fundamentos de acústica - bill tolliver

Os Fundamentos da ACSTICA Controle de Rudos e Qualidade do Som

Bill Tolliver Gerente de Suporte Tcnico America do Sul

Acstica

O que Som? Propriedades

Ondas, frequncia, dB, absoro, reflexo

Controle de Rudos Reduzindo sons indesejveis entre ambientes

Qualidade do Som Melhorando sons desejveis dentro ambientes

Montagems de Pisos Solues Acsticas

Informao de Referncia

O Que Som?

O que Som?

Som o movimento ou vibrao de molculas causadas por perturbaes fsicas Por exemplo:

Alto falantes

Fogos de artifcio

Motor de carro

O som viaja atravs do ar, lquidos e slidos, em todas as direes

O que SOM?

O som viaja atravs do ar a uma velocidade constante, a uma determinada temperatura do ar: 342,9 m por segundo (em um dia com temperatura mdia).

GERAR SOLUES TRANSFORMAR MERCADOS MELHORAR VIDAS

As ondas sonoras se afastam da fonte, diminuindo de intensidade com a distncia.

O que Som?

Onde no existe som?

No vcuo!

O que Som?

O SOM uma perturbao fsica num meio (ar) e uma combinao de dois componentes:

1) FREQUNCIA (Hz) Determina o tom ouvido.

Intervado auditivo humano 20 Hz to 20.000 Hz

A frequncia o nmero de eventos de um fenmeno oscilatrio que ocorre na unidade de tempo. , assim, resultante da relao entre a velocidade do som (C) e seu comprimento de onda (lambda), dada pela frequncia (f) em ciclos por segundo (hertz). O som dito "comum" analisado em faixas de oitavas ou teros de oitavas de frequncia

2) INTENSIDADE (Pa) Determina o volume ouvido

Mede as flutuaes de presso do ar acima e abaixo da presso atmosfrica normal (100 kPa)

A Intensidade a amplitude das ondas sonoras reflete a intensidade dos estmulos sonoros e determina a sensao subjetiva de rudo do som para a pessoa que o ouve. Sua unidade bsica o bel, uma razo entre duas intensidades, sendo freqente a utilizao de medida de intensidade dB (decibel).

O que SOM?


FREQUNCIA E INTENSIDADE

O que Som? Frequncia

As ondas sonoras tm frequncias diferentes

O que Som? Frequncia

Som de alta frequncia

Som de baixa frequncia

Tudo em Hertz (ciclos por segundo)

O que Som? O Som Composto por Vrias Frequncias

O que Som? Intensidades

As ondas sonoras tm diferentes intensidades

O que Som? Intensidade

Sons altos = altas presses sonoras

Sons discretos baixas presses sonoras


Definio de dBs:

Alexander Graham Bell, o B do dB, descobriu que ao medir o som obtinha nmeros muito altos, como 10a 13a potncia.


Este tipo de escala no fazia sentido relativamente nossa escuta; ento, ele a comprimiu usando uma escala logartmica.

Portanto, bel = 10 decibis dois bis= 20 decibis

Zero dB o ponto de partida de onde um beb escuta o mais leve dos sons.


Fonte do Som

Foguete para Saturno

Avio a Jato

Limiar da dor

Rebitadeira

Trnsito Pesado

Fala em Tom de Conversa

Escritrio

Residncia

Folhas farfalhando

Limiar da Escuta

dBs

194

160

135

120

80

60

50

40

20

0

Presso (Pa)

100,000

2,000

20

0.2

0.02

0.002

0.0002

0.00002

O que Som?

O som resulta da vibrao de molculas

No ar, essas vibraes formam reas de alta e baixa presso, resultando em "ondas sonoras"

Essas ondas sonoras variam por: Frequncia (nmero de ciclos por unidade de tempo)

Presso (intensidade, dB)

O que Som? Dispositivos para medir som.

Controle de Rudos

Controle de Rudos O que so os efeitos do rudo?

O excesso de rudo pode ser encontrado em qualquer lugar.


