acústica em reabilitação de...
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Conceitos BConceitos Báásicossicos
AcAcúústica em Reabilitastica em Reabilitaçção de ão de EdifEdifíícios cios -- PPóóss--GraduaGraduaçção em ão em
ReabilitaReabilitaçção 2009ão 2009--20102010
Diogo Mateus
Acústica em Reabilitação de EdifíciosParte 1 - Conceitos Básicos
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AcAcúústica em Reabilitastica em Reabilitaçção de ão de EdifEdifíícios cios -- PPóóss--GraduaGraduaçção em ão em
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Diogo Mateus
1 - Condicionamento acústico interior
Acústica de edifícios / Áreas de Estudo2 - Isolamento sonoro
3 - Tratamento de ruído e/ou Vibrações de equipamentos
Sons aéreos Sons de percussão
4 - Propagação sonora para o exterior e/ou do exterior
De fachada
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Diogo Mateus
Conceitos Básicos• Som Ruído (“O som que ninguém quer”)
. Depende do tipo de som
. Depende das capacidades receptivas doouvido humano
• Natureza do Som / Ruído-Ruído mecânico (vibrações)
-Ruído de rolamento (pneu / piso ou roda / carris)
-Ruído aéreo
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Efeitos do ruído no ser humano
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Impacte ambiental do ruído
• Uma das principais causas de reclamações sobre ambienteOrigem das reclamações:
- Falta de isolamento sonoro em edifícios de habitação;
- Ruído de actividades industriais, comerciais e de serviços
• A nível mundial- Ruído de tráfego é maior fonte de ruído ambiental
- Tráfego rodoviário (15% da população mundial exposta a mais de 65 dB(A))- Tráfego aéreo (0.5% da população mundial exposta a mais de 65 dB(A))
• Na Europa- 20% da população sujeita a níveis sonoros elevados com perturbação do sono- 40% da população habita em áreas onde os níveis sonoros causam incómodos em período diurno- Custos ambientais/Sociais entre 0.2 % a 2% do PIB
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Som / Ruído - variação de pressão produzida por uma fonte sonora, transmitida por ummeio de propagação e detectada pelo ouvido.
Meio de
transmissão
Sólido
Líquido
Gasoso
Pa
P.atmosférica
t
Silêncio
Som / Ruído
Silêncio
Emissor (fonte)
Meio de Transmissor
Receptor
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Período (T) / Comprimento de onda (λ)
Velocidades de propagação do som
Transmissão sonora
TempoO
nda
de p
ress
ão s
onor
aP0-pmax
P0+pmax
P0
T
Onda sonora harmónica
f=1/T
fc
=λ
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Funções no tempo Funções em frequência
Frequência
Frequência
Frequência
Frequência
Tempo
Tempo
Sons de frequências distintas
Frequência do som
A variação de um qualquer sinal no tempo pode ser entendida como a sobreposição de sinais harmónicos com fase distinta
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Ouvido externo Timpano Ouvido interno
Vibrações mecânicas – transformadas em impulsos nervosos transmitidos ao cérebro
Com o aumento da frequência a sensibilidade auditiva aumenta
A partir dos 4 KHz volta a diminuir
Recepção de Sons
Limiar de dor
Limiar de audição
Palavra
Música
Curvas de igual sensação sonora /
Superfície de audição
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Sensibilidade do ouvido
Bandas de frequência
Resposta do ouvido humano em função da amplitude do sinal
HzLimites da oitava dos 125 Hz
63 125 250
dB
800089 178
112 141 Limites dos 1/3 de oitava
Limites das bandas de frequência
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Resposta do ouvido humano em função da frequência Gama audível em frequência 20 Hz a 20 KHz
O ouvido também não responde de forma linear com a variação da frequência
Diferença entre 125 Hz e 250 Hz equivalente a dif. entre 500 Hz e 1000 Hz
Curvas isofónicas Curvas A, B e C seguem as isofónicas 40, 70 e 100
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Pa
t
Pa
t
Sinal real Sinal captado
Pa
t
Pa
t
Sinais sonoros de longa duração são interpretados pelo ouvido humano com intensidade semelhante àintensidade real do sinal
Sinais de muito curta duração quase não sãoperceptíveis pelo ouvido humano e podem não permitir a activação do sistema de defesa do ouvido humano e, em vez de provocarem apenas diminuição da audição temporária, podem causar trauma auditivo
Resposta do ouvido humano a sinais de curta duração
Perdas auditivas provocadas
pelo ruído
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100m50m
25m
120dB(A)
114dB(A)
108dB(A)
Tipos de fontes de ruído (aéreo) – Fontes Ideais
- Fonte Linear
- Fonte Pontual
- 6 dB / 2xd - 3 dB / 2xd
- Fonte Plana
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ABSORÇÃO DO SOM EM MEIO GASOSO
Amortecimento do som
- Amortecimento de propagação - não representa uma perda de energia, mas uma
diminuição da densidade de ondas acústicas devido ao aumento da superfície das frentes de
onda. Por exemplo, se a fonte emissora for pontual, a superfície das frentes de onda, a uma
determinada distância à fonte, sofre um aumento que é proporcional ao quadrado dessa
distância, provocando um amortecimento de 6 dB sempre que se duplica a distância à fonte.
