fundamento de acústica - lva

FUNDAMENTO DE ACSTICA

FUNDAMENTOS DE ACSTICALaboratrio de Vibraes e AcsticaProfessor: Me. Eng. Danilo BragaUNIVERSIDADE FEDERAL DO PARINSTITUTO DE TECNOLOGIAFACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

SumrioIntroduoFsica do somMedio do Som e Sistema AuditivoMedidores (Anlise espectral)Cmaras acsticasMateriais absorvedores de somMateriais isoladores de somNormalizao dos nveis sonoros

Som: variaes de presso em um meio, as quais podem ser determinadas pelo ouvido humano. Presso esttica: 105 Pa. Limiar de audio: 20 mPa.Limiar de dor: 100 Pa.Introduo

Fonte: B&KIntroduo

Percepo Sonora:Fonte: B&KDiferena de Nvel de Presso Sonora (dB)Pouco perceptvelPerceptvelClaramente perceptvelDiferena significanteIntroduo

Adio de Nveis Sonoros:Introduo

O que voc entende por ACSTICA?E o que voc entende por SOM?Som e Rudo so sinnimos?Introduo

Som produzido por: vibraes mecnicas; zonas de fluxo de ar turbulento.O que o Som?

- resposta do ouvido s flutuaes de presso no meio?Perceba que onde o Engenheiro encontra energia, o Psiclogo encontra informao.Introduo

O som parte da vida diria.

A ACSTICA a cincia do som, incluindo sua produo, transmisso e efeitos.Introduo

O som representa as vibraes mecnicas de um gs (ou lquido, ou slido) atravs do qual ocorre o fluxo de energia na forma de ondas capazes de produzirem excitaes auditivas no homem.

SilncioPt(t)TempoPaP(t) = Pt(t) - Pa

Introduo

O som pode ser representado por uma srie de compresses e rarefaes do meio em que se propaga, a partir da fonte sonora.

FONTERECEPTORTRAJETRIAIntroduo

Propagao do SomIntroduo

O som precisa de um meio para se propagar no espao.Propaga-se na forma de ondas, ondas longitudinais.Na passagem da onda, no h propagao de matria, apenas de energia.Introduo

velocidade do som c

No Ar:c = 331 + 0,6 t [m/s] Para 20 C:c=331 + 0,6 * 20 = 343 m/sFreqncia [Hz]Comprim. de onda [m]

Introduo

ExerccioQuais os limites, inferior e superior, de temperaturas no Estado do Par?

Calcule a velocidade do som para estes extremos.

> 20 kHz Ultra-som< 20 Hz Infra-som20 a 20 kHz Som Audvel> 10 GHz Hiper-SomFsica do som

Espectro de Freqncias do Ouvido Humano

Fsica do som

Infra-som: < 20 Hz Ultra-som: > 20 kHz Intervalo de freqncias audveis: 20 Hz < f < 20 kHz Super-som refere-se velocidade do som e no freqncia! Hiper-som?

100 Hz

1000 Hz

8000 Hz

SWEEPFsica do som

Som Agradvel ou Rudo?Rudo considerado como um som desagradvel e indesejado.

Fsica do som

440 Hz440 Hz+ 880 Hz 880 HzTOM

Fsica do som

Sinais tpicos de sons e rudos

Fsica do som

Bandas de freqnciaIntervalo de freqncias de interesse bastante amplo... Soluo? Dividir o intervalo em bandas de freqncia.Banda de freqncia: o conjunto de todas as freqncias contidas num dado intervalo:fi > fc > fsDf = fs - fiFsica do som

Bandas de oitava: conceito emprestado da Msica.Numa banda de oitava: fs = 2 fiA idia das oitavas se correlaciona bem com a percepo que o ouvido tem de intervalos de freqncia.Por exemplo: o intervalo entre 100 e 200 Hz no percebido da mesma forma que o intervalo entre 200 e 300 Hz...Fsica do som

As oitavas normalmente utilizadas vo de 63 a 8000 Hz.Necessidade de mais detalhes: bandas de tero de oitava.Exemplo: achar as teras de oitava ente 1 e 2 kHz.Fsica do som

Caractersticas do Rudo - Durao no TempoRudo PermanenteSem componentes tonaisRudo de queda d'guaRudo de ar condicionadoRudo de compressoresCom componentes tonaisRudo de serra circularRudo de transformadorPernilongo

Fsica do som

Caractersticas do Rudo-Durao no TempoRudo no-permanenteFlutuanteRudo de trfego de veculosIntermitenteRudo de um veculo passandoRudo impulsivoRudo de marteladaRudo de prensaRudo de explosoRudo quase-permanenteRudo de martelete pneumtico

Fsica do som

A vibrao de um objeto causa oscilao das molculas do ar, originando regies de compresso e rarefao, as quais so propagadas na forma de uma onda sonora.

Fsica do som

E um rudo? Em que consiste?

