AVALIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CONFORTO ACÚSTICO EM SALAS DE AULA: ESTUDO DE CASO EM ESCOLA PÚBLICA DO MUNICÍPIO

DE TUCURUÍ

BRITO, Laís Mota1; FERREIRA, Thiago da Silva1; BRAGA, Danilo de Souza2; SOUSA, Walter dos Santos1; JESUS, Keliene Maria Sousa1; SETUBAL, Fabio Antonio do

Nascimento1;

(1) Universidade Federal de Pará. Grupo de Vibrações e Acústica, ITEC, Campus Tucuruí, PA; (2) Universidade Federal de Pará. Grupo de Vibrações e Acústica, ITEC, Campus Belém, PA.

RESUMO

A poluição sonora nas regiões urbanas é cada vez mais expressiva. Fontes diversas e, principalmente, aquelas provenientes do tráfego de veículos automotores, são causadoras de níveis de ruído elevados. As edificações, de forma generalizada, são construídas sem oferecer adequado conforto acústico, e no caso específico de edificações escolares, esse item é pouco considerado por arquitetos e engenheiros no projeto, apesar da fundamental importância em função do tipo de atividade desenvolvida nesses ambientes. Em função do exposto, este trabalho propõe uma contribuição para a área de educação, através da avaliação acústica de salas de aula no município de Tucuruí. Trata-se de um estudo de caso pioneiro na região sudeste do Pará sendo analisado com base na avaliação da inteligibilidade da fala por meio da medição do nível de pressão sonora, analítica – a partir da estimativa do tempo de reverberação, freqüências características e densidade modal, e por fim com base na avaliação numérica obtendo valores do índice de transmissibilidade da fala, tempo de reverberação e nível de pressão sonora para condições sem ruído de fundo. Após a obtenção dos resultados, os dados obtidos foram comparados a valores recomendados por normas nacionais e internacionais, sendo posteriormente apresentadas algumas sugestões para a redução do nível de ruído intrusivo.

ABSTRACT

Noise pollution in urban areas is increasingly significant. There are various sources, and especially those from motor vehicle traffic, are causing high noise levels. The building, across the board, are built without providing adequate acoustic comfort, and in the case of school buildings, this item is considered by some architects and engineer son the project, despite the fundamental importance depending on the type of activity performed in these environments. In view of this, this paper proposes a contribution to the field of education by the acoustic of classrooms in the city of Tucuruí. This is a pioneering case study in southeastern Pará being assessed based on the evaluation of speech intelligibility by measuring the sound pressure level, analytical - the estimation of reverberation time, characteristic frequencies and modal density , and finally based on the numerical evaluation of the obtained values of the speech transmission index, reverberation time and sound pressure level for conditions without background noise. After obtaining the results, the data obtained were compared with values recommended by national and international standards, and subsequently presented some suggestions for reducing the noise intrusive.

Palavras-chave:Acústica. Salas de Aula. Ruído. Inteligibilidade da fala. Análise numérica.

1. INTRODUÇÃO À medida que a sociedade evolui e se moderniza os problemas relacionados ao ambiente também vão se modificando (MURTA et al2004), os grandes centros urbanos trazem a emissão do ruído como mais uma forma de poluição, como aborda Zannin et al (2003) em seus estudos. Um ambiente ruidoso dá lugar à fadiga, perda de concentração, nervosismo, reações de estresse, ansiedade, falta de memória, baixa produtividade, cansaço, irritação, problemas com as relações humanas, dificuldade na aprendizagem, etc. (WHO,1999). No âmbito escolar o nível de ruído influencia diretamente na percepção do aluno, tornando-se, assim, um fator determinante na concepção de salas de aula, pois ruídos excessivos podem causar danos à saúde de alunos e professores. Por outro lado, salas com bom desempenho acústico são ambientes propícios à aprendizagem e concentração. No projeto arquitetônico de escolas, um dos principais aspectos a ser considerado é o desempenho acústico de salas de aula, pois esse espaço é destinado à realização de tarefas que exigem um alto nível de concentração (LORO, 2003). Os componentes de ruídos aos quais os alunos estão expostos nas salas englobam tanto os ruídos gerados no meio externo, como também os produzidos pelos professores e alunos (KARABIBER e VALLET, 2003). O não tratamento acústico dos ambientes escolares provoca a dificuldade de comunicação entre o professor e o aluno e a falta de privacidade entre classes. Para se garantir uma boa inteligibilidade entre alunos e professores requer-se que certos padrões acústicos estejam ajustados. Dentre eles podem ser citados: “o nível de ruído de fundo, o tempo de reverberação, o tempo de decaimento inicial, o som direto, a fração de energia inicial/final e a relação entre Sinal e Ruído” (BRADLEY, 2002). Esses parâmetros basicamente são influenciados pela localização da fonte sonora em relação à sala de aula, pelas propriedades físicas dos materiais empregados nas divisórias, pela geometria interna do ambiente e pelos materiais de revestimento e suas características (LOSSO et al 2003). Portanto este trabalho tem por finalidade avaliar a qualidade acústica e os níveis de ruído de salas de aula de uma escola pública da cidade de Tucuruí-Pa, visando propor soluções de conforto acústico para a melhoria do processo de ensino-aprendizagem. 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1. Nível de pressão sonora O som percebido pelo ouvido humano é caracterizado pelo nível de pressão sonora (NPS ou Lp), expresso em dB. O nível de pressão sonora é calculado através da equação

