede absorve graves;- Mesmo ocorre com painéis de gesso acartonado;

Efeito Massa-Mola

• De membrana ou diafragmático (Cálculo do Pico

de absorção);


A expressão vale para painéis de 2 cm de câmara de ar com no mínimo 80 cm de comprimento;

• De membrana ou diafragmático;


– Ensaio Laboratório

• e = 3 mm, 0,3 cm – M = 1,8 Kg/m2

• d = 4,4 cm

• f0 = 213 Hz


ISOVER – Saint-Gobain

• Simples de cavidade (Helmholtz);


• Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhurados;


• Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhurados;

– Painel de gesso com 13 mm perfurado 18%;

– Cavidade com 10 cm de profundidade;

– Com e sem absorvedor junto à parede 80 mm – 8 cm;

– f0 = 550 Hz;


3. Acústica Arquitetônica• Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de

painéis perfurados ou ranhurados;

– Mudando a espessura da cavidade como também a simetria ou homogeneidade dos furos o ressonador passa a absorver de forma mais geral;

89


90


• Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de tiras - Ranhuradas


• Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de tiras


• Múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de painéis perfurados ou ranhurados a base de ripas;


Ressonadores múltiplo de cavidade (Helmholtz) a base de ripas de madeira (Teatro do Bourbon Country)



• PROCEDIMENTOS PARA O CÁLCULO:

– 1) Determinar o coeficiente de absorção médio• Ʃ (Superfícien x αn)/ Ʃ (Superfícien)

– 2) Caso seja menor que 0,3 utilizar a equação de Sabine

• Tr = 0,161 . V / Absorção

• Absorção = Ʃ Superfícien x αn + Elementon x αn

– 3) Caso seja maior que 0,3 utilizar a equação de Eyring

• Tr = 0,161 . V / -2,3 S log (1 - αm )


• PROCEDIMENTOS PARA O CÁLCULO:

– 4) Comparar o tempo de reverberação real com o tempo de reverberação ideal

Se Treal muito alto

Aumentar a Absorção do ambiente – piso, paredes laterais

Se Treal muito baixo

Diminuir a Absorção do ambiente – piso, paredes laterais

Tideal + 10% ≥ Treal ≥ Tideal – 10%


ESTUDO DE CASO I – IGREJA EM PELOTAS, RSPROJETO DE CONDICIONAMENTO ACÚSTICO

3. Acústica Arquitetônica• 3.3 Exemplos de aplicações

– Projeto de Condicionamento Acústico de Igreja em Pelotas, RS, 2012 – (Projeto GREFE)


• 3.3 Exemplos de aplicações– Estudo dos raios de

visão


• 3.3 Exemplos de aplicações– Cálculo do Tempo de Reverberação (ESTRATÉGIAS INICIAS

PARA DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS)• Parede do fundo absorvente – evitar ecos;

• Paredes laterais e forro reflexivos;

• Forro da parte inferior ao mezanino – medianamente absorvente;

• Geometria do Forro direcionando raios sonoros refletidos para o fundo (Geometria Acústica)

• Piso na proposta inicial medianamente absorvente;

– Alterações:• Devido à elevada ocupação (924 lugares) e consequentemente alta

absorção houve necessidades de mudanças:– Forro mezanino – reflexivo para médios e agudos e absorvente para graves;

– Piso – reflexivo;

3. Acústica Arquitetônica3.3 Exemplos de aplicações

Cálculo do Tempo de Reverberação (ESTRATÉGIAS INICIAS PARA DEFINIÇÃO DOS MATERIAIS)

3. Acústica Arquitetônica3.3 Exemplos de aplicações -Cálculo do Tempo de Reverberação


ESTUDO DE CASO II – AUDITÓRIO DA UNOESC – Xanxerê, RS, 2007, (Projeto ARCON)

PROJETO DE ISOLAMENTO, CONDICIONAMENTO ACÚSTICO E

LUMINOTECNIAMemorial_Descritivo_Versão_Definitiva_UNOESC.docx

conforto ambiental acústico - arquitetura e urbanismo

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