A Acústica no Interior de Ambientes

A Acústica no Interior de Ambientes

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Acústica e

Ruídos

Capítulo 7

A Acústica no Interior de Ambientes

O projeto acústico de ambientes é um dos maiores desafios enfrentados por Arquitetos e Engenheiros Civis. Isto em razão da rara literatura em língua portuguesa e do enfoque pouco prático das publicações estrangeiras. A Acústica Arquitetônica, como é designada essa área da acústica, preocupa-se, especificamente, com dois aspectos:

« Isolamento contra o ruído: duas são as situações onde deve ocorrer o isola-mento contra o ruído:

 o ambiente interno deve ser isolado dos ruídos externos e dos ruídos produzidos no próprio interior (por exemplo teatros, salas de aulas, igrejas, bibliotecas, etc.);

 deseja-se que o ruído interno não perturbe os moradores próximos (por exemplo boates, clubes, salões de festas, etc.).

« Controle dos sons no interior do recinto : nos locais onde é importante uma comunicação sonora, o projeto acústico deve propiciar uma distribuição homogênea do som, preservando a inteligibilidade da comunicação e evitando problemas acústicos comuns, como ecos, ressonâncias, reverberação excessiva, etc.

1. - Isolamento Contra o Ruído

Inicia-se o projeto do isolamento de um ambiente ao ruído obtendo-se dois parâmetros essenciais :

 o nível de ruído externo [Lex]

 o nível de ruído interno [Lin].

Para o caso de isolamento contra ruídos externos (projeto de uma ambiente silencioso), o Lex é obtido pela medição do ruído externo ao recinto (normalmente toma-se o valor máximo, ou o nível equivalente Leq), e o Lin é fixado pelos dados da NBR 10.152, que estabelece os valores máximos de ruído para locais. Quando pretende-se que o ruído gerado no interior do ambiente seja isolado do exterior, o Lex é determinado pelo máximo nível de ruído permitido para aquela região da cidade (fixado em leis municipais, ou pela Norma NBR 10.151) e o Lin é obtido pelo máximo de som que se pretende gerar no interior do recinto.

O isolamento mínimo necessário para o ambiente será :

ISOL = Lex – Lin ou ISOL = Lin – Lex

conforme o caso.

Esse isolamento deve prevalecer em todas as superfícies que compõem o ambiente : paredes, laje do teto, laje do piso, portas, janelas, visores, sistema de ventilação, etc. A atenuação de alguns materiais foram apresentadas na Tabela 3.5. A Tabela 7.1 complementa estes dados.

Deve-se lembrar que quanto maior a densidade (peso por área) do obstáculo ao som, maior será o isolamento. Assim, as paredes de tijolos maciços ou de concreto e de grande espessura apresentam as maiores atenuações; as paredes de tijolos vazados atenuam menos; as lajes maciças de concreto atenuam mais que as lajes de tijolos vazados.

Outro fenômeno importante é o do aumento da espessura : ao se dobrar a espessura de um obstáculo, a atenuação não dobra; mas se colocar-se dois obstáculos idênticos o isolamento será dobrado. Desta forma, usa-se portas com 2 chapas de madeira, ou janelas com 2 vidros separados em mais de 20 cm.

Tabela 7.1 - Isolamento acústico de algumas superfícies

Material

Atenuação

(PT)

Parede de tijolo maciço com 45 cm de espessura

55 dB

Parede de 1 tijolo de espessura de 23 cm

50 dB

Parede de meio tijolo de espessura com 12 cm e rebocado

45 dB

Parede de concreto de 8 cm de espessura

40 dB

Parede de tijolo vazado de 6 cm de espessura e rebocado

35 dB

Porta de madeira maciça dupla com 5 cm cada folha

45 dB

Janela de vidro duplos de 3 mm cada separados 20 cm

45 dB

Janela com placas de vidro de 6 mm de espessura

30 dB

Porta de madeira maciça de 5 cm de espessura

30 dB

Janela simples com placas de vidro de 3 mm de espessura

20 dB

Porta comum sem vedação no batente

15 dB

Laje de concreto rebocada com 18 cm de espessura

50 dB

O mecanismo de transmissão de som através de paredes planas exige modelos matemáticos muito complexos. Uma forma simples para o cálculo da atenuação [chamado de Perda na Transmissão ‘PT’] é o “Método do Patamar”:

1 – Calcula-se PT da parede em 500 Hz usando a equação abaixo, e traça-se uma linha com inclinação de 6 dB/oitava (ver linha ‘1’ da figura 7.1).

PT = 20 log [M.f] – 47,4

onde f é a freqüência (fixaremos em 500 Hz) e M é a ‘densidade de área’ dada pela Tabela 7.2.