Pode causar:

o Cansao

o Diminuio da produtividade dos trabalhadores

o Em casos extremos, perda de audio

Por que isso importante?

Porque quando entendemos como o som funciona, podemos aprender a control-lo.

Controle de Rudos Onde est o rudo?

Controle de Rudos

Reduzindo sons indesejveis

Controle de Rudos

Dois mtodos para controlar rudos

1. Na fonte... Geralmente no ser possvel

2. Na engenharia do projeto do prdio

Como Podemos Medir a Atenuao do Som?

ASTM E413 ou ISO 717/1

Como Podemos Medir a Atenuao do Som?

Como se mede a capacidade de isolamento acstico de uma parede?.....

ASTM E 90 Medio da Perda da Transmisso do Som

Ambiente

Fonte

Ambiente Alvo 80 dB 35 dB

TL = 45 dB

Controle de Ruidos Rw : ndice Ponderado de Reduo Sonora


ndice Ponderado de Reduo Sonora - Rw - Indice de reduo do som transportado pelo ar medido em laboratrio. Este indice determinado de acordo com a EN ISO 717-1 a partir de medies efectuadas de acordo com EN 20140-3 sobre a banda da terceira octava da banda de frequncia 100-3150 Hz.

Classe de transmisso do Som STC - indice da perca de transmisso de som transportado pelo ar medido em laboratrio. clculado de acordo com a ASR 413-87 usando valores de perca de transmisso de som medidos de acordo com ASTM E 90-90 sobre uma gama de frequncia 125-4000 Hz.

Em general, as valores de Rw e STC do o mesmo nmero (ou apresentam menos de 1-2dB de diferena). O valor Rw (ou STC) um valor numrico que descreve a capacidade que tm os elementos de construo, como a parede, piso, teto, porta ou janela, de minimizar a transmisso de rudos de uma rea para outra.

A perda real de transmisso de som depende das freqncias especficas no ambiente

Controle de Ruidos Resultados das Provas-Exemplo

Fonte: National Research Council Canada, Reporte IRC-IR-693 Oct 1995

STC 47

Rw 48

Grau de Transmisso Sonora - Rw


Valores Rw Audibilidade das conversas Grau de controle sonoro

15 - 25 Voz normal, de fcil compreenso Ruim

25 - 35 Voz alta de fcil compreenso

Regular

35 - 45 Voz normal apenas ouvida

mas no entendida Boa

45 - 55 Voz alta apenas ouvida mas no entendida

Muito boa

55 - acima Voz alta geralmente inaudvel

Excelente

A Percepo dos Decibis por Pessoa Varia

0-3dB Quase imperceptvel

4-5dB Perceptvel e significativo

6dB Nvel de som resultante 1/4 do nvel inicial

7-9dB Reduo importante recebida

10dB Nvel de som resultante 1/2 do nvel inicial

Controle de Rudos Os princpios de Controle de Rudos

#1 Aumente a massa.

Espessura de Drywall

12,5mm 15mm

Numero de camadas de Drywall.


#2 Quebre o caminho.

Use montantes de ao

em vez de madeira.

Use pefis para quebrar caminho.

Paredes duplas.


#3 Absoro na cavidade.

Encher cavidade com fibra de vidro.

A importncia de densidade de isolamento em cavidade

S a densidade do isolamento no significativamente muda o valor de STC/Rw da assemblia.

A resistncia de fluxo de ar e o fator que contribui com a perda de transmisso e depende do... Diametro de fibra (menor e melhor)

Densidade (maior e melhor).

L de rocha tem densidade maior (33kg/m3) mas tambem diametros de fibra maiores (9 microns).

L de vidro geralmente tem densidades menores (10 a 12 kg/m3) mas com um diametro de fibra menor (6 microns).

Ento....A resistncia de fluxo de ar para l de rocha e fibra de vidro so similares.

A verdade que a diferena entre provas maior que a diferena dos valores de Rw de l de rocha e fibra de vidro.