- Amortecimento clássico - Resulta da viscosidade do meio de propagação, ao atrito que o
meio oferece às suas próprias vibrações e que faz dissipar a energia sonora sob a forma de
calor. Em geral, este é o tipo de amortecimento que permite, através de tratamentos acústicos,
melhorar o processo de absorção do som.
- Amortecimento molecular - por vezes, fenómenos de relaxação molecular criam
amortecimentos maiores do que aqueles que o amortecimento clássico faria prever.
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Dissipação de energia sonora devido ao atrito do ar
distância [m] Atenuação [dB(A)]
100 1
500 3.2
1000 5.0
Zona de sombra
Vento
S
Influência do vento
Influência da variação da temperatura
S S
Diminuição da temperatura em altura
Aumento da temperatura em altura
30 dB9.9 dB4.7 dB2.7 dB1.3 dB0.4 dB
4000 Hz2000 Hz1000 Hz500 Hz250 Hz125 HzAtenuação
/ Km30 dB9.9 dB4.7 dB2.7 dB1.3 dB0.4 dB
4000 Hz2000 Hz1000 Hz500 Hz250 Hz125 HzAtenuação
/ Km
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Principais grandezas utilizadas em acústica- Pressão sonora (p) / Nível de pressão sonora Lp = 20.Log(p/2E-5)
- Potência sonora (W) / Nível de potência sonora Lw = 10.Log(W/1E-12)
- Intensidade sonora (I) / Nível de intensidade sonora LI = 10.Log(I/1E-12)
24 rWIπ
=
Relações:- Pressão sonora efectiva
- fonte pontual / espaço aberto
- fonte pontual / espaços fechados
Campo directo + Campo reflectido
αα
)1(4
2 SWI −
=21 4
. rWDI
π=
2maxPPef =
maxPmaxP
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Adição de Níveis Sonoros
L1
L2
Se L1=L2 => L1+L2=L1+3dBSe L1>L2+10 => L1+L2≈L1dB
Lp+3dB Lp
R2>R1+10dBA1=50% da área
R1A1=50% da área
Rtotal≈R1+3dB
α ~ 0 α ~ 1
I1 = I0 10L110
; I2 = I0 10
L 210
; ...; In = I0 10
L n10
Lt = 10Log 10
Li10
i =1
n
∑
2 fontes iguais
n fontes
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Ln+s o nível de ruído global - provocado por "n+s" fontes
Ln o nível de ruído parcial, resultante de "n" fontes.