��� = 20�� ���

[Eq. 01]

Onde p é a pressão sonora do meio medido em Pa e p0 é a pressão sonora de referência (p0= 2x10-5Pa, chamado de limiar de audibilidade). 2.2. Ruído de fundo O método mais utilizado para avaliar o ruído de fundo de um ambiente é o método NC (NoiseCriteria), curvas de avaliação de ruído. Cada curva NC é definida por um valor de NPS (Nível de Pressão Sonora) para cada faixa de freqüência.

Figura 1:Pontos de medições de NPS externo

Fonte: NBR-10152/87

2.3. Tempo de reverberação (TR) O tempo de reverberação é definido como o intervalo de tempo necessário para o som decair em 60 dB a partir do seu nível inicial. Há mais de 100 anos, o físico Wallace Clement Sabine desenvolveu a primeira equação para o tempo de reverberação, a qual recebeu o seu sobrenome. A equação de Sabine é dada por:

��(60) = 0,161 ��

[Eq. 02]

Onde V é o volume da sala (m³) e A é área de absorção sonora (m²-sabine). Eyring verificou uma restrição na equação de Sabine, que consiste no fato de que, quando o αsab = 1, ou seja, a absorção do ambiente é total, o TR não é nulo, e propôs a seguinte expressão para o TR (BISTAFA e BRADLEY, 2000):

�� = 0,16�−� ∙ ln(1 − �)

[Eq. 03]

Onde S é área total das superfícies (m²)e �é a media dos coeficientes de absorção. 2.4. Inteligibilidade da fala A inteligibilidade de fala é definida como a relação entre palavras faladas e palavras entendidas expressa em porcentagem. Podendo, então, ser expressa matematicamente em função do valor de %ALCons (percentual de perda de articulação de consoantes),a partir do conhecimento do tempo de reverberação TR e da diferença entre os níveis de pressão sonora de campo direto LD e de campo reverberante LR, assim temos

�� − �� = 10�� ∙ �! − 17

[Eq. 04]

Onde Qé o fator diretividade e da fonte e R é a constante da sala (m2) e r é a distancia do ponto considerado à fonte sonora (m).

3. RESULTADOS E ANÁLISE Os resultados e análise dos parâmetros acústicos, de cada sala de aula estudada, foram obtidos de forma experimental, analítica e numérica. As avaliações foram realizadas a partir da comparação dos resultados com os valores recomendados por Normas Brasileiras e na ausência dessas, pelas Normas Internacionais.

3.1. Análise experimental A norma NBR 10152/87 recomenda para salas de aula a faixa de valores de nível de pressão sonora em dB(A) entre 40 a 50 dB(A).As medições do NPS foram realizadas em cinco pontos diferentes em cada sala de aula, de forma que encontram-se dentro da recomendação da norma NBR 10152/87 que estabelece o mínimo de 3 pontos. As avaliações foram realizadas a partir de medições dos níveis de pressão sonoros equivalentes, nos turnos manhã e tarde, nas ruas que circundam a escola em questão, num total de 02 medições, conforme aFigura 2, com duração de 15 minutos cada uma. Onde as medições foram efetuadas em pontos afastados aproximadamente 1,2 m do piso e 2 m do limite da escola e de outras superfícies refletoras, como muros e paredes, foram feitas com ausência de fontes sonoras atípicas, tais como chuva e vento forte.