2 – Obtém-se a altura do patamar (Tabela 7.2), e a ‘freqüência inferior [fi]’ na interseção do patamar (linha 2) com a linha 1 (ver Figura 7.1).

3 – A ‘freqüência superior [fs]’ é dada pela equação:

fs = fi . Lp

onde Lp é a largura do patamar dado na Tabela 7.2.

4 – Acima da ‘freqüência superior’ traça-se uma linha com inclinação de 10 a 18 dB/oitava (linha 3).

Tabela 7.2 – Dados de alguns materiais

Material

Densidade de área

[Kg/m2 por cm de espessura]

Altura do Patamar

[dB]

Largura do Patamar

[Lp]

Alumínio

26,6

29

11

Concreto

22,8

38

4,5

Vidro

24,7

27

10

Chumbo

112

56

4

Aço

76

40

11

Tijolo

21

37

4,5

Madeira

5,7

19

6,5

Como exemplo, vamos calcular qual seria o isolamento (PT) oferecido por uma lâmina de vidro de 10 mm de espessura.

1 – Cálculo da Perda na Transmissão para 500 Hz (M = 24,7 kg/m2 e f = 500 Hz):

PT = 20 log [24,7 . 500] – 47,4 PT = 34,4 dB (linha 1)

2 – Altura do patamar (Tabela 7.2) = 27 dB (linha 2); do gráfico fi = 250 Hz

3 – Cálculo da freqüência superior : Fs = 250 . 10 fs = 2500 Hz.

4 – Linha com inclinação de 10 a 12 db/oitava (linha 3).

P T

[dB]

70

60

50

Linha 3

40

30

Linha 2

Linha 1

Freq.

20

62

125

250

500

1000

2000

4000

8000

[Hz]

Figura 7.1: Perda de Transmissão (PT) em uma lâmina de vidro de 10mm de espessura.

Para de ter uma idéia do isolamento acústico, a Tabela 7.3 mostra as condições de audibilidade da voz através de uma parede, importante para escritórios e salas de reuniões.

Nenhum isolamento a sons externos teria valor se existirem fontes de ruído internas ao ambiente. Assim, todos os pontos geradores de ruído, no interior do ambiente, devem ser isolados. O caso mais comum ocorre com os sistemas de ventilação e ar condicionado : os compressores e as hélices usadas nesses sistemas são grandes geradores de ruído. A solução é a instalação do módulo refrigerador de ar distante do difusor de entrada do ar no ambiente, interligados por dutos isolados termicamente, onde estariam instalados vários labirintos com amortecimento acústico.

Tabela 7.3 - Condições de audibilidade através de uma parede

Amortecimento do som através de uma parede

Condições de

Audibilidade

Conclusão

30 dB ou menos

A voz normal pode ser compreendida com facilidade e de modo distinto.

Pobre

de 30 a 35 dB

O som da voz é percebido fracamente. A conversa pode ser ouvida mas não nitidamente compreendida.

Suave

de 30 a 40 dB

O som da voz pode ser ouvido mas não compreendidas as palavras com facilidade. A voz normal só será ouvida debilmente e às vezes não.

Bom

de 40 a 45 dB

O som da voz pode ser ouvido fracamente sem, no entanto ser compreendido. A conversação normal não é audível.

Muito bom. Recomendado para paredes de edifícios de apartamentos.

45 dB ou mais

Sons muito fortes como o canto, instrumentos de sopro, rádio tocando muito alto podem ser ouvidos fracamente e às vezes não.

Excelente. Recomendado para estúdios de rádio, auditórios e indústrias.

Como regra geral, todas as junções como batentes de portas e janelas, moldura de visores, difusores de ventilação, devem ser amortecidos com material isolante acústico. As portas devem ter dobradiças especiais, com batente duplo revestido com material isolante.

No projeto de isolamento acústico deve-se ter atenção também ao isolamento estrutural : trata-se das vibrações que percorrem a estrutura do prédio, fazendo as paredes vibrarem e gerando o ruído no interior do ambiente.

2. - Controle dos sons no interior do ambiente

Basicamente, o som no interior de um recinto deve ter as seguintes características :

l Distribuição homogênea do som - O som deve chegar a todos os pontos do ambiente com o mesmo (ou quase) nível sonoro. Por exemplo, para uma igreja ou um teatro, as pessoas posicionadas próximas a fonte sonora, bem como as pessoas no fundo do recinto, devem escutar com níveis próximos. Quando o ambiente é muito grande, ou a acústica é deficiente, deve-se recorrer à amplificação do som. Neste caso o projeto acústico se altera, incorporando outros aspectos. Deve-se lembrar que o som sem amplificação torna o ambiente mais natural, devendo sempre ter prioridade (os teatros gregos comportavam milhares de pessoas com boa audibilidade).