? Nível de ruído provocado por "s"
In +s = I0 10Ln+s
10
; In = I0 10
Ln
10
pelo que
Ls = 10Log 10Ln+s10
− 10L n10
Subtracção de Níveis Sonoros
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69747268L [dB(A)]
4321Nº da máquina
Exemplo c/ a soma de níveis sonoros:
( )( )∑= 1010log10 iLAeqL
Sala de máquinas com 4 máquinas, cada uma com os seguintes níveis:
( ) ( ) ( ) ( )( ) )(4.7710101010log10 1069107410721068 AdBLAeq =+++=
Exemplo subtracção de níveis sonoros:
Numa medição com 10 máquinas em funcionamento obteve-se, na medição, um valor de LAeq de 90 dB(A). Com a máquina aparentemente mais ruidosa desligada, obteve-se LAeq próximo de 87 dB(A). Qual a contribuição da máquina que foi desligada?
( ) ( )( ) )(871010log10 10871090).( AdBL desligadamáqAeq =−=
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Parâmetros mais utilizados em acústica na caracterização de níveis sonoros - Nível sonoro contínuo equivalente
Leq (em dB) e LAeq (em dB(A))
- Parâmetros estatísticos – Ln
LA10, LA50, LA95, etc.
- Dose de Ruído
D=100% LAeq(8h. Trabalho)=85dB(A)
t
L dB
T
Ln
∆T1 ∆T2∆T3
<=> ∆T1 + ∆T2 + ∆T3 = n * T /100%
( )∑= )10/(1010 LiLogLeq
= ∑
nLi
nLogLeq
1
)10/(10110
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73747571707269747268L (dB)
10987654321Nº da leitura
Leq = 10Log1
1010(6.8) + 10 (7.2) + 10 (7.4) + 10 (6.9) + 10(7.2) + 10 (7.0) +(
+ 10(7.0) + 10(7.1) + 10 (7.5) + 10 (7.4) + 10 (7.3) )]Leq = 72.3dB
Nível de ruído equivalente (Leq) – No tempo
( )
∆= ∑ 1010.1log10 iL
eq tT
L
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Nível de ruído equivalente (Leq) – Em frequência
Ex. Espectro de níveis sonoros (em dB) versos frequência (em Hz):
555967636568L (dB)
400020001000500250125f (Hz)
Valor global do nível sonoro equivalente global, Leq, em dB:
Leq = 10Log 10 (Li / 10)∑( )
Leq = 10Log 10 (6.8) + 10(6.5) + 10(6.3) + 10 (6.7) + 10(5.9) + 10 (5.5)( )Leq = 72.5dB
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A dose de ruído parcial, Dk, de cada tarefa "k" para um tempo de exposição "Tk"
LEX,8h - nível de ruído equivalente diário (em 8 horas/dia);LAeq(Tk) - LAeq para o tempo de duração da tarefa Tk;
Dec. Lei 182/2006:
D=100% LAeq(8h. Trabalho)=85dB(A)
Dose de Ruído (%)
e
? Ex. Durante as 8 horas de trabalho um operário está exposto aos seguintes níveis sonoros LAeq(Tk):- 82 dB(A) durante 2 hora;
- 87 dB(A) durante 4 horas;
- 84 dB(A) durante 1 horas;
- 90 dB(A) durante 1 horas;
( ) )(5.8688log10101101104102
81log10 0.94.87.82.8
8, AdBL hEX =
+
×+×+×+×=
( ) %1412
%100
35.8685 == −Dose
( )3
85 .
2
%100dEpLDose −=
)8/(10)(8. TkLogTkLAeqL hEX +=
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Ruído contínuo (estacionário) Ruído intermitente (patamares)
Tipos de Ruído (no tempo)
Ruído Flutuante
Nív
eis
sono
ros
[dB]
t (s)T TA1 t (s)
Nív
eis
sono
ros
[dB]
TB1 TA2 TB1 TA3
T t (s)
Nív
eis
sono
ros
[dB
]
Nív
eis
sono
ros
[dB
]
t (s)T
Ruído impulsivo
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Ruído tonal (80Hz) Ruído de baixa frequência
Símbolos dos
níveis sonoros
Tipos de Ruído (em frequência)
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Principais Tipos de Ruídos/Fontes frequentemente objecto de reclamação
• Bares e discotecas – habitualmente associados a níveis elevados e forte componente em baixas frequências
• Espectáculos ao ar livre (concertos onde a forte componente em baixas frequências é ainda mais evidente a grandes distâncias)
• Actividades comerciais e industriais
• Máquinas e equipamentos
• Tráfego rodoviário e ferroviário
Interior Discoteca
70
75
80
85
90
95
100
105
110
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 5000 Leq eLAeq
Em dB(A)Em dB
Tráfego Aéreo
50
60
70
80
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150
dB(A)
• Tráfego aéreo
60
70
80
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150
Ruído de Tráfego UrbanoC. C. ReferênciaRuído RosaRuído em Discoteca (longe da pista)
dB(A)
Bandas de 1/3 de oit.