Figura 2: Pontos de medições de NPS externo. Figura 3: Esquema de Medição para Quantificação da Fonte: Autoria própria. Relação Sinal/Ruído. Fonte: Autoria própria. Em conformidade com a Norma Brasileira NBR-10.151/00 as medições nos ambientes internos foram efetuadas a uma distância de no mínimo 1 m de quaisquer superfícies, como paredes, teto, pisos e móveis. Foram medidos cinco pontos distintos em cada sala, a saber: 04 (quatro) posicionados nos cantos da sala de aula e 01 (um) no centro. Cada ponto teve o tempo de medição de 3 minutos, momento em que era atingida a estabilização da leitura.As medições dos níveis de pressão sonora foram realizadas nas salas de aula 01, 04, e 08 em duas situações: Salas ocupadas com os ventiladores ligados esalas desocupadas com os ventiladores desligados. A determinação da relação entre Sinal e Ruído para cada sala de aula foi feita a partir da medição do nível de pressão sonora, com janela aberta e ventiladores ligados, tendo por objetivo estabelecer a contribuição da voz do professor em condições normais de ditado de aula, com o medidor a uma distância de 1 m do professor e 1,10 m do piso, conforme mostrado na Figura 3. Os valores de nível de pressão sonora obtidos foram para os pontos P1 = 71, 9 dB(A) Ponto P2 = 69,3 dB(A). Nas Tabelas 1 e 2 são apresentados os dados obtidos em cada ponto de medição e permite verificar que as 04 salas de aula da escola em estudo não atendem aos limites estabelecidos na Norma NBR 10152-87 para salas de aula, ou seja, 40 dB(A) e 50 dB(A), respectivamente. Tabela 1: Resultado das medições dos NPS Tabela 2: Resultado das medições dos NPS em dB(A) por pontos (Leq). em dB(A) por pontos (Leqmáx).

Fonte: Autoria própria. Fonte: Autoria própria. Os resultados com os valores de ruído de fundo podem ser observados nas Figuras 4(a) e 4(b).

Figura 4:(a)Níveis de Ruído de Fundo Equivalente para as Quatro Salas; (b) Níveis de Ruído de Fundo Equivalente

Máximo para as Quatro Salas. Fonte: Autoria própria.

Uma vez que o medidor de nível de pressão sonora usado permite a determinação do espectro sonoro, foi possível a obtenção do espectro sonoro em banda de oitava para cada um dos cinco pontos de medição localizados em cada uma das salas de aula, onde são mostrados os espectros das salas 01 e 08, conforme mostrado nas Figuras 5 (a) e 5 (b).

Figura 5:(a)Espectro em Banda de Oitava para a Sala 01; (b) Espectro em Banda de Oitava para a Sala 08.

Fonte: Autoria própria. De acordo com a norma NBR 10152/1987 o nível para conforto acústico de ambiente deverá ser analisado de acordo com o nível de pressão sonora medido em dB(A) ou pela classificação das curvas NC. Os níveis medidos representam o ruído de fundo do ambiente. O intervalo de valores para ruído de fundo recomendados pela NBR 10152 em salas de aula segundo a classificação do NC varia entre 35 a 45. Assim são mostradosna Figura 6 (a) e (b) as curvas NC das salas 01 e 08 comparando os resultados com as curvas NC padrão.

Figura 6:(a)Espectro em Banda de Oitava para a Sala 01; (b) Espectro em Banda de Oitava para a Sala 08.

Fonte: Autoria própria. 3.2. Análise analítica A seguir são apresentados os resultados e análise dos parâmetros acústicos obtidos analiticamente. Selecionou-se a sala 05 e 08 para avaliação por amostragem por apresentarem o

(b) (a)

(a) (b)

(a) (b)

menor e o maior nível de pressão sonora, respectivamente. Foram avaliados os parâmetros: tempo de reverberação (TR), modos e densidade modal. 3.2.1.Tempo de reverberação O tempo de reverberação de uma sala depende do volume e da absorção dos materiais de revestimento das suas superfícies. Nas salas de aula avaliadas os materiais utilizados são bem semelhantes, tanto no que se refere aos materiais de acabamento quanto o mobiliário da sala. Os volumes das salas 05 e 08 são 164,75 m3 e 269,67 m3, respectivamente. Utilizando a norma internacional ANSI S12.60 (2002) que estabelece valores de tempo de reverberação para salas de aula de 4 a 6s para salas com volume menores que 283,00 m³ monta-se a Tabela3 apresenta os valores dos tempos de reverberação calculados para as salas de aula em função da freqüência, com destaque para o TR na freqüência de 500 Hz.

Tabela 3: Dimensão das embarcações.

Fonte: Autoria própria.

Figura 7:Gráfico Tempo de Reverberação para as Salas 05 e 08.

Fonte: Autoria própria. 3.2.2.Freqüência característica e densidade modal Conforme análise das Figuras 8(a) e 8(b) verificou-se que a região de frequência que mais apresenta problemas (picos de ganho) é a região das baixas frequências, sendo a sala 08, a que apresentou mais desconformidade comparada à sala 05, devido possuir o comprimento e largura mais próximos. Assim, para garantir uma audibilidade adequada em uma sala de audição crítica, é necessária uma resposta em frequência a mais próxima possível da ideal (plana).

Figura 8:(a)Frequências características e densidade modal – Sala 05; (b)Frequências características e densidade

modal – Sala 08. Fonte: Autoria própria.