O decibelA grandeza fsica associada audibilidade a Intensidade sonora (potncia sonora por unidade de rea). Limiar de audio: 0 dB Limiar de dor: 140 dBMedio do Som e Sistema Auditivo

Em Acstica, o decibel a unidade do: Nvel de Intensidade Sonora, NI O decibel: unidade fictcia, derivada do bel (B), em homenagem ao inventor do telefone (por deciso judicial?): Alexander G. Bell (1847-1922). Nvel de Presso Sonora, NPS Nvel de Potncia Sonora, NWSMedio do Som e Sistema Auditivo

O NPS, entretanto, no uma caracterstica intrnseca da fonte, pois depende do ambiente em que medido e da distncia da fonte.J o NWS uma caracterstica da fonte.W0 = 10-12 W2. UM POUCO DE FSICANa prtica no a intensidade que medida e sim a presso sonora.P0 = 210-5 Pa (valor rms)Alis, o que e por que se utiliza o valor rms???

A escala decibel se correlaciona bem com a sensao de audibilidade do ouvido humano:Mudana em dBPercepo humana1Imperceptvel3Perceptvel5Mudana clara10Mudana substancial

Medio do Som e Sistema Auditivo

Algumas informaes sobre o Sistema Auditivo: Sensibilidade dos nossos olhos: aproximadamente uma OITAVA apenas, ou seja, vibraes eletromagnticas de 3,851014 Hz a 7,901014 Hz.O ouvido humano:Exames oftalmolgicos x Exames audiomtricos? sensvel a um intervalo de freqncias de DEZ OITAVAS; distingue cerca de 4 mil tons diferentes; realiza anlises espectrais em torno de 20 ms; relao entre as intensidades de som mxima e mnima da ordem de 130 dB, ou seja: 1013!Medio do Som e Sistema Auditivo

Som mais Fraco2 x 10-5 N/m2

Som mais Forte 100 N/m2

QUANTIFICAO DO SOMNPS = 20 log10 (p/pref)NVEL DE PRESSO SONORAp - a presso sonora instantnea medida em N/m2pref a presso sonora de referncia (2 x 10-5 N/m2)

Exemplo: NPS1 = 90dB e NPS2 = 95 dBL= 95 - 90 = 5 dBDiferena de 5 dB: 1,2 dBNvel total NPST= 95 + 1,2 = 96,2 dB

Soma de Nveis de RudoMedio do Som e Sistema Auditivo

Exemplo: NPS2= 100 dB e NPS1 = 85 dBL= 100 - 85 = 15 dBDiferena de 15 dB: 0 dBNvel total NPST= 100 + 0 = 100 dBMedio do Som e Sistema Auditivo

Exerccio:

L= 70 - 70 = 0 dBDiferena de 0 dB: 3 dB.Nvel total NPST= 70 + 3 = 73 dBMedio do Som e Sistema Auditivo

Soma de Nveis de Rudo

Onde:NPS1 nvel de presso sonora da fonte 1NPS2 nvel de presso sonora da fonte 2Medio do Som e Sistema Auditivo

Subtrao de Nveis de Rudo

Exemplo: NPS1 = 97dB e NPS2 = 90 dBL= 97 - 90 = 7 dB

Diferena de 7 dB: ~1,0 dBNPS1 NPS2Nvel total NPST= 97 - 1,0 = 96 dBMedio do Som e Sistema Auditivo

Subtrao de Nveis de Rudo

Onde:NPS1 nvel de presso sonora da fonte 1NPS2 nvel de presso sonora da fonte 2NPS1 > NPS2Medio do Som e Sistema Auditivo

Onde: NPS1 > NPS2 e R2 > R1Decaimento do nvel sonoro com a distnciaFontes esfricas e hemisfricas:

Fontes esfricas e hemisfricas:Medio do Som e Sistema Auditivo

Combinaes de nveis sonorosExemplosEquaes preditivas para propagao ao ar livreFonte pontual:


Decaimento do NPS com a distncia


1) Isoladamente, cada uma das fontes sonoras relacionadas abaixo produz, em um determinado ponto, o seguinte nvel de presso sonora:Exerccio:FONTE NPSA 87B 82C 82D 80E 88F 91G 93H 93Calcule o valor de NPS resultante no ponto considerado para os seguintes casos:a) Operando somente G e Hb) Operando somente D e Hc) Operando todas as fontes2) A uma distncia de 1,5 m do centro de uma fonte sonora o Nvel de Presso Sonora de 95 dB. A que distncia da fonte, na mesma direo teremos 85 dB?

NVEL DE POTNCIA SONORA

NVEL DE INTENSIDADE SONORAMedio do Som e Sistema Auditivo

Potncia = 10 watts NPS = 120 dBA a 25 metros

Potncia = 1 wattNPS 110 dBA

Potncia = 0,8 wattNPS = 98 dBA (motorista) Potncia e Presso Sonora so Valores BaixosNveis Tpicos de Rudo

Medio do Som e Sistema AuditivoPara ouvido humano utiliza-se escalas ponderadas: A, B e C

Energia Acstica Consumida

0,00001 W= 10-5 W

10-9 W

Atividade mais fcil na vida falar e fofocar: NUNCA CANSAM!!!Medio do Som e Sistema Auditivo