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Ruído de tráfego rodoviário
Fonte de ruído:
- Fontes mecânicas: Essencialmente as vibrações do motor e da panela de escape que se
transmitem às diferentes partes da estrutura do veículo e irradiam ondas acústicas.
- Fontes hidrodinâmicas: São as variações do ar aspirado ao nível da admissão ou expulso ao
nível do escape. São também os ruídos do ventilador e a grandes velocidades o ruído do
fluxo de ar (descolamento de lâminas de ar) sobre as grelhas e saliências da carroçaria. Estes
barulhos variam muito com o desenho do veículo e a velocidade.
- O ruído do contacto dos pneunáticos com a via: Dependem da natureza do contacto e em
particular do relevo da via e dos pneumáticos.
Espectros médios emitidos (Ligeiros / Pesados)
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Ruído de tráfego aéreo
Directividade
Exemplo da variação do nível de ruído de um avião, no solo durante um sobrevoo
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Ruído de tráfego ferroviárioFontes de ruído:
- ruído motriz
- ruído de rodagem
- ruído aerodinâmico
-ruídos acidentais em especial de travagem
- As máquinas com motor a Diesel são geralmente as que maiores potências acústicas
emitem, em especial em baixas frequências. O valor de LAeq a 30 m da via, durante a
passagem do comboio, pode situar-se entre 85 e 95 dB(A).
- As máquinas eléctricas apresentam ainda uma fonte de ruído suplementar, originada pelo
magnetostrição, mas este é mascarado pelo ruído de rodagem.
- As locomotivas eléctricas originam geralmente níveis de ruído cerca de 10 dB(A)
abaixo dos originados pelas locomotivas Diesel.
- Os efeitos acumulados da qualidade do carril, da roda e da suspensão podem conduzir a
desvios de níveis sonoros de cerca de 15 dB para comboios a circular à mesma velocidade.
- O ruído aerodinâmico, desprezável nas velocidades clássicas, pode tornar-se
preponderante a grandes velocidades (mais de 240 km/h).
- A travagem pode provocar ruído particularmente elevado. Trata-se de uma ressonância da
roda ou do disco de travagem. O amortecimento da roda tem uma grande importância.
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Ruído de tráfego ferroviário
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Vibração do solo
Certas fontes ao mesmo tempo que irradiam energia sonora podem excitar o solo que as suporta, o qual por
sua vez vibra e pode transmitir as vibrações a edifícios próximos, criando incómodo para os seus habitantes e
as suas actividades.
As principais fontes que introduzem vibrações no solo são o tráfego rodoviário e ferroviário, máquinas de
obras, e certas instalações industriais. Como outras fontes de vibrações pode referir-se os tiros nas minas,
explosões e sismos que dependem da sísmica e conduzem a problemas diferentes.
Sem efeitoSem efeito
Nível máximo a recomendar para monumentos ou ruínas
Não existe risco de dano para os edifícios normais
Limite de danos para um edifício com acabamentos em gesso
Grande probabilidade de danos tais como a fissuração do gesso. Limite para danos mais
importantes
ImperceptívelLimite de percepção
Vibrações bem perceptíveis
Nível a partir do qual uma vibração contínua provoca desconfortoVibrações desagradáveis aos
habitantes dos edifíciosVibrações muito desagradáveis e inaceitáveis em certas condições
0 a 0.150.15 a 0.3
2
2.5
5
10-15
Efeito sobre os edifíciosEfeito sobre o homemVelocidade vertical máxima do solo em
mm/s