(a) (b)

3.3. Análise numérica As salas 05 e 08 foram representada por modelos geométricos, criados na plataforma CAD (Fig. 9), e convertidos para o formato (.dxf) para possibilitar a importação para o software Odeon. Para cada superfície foi atribuído um valor de coeficiente de absorção sonora. A potência sonora e o tipo de fonte também foram inseridos no modelo, para que a representação do ambiente real, através do modelo numérico, seja a mais semelhante possível.

Figura 9:Modelos geométricosdas Salas 05 e 08 exportados para o Odeon.

Fonte: Autoria própria. Os materiais e coeficientes de absorção sonora das superfícies das salas 05 e 08 foram extraídos de uma biblioteca de materiais que o programa fornece. 3.3.1. Índice de Inteligibilidade da fala (STI) Na Figura 10e 11são mostrados os valores de STI, para a salas05 e 08, em relação a distância do receptor à fonte.

Figura 10:Pontos de medições de NPS externo. Figura 11: Esquema de Medição para Fonte: Autoria própria. Quantificação da Relação Sinal/Ruído. Fonte: Autoria própria. 3.3.2. Tempo de Reverberação (TR30) Na Tabela 4 são apresentados os valores do tempo de reverberação obtidos numericamente.

Tabela 4 – Tempo de Reverberação para sala 05e 08 (numérico). SALA 05

Frequências (Hz) TR30 (s) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Média

1,51 1,5 1,53 1,44 1,45 1,4 1,15 1,75 1,47 SALA 08

Frequências (Hz) TR30 (s) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Média

1,28 1,27 1,33 1,47 1,45 1,42 1,15 0,73 1,26 Fonte: Autoria própria. 3.3.3.Nível de pressão sonora Na Tabela 5 são apresentados os valores de NPS obtidos de forma numérica.

Tabela 5 – NPS dB(A) (numérico) SALA 05

Nível de pressão sonora em dB(A) P1 P2 P3 P4 P5 Média

56,6 56,6 57,2 57,4 61,1 57,78

SALA 05 Nível de pressão sonora em dB(A)

P1 P2 P3 P4 P5 Média 53,4 52,7 53,4 54,0 57,3 57,8

Fonte: Autoria própria. 4. CONCLUSÕES Os resultados para as salas 04, 05 e 08 mostram que os valores de NPS estão elevados, conseqüência de sua localização, já que se encontram aproximadamente a 3 metros de uma importante avenida com grande fluxo de tráfego, dela separada apenas por um muro. Ainda, no entorno próximo existe sinais de trânsito, comércio, além de linhas de ônibus que trafegam em frente e à rua adjacente a escola, o que pode agravar a situação, já que ruídos de frenagens e acelerações de ônibus influenciam fortemente no ruído de fundo. Na seção 3.2 observa-se que para as salas de aula avaliadas os valores de tempo de reverberação calculados não atendem as recomendações estabelecidas pela norma internacional ANSI S12.60 (2002). Isso evidencia que as salas estão acusticamente deficientes em relação ao tempo de reverberação.Outrossim, observando os resultados apresentados na Figura 7, verifica-se que o TR nas salas de aula possui valores mais elevados nas freqüências menores e decai com o aumento da freqüência, isso acontece porque o número de modos excitados é pequeno (em decorrência dos volumes relativamente pequenos das salas) e a absorção é pequena em baixa freqüência, conseqüentemente têm-se tempos de reverberação maiores em baixas freqüências. Observa-se que os resultados numéricos dos níveis de pressão sonora tanto para a sala 05 quanto para a sala 08 estão acima tanto da recomendação da Norma NBR 10152 (40-50 dB(A)) quanto da norma internacional ANSI S12.60 (35-40 dB(A)). O maior valor está no ponto P5, o que já era esperado, pois é o ponto mais próximo da fonte (voz do professor). REFERÊNCIAS

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2. Bradley, J. S (2002). Optimising sound quality for classrooms. In: XX Encontro da SOBRAC, II Simpósio Brasileiro de Metrologia em Acústica e Vibrações – SIBRAMA, Rio de Janeiro.

3. Loro, C. L. P (2003). Avaliação acústica de salas de aula – Estudo de caso em salas de aula Padrão 023 da rede pública. Dissertation (Master's), Universidade Federal do Paraná, Curitiba.

4. Losso, M. A.; Viveiro, E. B.; Figueiredo, T (2003). Avaliação físico-construtiva de escolas estaduais catarinenses visando o conforto acústico. In: ENCAC – Encontro Nacional Sobre Conforto Do Ambiente Construído, 7; Conferência Latino-Americana Sobre Conforto E Desempenho Energético De Edificações, 3, 2003, Curitiba. Anais. Santa catarina: UFSC. p. 463-470.

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7. Zannin, P.H.T; Szeremetta, B (2003) . Avaliação da poluição sonora no parque Jardim Botânico de Curitiba, Paraná, Brasil. Cad. Saúde Pública, Rio de Janeiro, v. 19, n. 2, abr.