Fonte: National Research Council Canada,

Reporte IRC-IR-693 Oct 1995

A importncia de densidade de isolamento em cavidade


A importncia de espessura de isolamento em cavidade


A quantidade (espessura) de absoro na cavidade tem um efeito significativo na transmisso de som- Quanto maior a frao da cavidade preenchida com material de absoro, maior a perda de transmisso de som (STC e Rw).

The amount (thickness) of absorption in the cavity has a significant

effect on the sound transmission-the greater the fraction of the cavity filled iwth absorption, the higher the sound transmission loss (STC and Rw).

A importncia de espessura de isolamento em cavidade

Fonte: National Research Council Canada, Reporte IRC-IR-693 Oct 1995.

"A diminuio de transmisso de som continua a aumentar com espessura crescente do material de absorpo. Com o cavidade preenchida pela metade com material de absoro, a perda de transmisso de som fica em um STC 5dB (ou Rw 3dB) menos que obtido enchendo a cavidade completamente".

The sound transmission loss continued to increase with increasing thickness of

the absorptive material. With the cavity half-filled with absorptive material, the sound transmission loss was about 5dB STC (or 3dB Rw) less than obtained by filling the cavity completely.

Controle de Rudos Parede de Concreto Macio vs. Steel Frame + Drywall + Fibra de Vidro

Porque Steel Frame + Fibra de vidro?

Veja exemplo ao direito.... Mesma desempenho acstica Rw=54 dB.

Apenas 11% do peso de uma parede de concreto macio.

Mais espacio na ambiente com menos espessura de parede.

Melhor desempenho termico. Precisa 770 mm de espessura de concreto macio para ter o igual valor R.

Construo rpida.

A parede facilita a instalao de eltrico e tubos.

Parede de Steel Frame com Drywall

Montantes 90mm (61cm C-C)

Duas chapas de Drywall 15,0mm cada lado

Owens Corning R11 89mm Fibra de vidro

Rw=54 dB

Peso= 45 kg/m2

Desempenho Termico (com ponte trmico)

U=0,81 W/mK

R=1,23 mK/W

Parede de Concreto-189mm

Rw=54 dB

Peso= 400 kg/m2

Desempenho Termico

U=3,46 W/mK

R=0,29 mK/W

Rw: ndices de Reduo Sonora Ponderado Montantes:48mm, Drywall:12,5mm

Sem Isolante Rw 34 (Uma chapa de Drywall ambos lados)

Sem Isolante Rw 42 (Duas chapas de Drywall ambos lados)

Com Isolante Rw 43

(Owens Corning R1,22 50mm) (Uma chapa de Drywall ambos lados)

Com Isolante Rw 50 (Owens Corning R1,22 50mm)

(Duas chapas de Drywall ambos lados)




(Uma chapa de Drywall ambos lados)





Com Isolante Rw 44 (Owens Corning R1,83 70mm )




Rw: ndices de Reduo Sonora Ponderado Montantes:90mm, Drywall:15mm






Parede dupla 90mm montantes de madeira

Duas camadas de fibra de vidro

Owens Corning R1,94 89mm

Uma chapa de Drywall ambos lados

15mm de espessura

Espessura da parede=235mm

Rw=60dB

Parede dupla 90mm montantes de Ao

Duas camadas de fibra de vidro

Owens Corning R1,94 89mm

Duas chapas de Drywall ambos lados

15mm de espessura

Espessura da parede=265mm

Rw=69+ dB

Controle de Rudos

Outras consideraes de design

Caminhos Paralelos...............

Selagem de Permetros...

Portas

Janelas

Parte eltrica

Parte hidrulica

Dutos

Recomendaes para ajudar a reduzir a transmisso sonora


PORTAS: Em um corredor, no colocar uma porta na frente da outra.

Preferir portas que no sejam de correr.

Usar portas slidas.

Em piso de cermica ou tapetes, usar um capacho de proteo em portas externas.

PAREDES: Selar o permetro da parede.

Aplicar selante adesivo resistente na base dos 2 lados da parede.