Fisiologia da Audio

Ouvido ExternoOuvido MdioOuvido Interno

Ouvido HumanoMedio do Som e Sistema Auditivo

O Ouvido Humano e a Curva de Ponderao A

Esquema de funcionamento do OuvidoCurva de Ponderao C e AMedio do Som e Sistema AuditivoComprimento do canal = 25 a 30 mm



O Ouvido Externo

Ajuda na localizao da fonte sonora, alm de coletar o som para o interior do canal auditivo. O canal auditivo tem comprimento mdio de 25 mm e, portanto, torna-se ressonante em torno de 4 kHz.Medio do Som e Sistema Auditivo

O Ouvido Mdio separado do ouvido externo pelo tmpano. Cavidade irregular alojada no osso temporal. Contm trs ossculos e duas entradas para o ouvido interno: as janelas oval e redonda. Promove uma amplificao mecnica da ordem de 15:1. mantido presso atmosfrica pela Trompa de Eustquio.

Os ossculos possuem uma estrutura muscular, a qual permite algum controle sobre a transmisso sonora.Medio do Som e Sistema Auditivo

O Ouvido Interno Estrutura em forma de caracol: Cclea. Clulas ciliadas produzem pulsos eltricos, a partir da vibrao da membrana Basilar. Sons com diferentes freqncias so percebidos em diferentes partes da Cclea.


Efeitos do Rudo no Homem

Perda Auditiva por IdadeMedio do Som e Sistema Auditivo

Espectro sonoro: relao entre energia e freqncia de uma onda sonora

Tons puros: espectros discretos.Sons reais: espectros contnuos.Freqncia da voz humana: espectro contnuo de 100 a 5000 Hz, aproximadamente.Voz masculina: mximo ~ 400 HzVoz feminina: mximo ~ 500 HzMedio do Som e Sistema Auditivo

Progresso e Recuperao da Perda Temporria de Audio48 horasRecuperao 4 kHz

10 dB

10 horasExposio 85 dBA - 4 kHz

10 dB10 horasExposio 85 dBA - 4 kHz

10 dBMedio do Som e Sistema Auditivo

Perda Auditiva Causada por Rudo1) Incio da perda no percebida2) Efeito acumulativo3) Geralmente a primeira perda no intervalo de freqncias de 4 a 6 kHz4) Efeito de zumbido5) Surdez causada por rudo incurvel e irreversvel6) Um sentimento errado: Estou acostumado com o rudoMedio do Som e Sistema Auditivo



UFA!ACABOU

Grfico33.01029995662.53901891042.12442602791.76434862441.45540463111.19331048070.97322793710.79009749650.63892034140.51496942030.41392685160.33195619990.265723756

Diferena de Nvel:NPS2-NPS1(dB)Valor a Somar a NPS2(dB)

operaes com dBdelta-Lsomadelta-L03.012.522.131.841.551.261.070.880.690.5100.4110.3120.351.761.371.080.790.6100.5110.4120.3130.2140.2150.1

&APgina &P

operaes com dB0000000000000

&APgina &PDiferena de Nvel:NPS2-NPS1(dB)Valor a Somar a NPS2(dB)

NC0000000000

&APgina &PDiferena entre o Nvel de Rudo Total e de Fundo-(dB)Valor a Subtrair do Rudo Total-(dB)

Plan3Freq.NC-70NC-65NC-60NC-55NC-50NC-45NC-40NC-35NC-30NC-25NC-20NC-15634750545760646771747780831253641444852576064677175792502933374145505458626771755002226313640454954586368721000172227313641465156616671200014192429343944495459647040001217222833384348535863698000111621273237424752576268

&APgina &P

Plan3000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

NC-70NC-65NC-60NC-55NC-50NC-45NC-40NC-35NC-30NC-25NC-20NC-15Frequncias Centrais de 1/1 de Oitava-HzNvel de Presso Sonora-dB

Plan4000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000


Plan5

&APgina &P

Plan6

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Plan7

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Plan10

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Plan12

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Plan13

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Plan14

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Plan15

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Plan16

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Grfico33.01029995662.53901891042.12442602791.76434862441.45540463111.19331048070.97322793710.79009749650.63892034140.51496942030.41392685160.33195619990.265723756

Diferena de Nvel:NPS2-NPS1(dB)Valor a Somar a NPS2(dB)

operaes com dBdelta-Lsomadelta-L03.012.522.131.841.551.261.070.880.690.5100.4110.3120.351.761.371.080.790.6100.5110.4120.3130.2140.2150.1

&APgina &P

operaes com dB0000000000000

&APgina &PDiferena de Nvel:NPS2-NPS1(dB)Valor a Somar a NPS2(dB)

NC0000000000

&APgina &PDiferena entre o Nvel de Rudo Total e de Fundo-(dB)Valor a Subtrair do Rudo Total-(dB)

Plan3Freq.NC-70NC-65NC-60NC-55NC-50NC-45NC-40NC-35NC-30NC-25NC-20NC-15634750545760646771747780831253641444852576064677175792502933374145505458626771755002226313640454954586368721000172227313641465156616671200014192429343944495459647040001217222833384348535863698000111621273237424752576268

&APgina &P

Plan3000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000


Plan4000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000


Plan5

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