ITA-Toolbox

Inicialmente a ferramenta de medição em tubo de impedâncias do ITA-Toolbox foi configurada para obter os melhores resultados nas medições, essa configuração foi obtida após alguns testes e análises dos gráficos obtidos para uma mesma amostra. O passo a passo dessa configuração está representado nas imagens 32, 33 e 34.

A figura 32 a seguir mostra as configurações básicas do sistema para um tubo de impedâncias. A utilização de apenas um canal de entrada e saída se deve ao uso de um único microfone nas medições, o qual foi intercalado nas três posições previamente estabelecidas. O uso de apenas um microfone está de acordo com o apresentado na norma ISO 10534-2.

Figura 32 - Configurações ITA-Toolbox para tubo de impedâncias Fonte: Autoria própria

A próxima etapa da configuração é mostrada nas figuras 33 e 34. Em 33 é selecionado o tipo de tubo que usaremos, por padrão o programa utiliza tubos com dimensões pré-estabelecidas, essas configurações foram alteradas, em seu executável no Matlab, com as dimensões do tubo desenvolvido conforme seção 3.2.1.

Figura 33 - Tela de seleção do tubo de impedâncias ITA-Toolbox Fonte: Autoria própria

A imagem 34 é a interface na qual é executada o comando de emissão de sinal e medição dos dados.

Figura 34 - Tela de comando de medição ITA-Toolbox Fonte: Autoria própria

3.5.2 Amostras

A escolha das amostras se baseou nos materiais disponíveis e mais comuns encontrados no mercado. Buscou-se materiais com propriedades conhecidas e que sejam largamente usados com isolamento acústico, tornando os resultados obtidos mais relevantes.

Foram selecionadas amostras de placas acústicas Sonex illtec de fabricação da empresa OWA Sonex, a imagem a seguir mostra valores para o coeficiente de absorção sonora de diferentes placas em diversas faixas de frequência.

Figura 35 - Coeficiente de absorção sonora Sonex em câmara reverberante Fonte: Owa Sonex (2017)

O gráfico apresenta dados para quatro configurações de perfil diferentes, para este trabalho serão considerados apenas os itens na cor preta (25/35) e verde (35/125) pois são desses materiais que são compostos as amostras testadas no presente trabalho, apresentados na figura 30 (Ver seção 3.4).

4 Resultados e discussões

Nesta seção serão apresentados os resultados obtidos para cada tipo de amostra e os mesmos serão comparados aos resultados fornecidos pelo fabricante das amostras. A tabela 7 apresenta algumas informações disponibilizadas pelo fabricante em sua página.

Amosta Estrutura Densidade

(kg/m³)

Dimensões perfil (mm)

A semi-rígida, de estrutura micro-celular 11,8 25/35

B semi-rígida, de estrutura micro-celular 11,8 35/125

Tabela 7 - Dados técnicos das amostras Fonte: Owa Sonex (2017)

Antes da realização dos testes com as amostras disponíveis foi realizado um teste utilizando esses parâmetros com o tubo sem amostras, a figura 36 a seguir mostra o gráfico encontrado. Os baixos valores para o coeficiente de absorção são condizentes com o esperado posto que a tampa do tubo é feita de metal e metais não são materiais com boa absorção sonora e são altamente reflexivos.

Figura 36 - Medição sem amostras Fonte: Autoria própria

4.1 Amostra “A” – 25/35

A amostra A é uma placa comercial de Sonec Illtec perfilada 25x35mm.

De acordo com a norma ISO 10534-2 (1998) para amostras que não possuírem uma superfície plana há a necessidade de se aumentar o campo amostral, utilizou-se como padrão três amostras para cada material, figura 37.

Para os testes as amostras foram preparadas e deixadas com um diâmetro de 50mm, encaixando se com o tubo sem ter suas extremidades comprimidas pois isso pode afetar a confiabilidade dos resultados (ASTM E1050-12, 2006).