Instalar telefones, campainhas, etc. em paredes interiores, no em paredes que separam reas sociais.

Pendurar prateleiras e quadros, isso aumenta a difuso do som em um ambiente.

Recomendaes para ajudar a reduzir a transmisso sonora


PISOS E FORROS: Selar frestas no contrapiso.

Instalar carpete grosso.

As aberturas dos encanamentos de gs e linhas eltricas devem estar seladas com selante adesivos.

JANELAS: Diminuir o tamanho das janelas frente a reas ruidosas.

Assegurar que as janelas mveis fechem bem.

As janelas de folha dupla e as cortinas ajudam a reduzir a transmisso sonora.

Os valores de Rw e STCs tratam o som de ambiente para ambiente.

A Qualidade do Som trata o som dentro do ambiente

Falamos do STC e Rw, agora vamos falar.. dos NRCs e

o Tempo de Reverberao

Objetivo.. Melhoria de qualidade de som no ambiente interno.

Qualidade de Som no

Ambiente Interno

Qualidade de Som No Ambiente Interno


Qualidade de Som Superfcies Duras

As ondas sonoras refletem em superfcies duras

Drywall

Concreto

Placas

Tijolos

Metal

Reflexo

Qualidade de Som Superfces Duras com materiais de alta absoro

As ondas sonoras perdem Energia na medida que

passam por materiais de alta absoro (soft)

Fibra de vidro

L Mineral

Espumas

Porosas

Absoro

Menor Reflexo

Qualidade do Som

O excesso de reflexes (reverberao) reduz a qualidade do som (mais eco e mais barulho)

Superfcie dura

Superfcie dura

Su

perf

cie

du

ra Su

perfc

ie d

ura

SACs e NRCs Os SACs ou Coeficientes de Absorao de Rudos so registrados em

diferentes frequncias (125, 250, 500, 1000, 2000, e 4000 Hz)

NRCs (Coeficiente de Reduo de Rudos) a mdia dos quatro SACs com frequncias 250, 500, 1000, e 2000 Hz.

O NRC expresso em um simples valor de porcentagem de 0.0 a 1.0 que uma frao da energia sonora absorvida pelo material.

(Referncia: ASTM C423).

Os valores NRC so importante nos clculos para baixar o nvel de rudo dentro de um ambiente por meio da absoro do rudo e reduo do tempo de reverberao (eco).... assim melhorar a qualidade de som dentro do ambiente.

Sala de de Reverberao (ASTM C423 ou ISO354)

Measurement of Sound Absorption in a Reverberation Room

Comparao dos NRCs de Materiais

Mrmore 0,00

Placa de Gypsum 0,05

Vidro 0,05

Piso de Madeira 0,10

Bloco de Concreto sim pintar 0,25

OC Serie 705 50mm com FSK 0,60


OC Serie 703 25mm Simples 0,70


OC Serie 703 50mm Simples 1,00

Consideramos que um material ABSORVENTE de sons quando o valor de NRC superior a 0,4.


Guias de Design da Qualidade do Som

As frequncias mais altas so

mais fceis de absorver do

que as mais baixas.

Cmara Anecica Quase no reverberao, Calibrao de equipo

Qualidade do Som Clculo da reduo do nvel sonoro, ASPL

GERAR SOLUES T

Onde: SAnovo= sabins de absoro depois do tratamento SAoriginal= sabins de absoro antes do tratamento

original

novo

SA

SAASPL log10

Clculo de sabins: Multiplicar os coeficientes de absoro sonora de todos os tipos diferentes de materiais de um ambiente a uma frequncia particular, pela rea de cobertura de cada material.