l Boa relação sinal/ruído - O som gerado no interior do recinto deve permanecer com níveis acima do ruído de fundo. Daí a importância do isolamento do ambiente ao ruído externo. Embora existam muitos fatores envolvidos, pode-se afirmar que a permanência dos níveis de som em 10 dB acima do nível de ruído, assegura uma boa inteligibilidade sonora aos ouvintes. Novamente pode-se recorrer a amplificação sonora para solucionar os casos problemáticos.

l Reverberação adequada - Quando uma onda sonora se propaga no ar, ao encontrar uma barreira (uma parede dura, por exemplo), ela se reflete, como a luz em um espelho, gerando uma onda sonora refletida. Num ambiente fechado ocorrem muitas reflexões do som, fazendo com que os ouvintes escutem o som direto da fonte e os vários sons refletidos. Isso causa um prolongamento no tempo de duração do som, dificultando a inteligibilidade da linguagem. A esse fenômeno, muito comum em grandes igrejas, chama-se reverberação. Existem algumas soluções para se diminuir a reverberação:

à fazer um projeto arquitetônico que evite as reflexões do som;

à revestir as superfícies do recinto com material absorvente acústico (essa solução deve ser encarada com cuidado por 3 razões: o material não absorve igualmente todas as freqüências - principalmente materiais de pequena espessura como a cortiça - causando distorções no som; não se pode aplicar esses materiais em qualquer recinto; o alto custo do revestimento).

à Dirigir a absorção sonora apenas para algumas direções da propagação;

à Usar o público - o corpo humano é um ótimo absorvente acústico - como elemento acústico.

A Norma Brasileira NB-101 estabelece as bases fundamentais para a execução de tratamentos acústicos em recintos fechados. A Figura 7.2 mostra os tempos ótimos de reverberação para diversos ambientes.

l Campo acústico uniforme - O som em um ambiente deve ter apenas um sentido de propagação. Assim, os ouvintes devem sentir a sensação do som vindo da fonte sonora. Paredes laterais com muita reflexão, ou caixas acústicas nessas paredes, causam estranheza às pessoas que observam a fonte sonora à frente e ouvem o som das laterais. Isso é comum ocorrer em igrejas. O campo sonoro se torna caótico na existência de ondas sonoras contrárias à propagação normal do som (do fundo para a frente), normalmente causadas por caixas acústicas colocadas no fundo do ambiente ou por uma superfície com muita reflexão : a inteligibilidade se torna nula.

Embora a acústica do ambiente dependa de inúmeros parâmetros, todos eles podem ser resumidos em um único, que expressa a qualidade acústica do local : a inteligibilidade, que pode ser definida como a porcentagem de sons que um ouvinte consegue entender no ambiente. Recentes estudos mostram que a inteligibilidade depende, basicamente, do nível de ruído interno e do campo acústico do ambiente.

Finalmente, recomenda-se que a preocupação com a acústica de um ambiente deva existir desde o início do projeto, possibilitando uma análise mais ampla e de forma coerente e econômica. As tentativas de se corrigir a acústica de ambientes já construídos, normalmente recaem em soluções pouco eficazes e muito onerosas.

Figura 7.2 – Tempos de reverberação ótimos para recintos (NB 101)

3. – Cálculo do Tempo de Reverberação de Ambientes

Quando necessita-se projetar um ambiente com um tempo de reverberação determinado, pode-se recorrer a alguns estudos teóricos sobre o assunto. São três os modelos matemáticos usados para se prever o tempo de reverberação de um ambiente.

Modelo de Sabine –

onde:

V = volume do ambiente em m3

Si = superfície de cada parede em m2

ai= coeficientes de absorção de cada parede

T = tempo de reverberação em segundos.

Modelo de Eyring –

onde:

S = área total das paredes do ambiente

Modelo de Millington –

Comparação entre os três modelos

Deve-se usar o modelo de Sabine quando:

  • o coeficiente médio de absorção seja alto (acima de 0,25);

  • os materiais absorventes estejam distribuídos uniformemente;

  • os coeficientes de absorção não são precisos;

  • não se exige grande precisão nos cálculos.

Deve-se usar o modelo de Eyring quando:

  • os materiais absorventes estejam distribuídos uniformemente;

  • se conhece com exatidão os coeficientes de absorção;

  • se exige cálculo preciso do tempo de reverberação.

Deve-se usar o modelo de Millington quando:

  • não há uniformidade na distribuição dos materiais absorventes;

  • as superfícies não são grandes;

  • nenhuma superfície tenha grande absorção;

  • se conhece com exatidão os coeficientes de absorção;

  • se exige cálculo preciso do tempo de reverberação.

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