Figura 37 - Amostras Sonex 'A' 25/35 Fonte: Autoria própria

Os testes foram feitos conforme setup apresentados pelas figuras 32, 33 e 34, para todas as amostras A1, A2 e A3. Os três resultados foram sobrepostos e são demonstrados na figura 38 a seguir. Devido as frequências de corte do tubo de impedâncias foram desconsideradas as medições abaixo da frequência de corte inferior, 150 Hz, tal como os valores acima da frequência de corte superior 4 kHz.

Figura 38 - Coeficiente de absorção amostras "A' Sonex 25/35 Fonte: Autoria própria

A sobreposição das curvas demonstra valores muito próximos o que atesta a coerência dos resultados, posto que todas as amostras foram retiradas de uma mesma placa. Tentou se usar diferentes configurações superficiais para cada amostra, para atenuar possíveis divergências devido a alguma falha no material constituinte de cada amostra.

Os resultados foram comparados com os dados encontrados apresentados na imagem 35 da seção 3.5.2.

Comparando as curvas do resultado das três amostras com os valores de catálogo nota se uma divergência nos valores, ainda que a tendência da curva seja semelhante. Essa diferença fica mais evidente em frequência baixas, mas tende a cair a partir de 1 kHz.

Uma diferença fundamental nos resultados obtidos com este projeto para o apresentado pelo fabricante consiste justamente no método de medição, enquanto este projeto utiliza um tubo de impedâncias, com metodologia regida pelas normas ISO 10534-2 e ASTM E1050-12, o fabricante utilizou uma câmara reverberante atendendo a norma ISO 354. Câmaras reverberantes utilizam de incidência aleatória enquanto o tubo de impedância utiliza uma incidência normal a amostra.

4.2 Amostra “B” – 35/125

A amostra B também é uma placa Sonex Illtec perfilada com dimensões 35x125mm.

Assim com a amostra A a amostra B também possui uma superfície irregular, portanto novamente optou-se por usar três modelos com superfícies distintas da amostra B. As três amostras são apresentadas a seguir:

Figura 39 - Amostras Sonex 'B' 35/125 Fonte: Autoria própria

Assim como foi feito com os modelos da amostra do tipo A, repetiu-se o setup apresentado na seção 3.5.1. As curvas obtidas são apresentadas a seguir.

Figura 40 - Coeficiente de absorção amostras "B' Sonex 35/125 Fonte: Autoria própria

Analisando as três curvas é facilmente notável que elas possuem um formato e uma tendência de crescimento semelhante. No entanto a curva da amostra B3 possui valores de módulo um pouco superior o que pode se justificar pela diferença na superfície das três amostras, naturalmente os valores podem variar.

Quando fazemos a sobreposição dos dois resultados (Figura 41) encontramos duas curvas distintas, com os resultados das amostras ‘A’ sendo uma curva com crescimento mais suave, ao passo que as amostras ‘B’ possui um crescimento mais agudo.

Figura 41 - Comparação Amostras A e B Fonte: Autoria própria

O esperado eram que os valores encontrados para B fossem superiores que os encontrados para as amostras A, no entanto isto só ocorre em faixas intermediárias de frequência, em torno de 600Hz. Possíveis explicações são diferenças estruturais entre as amostras e também o fato das cores diferentes das amostras, posto que as cores podem influenciar na taxa reflexão do material.

Na Figura 42 temos incluídos os resultados dos testes com o tubo fechado e sem amostras. Como esperado os valores de coeficiente de absorção dos tubos são inferiores aos resultados com as amostras.

Figura 42 - Compartivo das amostras A, B e do tubo sem amostras Fonte: Autoria própria

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A partir dos resultados obtidos e o próprio desenvolvimento do tubo de impedâncias algumas considerações podem ser feitas.

A divergência nos valores encontrados paras as amostras do tipo A e do tipo B em relação ao gráfico do fabricante pode ser justificado por alguns fatores, como:

Método de medição;

Imperfeição na confecção das amostras; Problemas na estrutura das amostras.

Os resultados poderiam ser confirmados utilizando os mesmos materiais e realizar uma medição em um outro tubo de impedância seja comercial ou não, além de se utilizar as amostras para medição em uma câmara reverberante.

Como a própria UTFPR possui uma câmara reverberante os testes poderiam ser feitos e os resultados confirmados ou refutados.