Qualidade do Som Tempo de Reverberao

Embora os tempos de reverberao excessivamente altos sejam indesejveis As palavras e sons se tornam mascarados pelas

reflexes

Os tempos de reverberao baixos demais tambm so indesejveis As primeiros reflexes podem ajudar a reforar a

claridade

As reflexes de alcance mdio podem ajudar a reforar a sensao de espao


O tempo de reverberao RT60 timo depende de:

Tamanho do ambiente/sala Ambientes menores tempos de reverberao menores

Uso do ambiente e valores de RT60 Ginsio (1,2 a 1,6)

Msica sinfnica (1,1 a 1,5+)

Restaurante (0,8 a 1,2)

Area publica (0,5 a 1,0)

Sala de reunio (0,6 a 0,8)

Sala de aula (0,4 a 0,6)

Estudio de gravao (0,0 a 0,3)

Tempos de

reverberao

Mais alto

Mais baixo


Para a maioria das aplicaes gerais, o tempo de reverberao em um ambiente deve ser determinado acordo de tipo de ambiente, com a finalidade de evitar ecos que interfiram na clareza da voz e incrementam barulho.

Utiliza-se um analisador de tempo real para medir o tempo de reverberao ou o tempo em segundos que um som leva para diminuir 60 dB. A equao para o tempo de reverberao .

Onde: RT60 o tempo de reverberao, s Volume o volume do ambiente em m

SA o valor de sabins do ambiente em m

SA

xVolumeRT

16.060

QUALIDADE DE SOM

EXEMPLO #1

SALA DE REUNIO TEMPO DE REVERBERAO

E DIMINUIO DE SOM

Exemplo-Sala de Reunio (Sem Tratamento)

O tempo do reverberao (RT60) ser muito alto e fora de especificao para uma sala de reunies.

A qualidade de som ser ruin com problemas de eco e barulho excessivo.

Sala: 5m x 8m x 3m

Porta: 800mm x 2100mm

Janela: 1100mm x 1100mm

Volume: 120m

Tempo do Reverberao = RT60 RT60 = (0,16 s/m) * (Volume m) / Se

RT60 = (0,16 s/m) * (120m) / (6.04m)

RT60 = 3,2 sec

Sala de Reunio:Especificao do RT60 0,4 > RT60 < 0,6

Exemplo-Sala de Reunio (Tratamento-Cortinas + Carpete)

O tempo do reverberao (RT60) ser melhor mas fora de especificao para uma sala de reunies.

A melhora de qualidade de som ser perceptvel e significativo mas segue com algunos problemas de eco e barulho excessivo.

Sala: 5m x 8m x 3m



Volume: 120m

Tempo do Reverberao = RT60 RT60 = 1,0 sec

Diminuio de Som indesejvel

10Log (SBnovo/SBoriginal)

10Log (18,51/6,04)

4,86dB

Exemplo-Sala de Reunio (Tratamento-Cortinas + Carpete + 703 na Parede)

O tempo do reverberao (RT60) atende a especificao. A qualidade de som ser excellente e sem problemas de eco e barulho excessivo.

importante dizer que neste simples exemplo no consideramos a presena de pessoas, mveis, etc., que tambm podem baixar o tempo de reverberao.

Sala: 5m x 8m x 3m



Volume: 120m

Tempo do Reverberao = RT60 RT60 = 0,5 sec

Diminuio de Som indesejvel

10Log (SBnovo/SBoriginal)

10Log (41,31/6,04)

8,35dB

QUALIDADE DE SOM

EXEMPLO #2

OBSERVADOR SEM E COM TRATAMENTO ACSTICO

DIMINUIO DE SOM

Exemplo-Observador Sem e Com Tratamento Acstico

dB Observador =10*LOG(10^(S1/10)+10^(S2/10)+10^(S3/10)+10^(S4/10)+10^(S5/10)) Onde S1=84,0 dB, S2=83,5 dB, S3=83,5 dB, S4=82,5 dB, e S5=82,5 dB

dB Observador =90,2 dB

Se usamos um tratamento acstico na superfice e o valor de NRC (abs Coef) =0,95

dB Observador =84,4 dB

Mudana de Som por absoro

=10log(1/1-abs)

= 10 log (1/1-0.1)

= 0,5 db

Ento ...

84,0-0,5=83,5 dB

83,5-0,5=83,0 dB

83,0-0,5=82,5 dB

Etc. Etc..Etc..

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