Algumas melhorias que podem ser feitas para tornar as medições mais confiáveis e precisas é a implementação de um dispositivo para o posicionamento das amostras, facilitando a colocação das amostras e também aumentando a precisão das distâncias das amostras aos microfones, algo que influencia os resultados, como é possível observar no equacionamento do software ITA-Toolbox (Apêndice A).

Por praticidade vários componentes foram feitos através de uma impressão 3D, no entanto foi identificado que a impressora possuía uma limitação em sua precisão, principalmente na fabricação da rosca da luva que une o tubo à caixa acústica. A utilização de um componente metálico ou mesmo a peça impressa, mas com a rosca feita com um método de usinagem tradicional e mais preciso poderia conferir uma confiabilidade maior ao tubo de impedâncias como um todo.

Com este projeto finalizado abriu-se a possibilidade de novos estudos serem realizados pelos estudantes e professores da UTFPR, visando práticas de ensino ou mesmo pesquisas e desenvolvimento de tecnologia.

REFERÊNCIAS

Alto-falantes, C. (2017). Ficha técnica alto-falante TRX-500. Fonte: http://championspeakers.com.br/

AREASEG. (2006). Fonte: http://www.areaseg.com/acustica/

ASTM E1050-12. (2012). Standard test method for impedance and absorption of

acoustical materials using a tube, two microphones and a digital frequency analysis system. ASTM International.

Bistafa, S. R. (2011). Acústica aplicada ao controle do ruído. São Paulo: Blücher. Brüel&Kjaer. (2012). Brüel & Kjaer. Fonte: http://www.bksv.com/

Carvalho, R. P. (2006). Acústica Arquitetona. Brasília: Thesaurus.

Chu, W. T. (2 de Agosto de 1986). Transfer function technique for impedance

and absoption measurements in a impedance tube using a single microphone. J. Acoustic Soc. America.

David Halliday, R. H. (2009). Fundamentos de física, volume 2: gravitação, ondas

e termodinâmica. Rio de Janeiro: LTC.

FIA. (2011). Fonte: Federação Iberoamericana de Acústica: http://www.fia.ufsc.br/ Gunderson, D. R. (1993). Surveys of Fisheries Resources. John Wiley & Sons. Institute of Technical Acoustics. (2017). Ita-toolbox. Aachen, Alemanha: RWTH

Aachen University.

ISO10534-1. (1996). Acoustics -- Determination of sound absorption coefficient

and impedance in impedance tubes -- Part 1: Method using standing wave ratio.

ISO10534-2. (1998). Acoustics - Determination of sound aborption coefficent

and impedance in impedance tube - Part 2: Transfer-function method.

ISO 10534-2.

Kuttruff, H. (2006). Acoustics an introduction. Stuttgart: Taylor & Francis. M. Suhanek. K. Jambrosic, H. D. (2008). Student project of building an

impedance tube. Acoustics 08 Paris. Paris.

Mohan D. Rao, S. P. (2014). Development of a low cost impedance tube to

measure acoustic absorption and transmission loss of materials. ASEE

Anual Conference.

NBR-10152. (1987). Níveis de ruído para conforto acústico. Associação Brasileira de Normas Técnicas.

Negri, C. V. (2008). Desenvolvimento de uma caixa acústica bandpass de 4ª

Owa Sonex. (2017). Ficha técnica placa acústica Sonex illtec perfilado. Fonte: http://www.owa.com.br

Russel, D. A. (2004). Absorption Coefficients and Impedance. Science and Mathematcs Department, Kettering University.

Scopus. (Dezembro de 2017). Elsevier Scopus. Fonte: www.scopus.com Silva, P. (2005). Acústica arquitetônica e condicionamento de ar. 5 ed. Belo

Horizonte: Edtal.

Small, R. H. (1972). Closed Box Loudspeaker Systems. Journal of the Audio Engineering Society.

Vorländer, M. (2010). Auralization: Fundamentals of Acoustics, Modelling,

Simulation, Algorithms and Acoustic Virtual Reality. Aachen, Alemanha: