Todos entenderam?: compatibilização das características arquitetônicas e qualidade acústica em salas de aula nas instituições federais de ensino superior de Natal/RN

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO MESTRADO ACADÊMICO. TODOS ENTENDERAM? : Compatibilização das características arquitetônicas e qualidade acústica em salas de aula nas instituições federais de ensino superior de Natal/RN. Luciana da Rocha Alves Orientadora: Profª Drª Bianca Carla Dantas de Araújo. Natal, janeiro de 2018..

(2) Luciana da Rocha Alves. TODOS ENTENDERAM? : Compatibilização das características arquitetônicas e qualidade acústica em salas de aula nas instituições federais de ensino superior de Natal/RN. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-graduação em Arquitetura e Urbanismo, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito para obtenção do grau de Mestre.. Orientadora: Profª Drª Bianca Carla Dantas de Araújo. Natal, janeiro de 2018..

(3) Catalogação da Publicação na Fonte. Universidade Federal do Rio Grande do Norte / Biblioteca Setorial de Arquitetura e Urbanismo.. Alves, Luciana da Rocha. Todos entenderam?: compatibilização das características arquitetônicas e qualidade acústica em salas de aula nas instituições federais de ensino superior de Natal/RN/ Luciana da Rocha Alves. – Natal, RN, 2018. 164f. : il. Orientador(a): Bianca Carla Dantas de Araújo. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia. Departamento de Arquitetura e Urbanismo. 1. Arquitetura escolar – Dissertação. 2. Qualidade acústica – Dissertação. 3. Inteligibilidade da fala – Dissertação. 4. Acústica em escolas – Dissertação. I. Araújo, Bianca Carla Dantas de. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Título. RN/UF/BSE15. CDU 727.1.

(4) ii.

(5) AGRADECIMENTOS A Deus, por me conceder forças e sabedoria ao enfrentar esta trajetória. Aos meus pais, Edgar Alves e Gilca Júlia da Rocha Alves, por não medirem esforços quanto à minha educação. Obrigada por me mostrarem que educação é um dos bens mais preciosos da vida. Às minhas irmãs, Luana da Rocha Alves Mendonça e Luiza Júlia da Rocha Alves Bezerra, por todo apoio e incentivo em todos os momentos de minha vida. A Solon Ernestino de Oliveira Neto, meu namorado, por ser companheiro nas horas a fio na biblioteca e por proporcionar momentos de descontração que permitiram renovar a mente e seguir em frente. Obrigada por todo o apoio e compreensão, principalmente na reta final. Às amigas Karine Lucena, Ana Patrícia Furtunato e Gabriele Macedo por me ouvirem e entenderem a importância do tempo dedicado a esta dissertação. Obrigada por sempre torcerem por mim. Às amigas Tamaris Brasileiro e Renata Oliveira pela companhia nesta trajetória, pelas risadas e pelos conhecimentos compartilhados. A Jair Silva, engenheiro mecânico com percepção de arquiteto, por abdicar de fins de semana e tardes para contribuir com este trabalho. Às professoras Virgínia Dantas e Maria Lúcia Oiticica por se disponibilizarem a avaliar esta dissertação e por contribuírem tão efetivamente para a melhoria do trabalho. Agradeço, também, à professora Stelamaris Bertoli pelas contribuições na etapa de qualificação. Ao Conselho de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pela concessão de bolsa de estudo, que possibilitou o desenvolvimento deste trabalho. Por fim, à minha orientadora, Profª Drª Bianca Dantas, por sua atenção e empolgação com o meu trabalho. Suas orientações foram essenciais para que este trabalho fosse realizado.. iii.

(6) RESUMO Escolas são lugares de aprendizagem em que comunicação é primordial para que seja cumprida a sua função, porém a maioria das escolas brasileiras não possuem condições acústicas adequadas para tal. Quando a mensagem falada não é claramente escutada pelos alunos, a compreensão do discurso é afetada e, consequentemente, o processo de aprendizagem é prejudicado. Boas condições acústicas em salas de aula tornam o processo de aprendizagem mais fácil e menos estressante para professores e alunos. Os recursos investidos em melhoria, a fim de promover conforto acústico, ainda são vistos apenas como despesas e não como investimento em educação. A questão de pesquisa levantada é: as salas de aula de instituições de federais de ensino superior em Natal/RN possuem acústica arquitetônica adequada? O principal objetivo deste estudo é compatibilizar a qualidade acústica de salas de aulas teóricas com diferentes características arquitetônicas em instituições federais de ensino superior em Natal/RN, a fim de propor diretrizes básicas para a melhoria da qualidade acústica. Foram apresentados parâmetros acústicos considerados pertinentes para este tipo de pesquisa, como o Tempo de Reverberação (T20), o Tempo de Decaimento Inicial (EDT) e o Índice de Transmissão da Fala (STI), além de outros parâmetros importantes para a análise da inteligibilidade da fala. Os procedimentos metodológicos consistem na pesquisa bibliográfica sobre o tema, bem como na aplicação de pesquisa de campo, a fim de averiguar a real qualidade acústica das salas de aula estudadas e possibilitar proposições de possíveis soluções. Foram realizadas medições acústicas nas salas de aula do Instituto Federal do Rio Grande do Norte e na Universidade Federal do Rio Grande do Norte, havendo sido constatada baixa qualidade acústica em todos os padrões de salas de aula. Os resultados encontrados nas medições acústicas foram comparados de acordo com os critérios: técnicas de medição, tempo de reverberação em salas arquitetonicamente iguais e tempo de reverberação em salas com variação de pé-direito. A partir dos resultados das medições, foram simuladas propostas de melhoramento da qualidade acústica das salas, encontrandose que 50% de área de material absorvente no forro melhora significativamente o condicionamento acústico da sala para fala, havendo melhores resultados com 100% da área de forro em material absorvente e distribuição mais homogênea dos parâmetros ao longo da sala quando adicionado material absorvente em 25% da área da parede posterior. De acordo com os resultados encontrados foram propostas diretrizes projetuais para as salas de aula analisadas, como a aplicação de forro absorvente e a proporção de forma em que há melhor distribuição dos parâmetros acústicos. Palavras-chave: Arquitetura escolar; Qualidade acústica; Inteligibilidade da fala; Acústica em escolas.. iv.

(7) ABSTRACT Schools are places of learning in which communication is essential for the fulfillment of their function, but most Brazilian schools do not have adequate acoustic conditions. When the spoken message is not clearly heard by the students, the understanding of the speech is affected and, consequently, the learning process is impaired. Good acoustic conditions in classrooms make the learning process easier and less stressful for teachers and students. The resources invested in improvement, in order to promote acoustic comfort, are still seen only as expenses and not as investment in education. The research question raised is: do the classrooms of federal higher education institutions in Natal/RN have adequate architectural acoustics? The main objective of this study is to reconcile the acoustic quality of theoretical classrooms with different architectural characteristics in federal institutions of higher education in Natal/RN, in order to propose basic guidelines for the improvement of acoustic quality. Acoustic parameters were found for this type of research, such as Reverberation Time (T20), Initial Decision Time (EDT) and Speech Transmission Index (ITS), as well as other important controls for speech intelligibility analysis. The methodological procedures consist of the bibliographic research on the subject, as well as the application of field research, in order to ascertain a true acoustic quality of the classrooms studied and to make possible solutions proposals. Acoustic measurements were performed in the classrooms of the Federal Institute of Rio Grande do Norte and the Federal University of Rio Grande do Norte, where low acoustic quality was found in all classroom standards. The results found in the acoustic measurements were compared according to the criteria: measurement techniques, reverberation time in architecturally identical rooms and reverberation time in rooms with height variation. From the results of the measurements, we proposed simulations to improve the acoustic quality of the rooms, finding that 50% of area of absorbent material in the ceiling significantly improves the acoustic conditioning of the room for speech, with better results with 100% of the area of liner material in absorbent and more homogeneous distribution of parameters throughout the room when absorbent material is added to 25% of the posterior wall area. According to the results, design guidelines were proposed for classrooms analyzed, such as the application of absorbent ceiling and the proportion of form in which there is better distribution of acoustic parameters. Keywords: School architecture; Acoustic quality; Speech Intelligibility; School acoustics.. v.

(8) SUMÁRIO. AGRADECIMENTOS ................................................................................................. iii RESUMO.................................................................................................................... iv ABSTRACT ................................................................................................................. v SUMÁRIO.................................................................................................................... 6 LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... 9 LISTA DE TABELAS ................................................................................................. 11 LISTA DE GRÁFICOS ............................................................................................... 12 LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS .................................................................... 14 INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 15 1.. PARÂMETROS ACÚSTICOS PARA SALAS DE AULA ..................................... 19 1.1. Acústica de salas ......................................................................................... 19. 1.1.1. Características físicas do som ............................................................... 19. 1.1.2. Propagação do som em recintos fechados............................................ 27. 1.2. Inteligibilidade .............................................................................................. 31. 1.2.1. 1.2.1.1. Tempo de Reverberação (TR, T60, T30 ou T20) ................................ 33. 1.2.1.2. Relação Sinal-Ruído (SNR) ............................................................ 37. 1.2.1.3. Tempo de Decaimento Inicial (EDT) ............................................... 39. 1.2.1.4. Índice de Transmissão da Fala (STI) .............................................. 39. 1.2.1.5. Definição (D50)................................................................................. 41. 1.3. Influência da forma geométrica no comportamento acústico da sala ........... 42. 1.4. Métodos de medição da qualidade acústica de uma sala ............................ 47. 1.4.1 2.. Parâmetros objetivos ............................................................................. 33. Resposta impulsiva................................................................................ 47. MEMORIAL BIBLIOGRÁFICO ........................................................................... 50 6.

(9) 3.. 2.1. Legislações e normas nacionais e internacionais para salas de aula .......... 50. 2.2. Estudos sobre inteligibilidade da fala em salas de aula ............................... 54. PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS........................................................... 60 3.1. Coleta de dados ........................................................................................... 60. 3.1.1. Caracterização do IFRN ........................................................................ 60. 3.1.2. Caracterização da UFRN ....................................................................... 62. 3.2. Salas de aula escolhidas.............................................................................. 64. 3.2.1. 3.2.1.1. Padrão 01........................................................................................ 67. 3.2.1.2. Padrão 02........................................................................................ 68. 3.2.2. Padrão 03........................................................................................ 73. 3.2.2.2. Padrão 04........................................................................................ 74. 3.2.2.3. Padrão 05........................................................................................ 75. Condições de medição nas salas do IFRN ..................................... 81. 3.3.1.2. Condições de medição nas salas da UFRN .................................... 83. Medição para validação do método (pré-teste) ..................................... 84. Procedimentos para simulação .................................................................... 87. 3.4.1. 4.. Metodologia e condições de medições .................................................. 77. 3.3.1.1. 3.3.2. 3.5. Tabela-resumo das salas escolhidas..................................................... 75. Procedimentos para medições acústicas ..................................................... 76. 3.3.1. 3.4. Salas de aula escolhidas na UFRN ....................................................... 69. 3.2.2.1. 3.2.3 3.3. Salas de aula escolhidas no IFRN ......................................................... 64. Metodologia de simulação ..................................................................... 87. Tabela-resumo das características das salas medidas e simuladas ............ 93. COMPATIBILIZAÇÃO DE PARÂMETROS ACÚSTICOS EM SALAS DE AULA95 4.1. Comparativo entre técnicas de medição da resposta impulsiva ................... 95. 4.2. Comparativo entre T20 de salas arquitetonicamente iguais .......................... 97. 4.3. Comparativo entre T20 de salas com pequena variação de volume ............. 98 7.

(10) 4.4. Qualidade das salas de aula na situação atual ............................................ 99. 4.4.1. Valores recomendados para os parâmetros analisados ...................... 100. 4.4.1.1. Tempo de reverberação (T20) ........................................................ 100. 4.4.1.2. Tempo de Decaimento Inicial (EDT) ............................................. 101. 4.4.1.3. Relação Sinal-Ruído (SNR) .......................................................... 102. 4.4.1.4. Definição (D50)............................................................................... 102. 4.4.1.5. Índice de Transmissão da Fala (STI) ............................................ 103. 4.4.1.6. Perda na articulação de consoantes (ALcons%) ............................. 103. 4.4.1.7. Tabela-resumo dos valores ideais ................................................ 103. 4.4.2. Ruído de fundo .................................................................................... 104. 4.4.3. Sala Padrão 01 .................................................................................... 105. 4.4.4. Sala Padrão 02 .................................................................................... 109. 4.4.5. Sala Padrão 03 .................................................................................... 110. 4.4.6. Sala Padrão 04 .................................................................................... 114. 4.4.7. Sala Padrão 05 .................................................................................... 115. 4.5. Proposições de melhorias (Simulações) .................................................... 119. 4.5.1. Comparativo entre medições e simulações na situação atual ............. 119. 4.5.2. Sala Padrão 01 .................................................................................... 121. 4.5.3. Sala Padrão 03 .................................................................................... 127. 4.5.4. Salas Padrão 04 e 05 .......................................................................... 133. 4.6. Análises dos resultados ............................................................................. 139. CONCLUSÕES ....................................................................................................... 153 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 156 APÊNDICES............................................................................................................ 160 Apêndice A - Desenhos técnicos das salas de aula do IFRN .............................. 161 Apêndice B - Desenhos técnicos das salas de aula da UFRN (1) ....................... 162 Apêndice B - Desenhos técnicos das salas de aula da UFRN (2) ....................... 163 8.

(11) LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Características físicas da onda sonora. ................................................... 20 Figura 2 - Relação entre frequência e comprimento de onda. .................................. 22 Figura 3 - Níveis de audibilidade humana e conteúdo espectral de música e fala. .. 23 Figura 4 - Relação entre intensidade sonora e características físicas da onda. ....... 25 Figura 5 - Intensidade da onda esférica: relação entre energia, área e distância. ... 26 Figura 6 - Decaimento da intensidade sonora a partir do aumento da distância entre fonte e receptor. ........................................................................................................ 26 Figura 7 - Incidência de onda sonora em superfícies. .............................................. 29 Figura 8 - Percurso dos raios sonoros em recinto fechado. ..................................... 30 Figura 9 - Relação temporal da energia da onda sonora emitida. ............................ 30 Figura 10 – Som direto e reflexões em recinto fechado. .......................................... 34 Figura 11 - Faixas de decaimento para cálculos de tempo de reverberação. .......... 35 Figura 12 - Reverberação do som em sala de aula. ................................................. 37 Figura 13 - Decaimento da intensidade sonora com o distanciamento da fonte. ..... 39 Figura 14 - Conceituação da diferença de modulação entre o sinal transmitido e o sinal recebido. ........................................................................................................... 40 Figura 15 - Definição da palavra falada. ................................................................... 41 Figura 16 – Quadro com valores recomendados para ALcons% ............................. 42 Figura 17 - Distribuição dos raios sonoros em planta baixa. .................................... 43 Figura 18 - Formatos de ambientes com plateia, em planta baixa. .......................... 44 Figura 19 - Características de salas projetadas ou não para sons. .......................... 45 Figura 20 - Elementos difusores em paredes paralelas. .......................................... 46 Figura 21 - Reflexão sonora nos vértices internos dos ambientes. .......................... 46 Figura 22 - Representação esquemática da resposta impulsiva .............................. 48 Figura 23 - Resposta impulsiva de uma sala ............................................................ 49 Figura 24 - Tempo ótimo de reverberação a 500Hz de acordo com NBR 12.179/1992 .................................................................................................................................. 51 Figura 25 - Localização das cidades que possuem campus do IFRN ...................... 61 Figura 26 - Setorização do Campus Natal-Central do IFRN ..................................... 62 Figura 27 - Setorização do campus Central da UFRN ............................................. 63 Figura 28 - Localização das cidades que possuem campus da UFRN. ................... 64 Figura 29 – Edifício que abriga os blocos A, B e C do IFRN. ................................... 65 9.

(12) Figura 30 - Circulação e salas do Bloco B do IFRN. ................................................ 66 Figura 31 - Planta baixa do bloco B (primeiro pavimento elevado). ......................... 66 Figura 32 - Planta baixa do bloco C (segundo pavimento elevado). ........................ 66 Figura 33 - Sala de aula no IFRN. ............................................................................ 67 Figura 34 - Circulação central do Setor IV. ............................................................... 70 Figura 35 - Planta baixa do Setor IV da UFRN. ........................................................ 72 Figura 36 - Sala de aula G03 (menor profundidade). ............................................... 72 Figura 37 - Sala de aula I02 (bloco novo, com forro acústico).................................. 73 Figura 38 - Sala de aula A03 (bloco recente que se assemelha às salas antigas, como a sala B02). ............................................................................................................... 73 Figura 39 - Números mínimos de posições e decaimentos por método com destaque para método utilizado. ............................................................................................... 77 Figura 40 - Equipamentos do sistema de medição................................................... 79 Figura 41 - Pontos de medição nas salas do Padrão 01. ......................................... 82 Figura 42 - Pontos de medição nas salas do Padrão 02. ......................................... 82 Figura 43 - Pontos de medição nas salas do Padrão 03. ......................................... 83 Figura 44 - Pontos de medição nas salas do Padrão 04 e 05. ................................. 84 Figura 45 - Medição realizada na sala C06 com fonte omnidirecional ..................... 85 Figura 46 - Medição realizada na sala C06 com fonte direcional ............................. 86 Figura 47 - Medição realizada na sala C06 com estouro de balão ........................... 86 Figura 48 - Interface do módulo Room Edit do EASE (sala A03). ............................ 87 Figura 49 - Interface do EASE com representação da sala A03 modificada. ........... 90 Figura 50 - Sala na situação atual com destaque em verde para forro adicionado. . 91 Figura 51 - Sala na situação proposta com elementos acima do forro em linha tracejada.................................................................................................................... 91 Figura 52 - Características técnicas do forro escolhido para simulações de melhoria. .................................................................................................................................. 92 Figura 53 - Tempo de reverberação recomendado para as salas de aula estudadas em 500 Hz. .............................................................................................................. 100 Figura 54 - Relação entre TR a 500 Hz com outras frequências sonoras. ............. 101. 10.

(13) LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Classificação de frequências e bandas de oitava. ................................... 24 Tabela 2 - Valores aceitáveis de inteligibilidade. ...................................................... 32 Tabela 3 - Tempo de reverberação ótimo para salas de aula, segundo Building Bulletin 93. ............................................................................................................................. 52 Tabela 4 - Características das salas de aula do Padrão 01 ...................................... 68 Tabela 5 - Características das salas de aula do Padrão 02 ...................................... 69 Tabela 6 - Equipamentos utilizados nas técnicas de medição. ................................. 81 Tabela 7 – Distâncias lineares entre fonte e receptores no IFRN. ............................ 83 Tabela 8 - Distâncias lineares entre fonte e receptores na UFRN. ........................... 84 Tabela 9 - Coeficientes de absorção dos materiais utilizados nas simulações. ........ 89 Tabela 10 - Nomenclatura das soluções propostas. ................................................. 91 Tabela 11 - Tabela-resumo sobre as salas analisadas e metodologias utilizadas.... 94 Tabela 12 - Valores recomendados de Tempo de Reverberação a partir do valor para 500 Hz. .................................................................................................................... 101 Tabela 13 - Valores recomendados para parâmetros analisados. .......................... 104 Tabela 14 - Nível de ruído de fundo nas salas estudadas. ..................................... 104 Tabela 15 - Resultados das simulações para sala de aula do Padrão 01. ............. 125 Tabela 16 - Resultados das simulações para sala de aula do Padrão 01 (continuação). ................................................................................................................................ 126 Tabela 17 - Resultados das simulações para sala de aula do Padrão 03. ............. 131 Tabela 18 - Resultados das simulações para sala de aula do Padrão 03 (continuação). ................................................................................................................................ 132 Tabela 19 - Resultados das simulações para sala de aula dos Padrões 04 e 05. .. 137 Tabela 20 - Resultados das simulações para sala de aula dos Padrões 04 e 05 (continuação)........................................................................................................... 138 Tabela 21 - Tabela-resumo das etapas de pesquisa e resultados encontrados. .... 149 Tabela 22 - Diretrizes projetuais para salas de aula com boa qualidade acústica .. 151. 11.

(14) LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 - Coeficientes de absorção do gesso acartonado liso............................... 93 Gráfico 2 - Comparativo entre técnicas - Sala B01. ................................................. 96 Gráfico 3 - Comparativo entre técnicas - Sala B06. ................................................. 96 Gráfico 4 - Comparativo entre técnicas - Sala C01. ................................................. 96 Gráfico 5 - Comparativo entre técnicas - Sala C06. ................................................. 96 Gráfico 6 - Comparativo entre técnicas - Sala C20. ................................................. 96 Gráfico 7 - Comparativo entre o tempo de reverberação das salas do Bloco B. ...... 97 Gráfico 8 - Comparativo entre o tempo de reverberação das salas do Bloco C. ...... 97 Gráfico 9 - Comparativo entre T20 de salas do IFRN de volumes distintos. ............ 98 Gráfico 10 - Comparativo entre T20 de salas da UFRN de volumes distintos. .......... 99 Gráfico 11 - Tempo de reverberação - Padrão 01 B. ............................................. 107 Gráfico 12 - T20 - Padrão 01 B. ............................................................................... 107 Gráfico 13 - EDT - Padrão 01 B. ............................................................................ 107 Gráfico 14 - D50 - Padrão 01 B. .............................................................................. 107 Gráfico 15 - STI - Padrão 01 B. .............................................................................. 107 Gráfico 16 - ALcons% - Padrão 01 B. ....................................................................... 107 Gráfico 17 - Tempo de reverberação - Padrão 01 C. ............................................. 108 Gráfico 18 - T20 - Padrão 01 C................................................................................ 108 Gráfico 19 - EDT - Padrão 01 C. ............................................................................ 108 Gráfico 20 - D50 - Padrão 01 C. .............................................................................. 108 Gráfico 21 - STI - Padrão 01 C. .............................................................................. 108 Gráfico 22 - ALcons% - Padrão 01 C. ....................................................................... 108 Gráfico 23 - Tempo de reverberação - Padrão 02. ................................................. 111 Gráfico 24 - T20 - Padrão 02. .................................................................................. 111 Gráfico 25 - EDT - Padrão 02. ................................................................................ 111 Gráfico 26 - D50 - Padrão 02. .................................................................................. 111 Gráfico 27 - STI - Padrão 02. ................................................................................. 111 Gráfico 28 - ALcons% - Padrão 02. .......................................................................... 111 Gráfico 29 - Tempo de reverberação - Padrão 03. ................................................. 113 Gráfico 30 - T20 - Padrão 03. .................................................................................. 113 Gráfico 31 - EDT - Padrão 03. ................................................................................ 113 Gráfico 32 - D50 - Padrão 03. .................................................................................. 113 12.

(15) Gráfico 33 - STI - Padrão 03. ................................................................................. 113 Gráfico 34 - ALcons% - Padrão 03. .......................................................................... 113 Gráfico 35 - Tempo de reverberação - Padrão 04 A03. ......................................... 116 Gráfico 36 - T20 - Padrão 04 A03. ........................................................................... 116 Gráfico 37 - EDT - Padrão 04 A03. ........................................................................ 116 Gráfico 38 - D50 - Padrão 04 A03. .......................................................................... 116 Gráfico 39 - STI - Padrão 04 A03. .......................................................................... 116 Gráfico 40 - ALcons% - Padrão 04 A03. ................................................................... 116 Gráfico 41 - Tempo de reverberação - Padrão 04 B02. ......................................... 117 Gráfico 42 - T20 - Padrão 04 B02. ........................................................................... 117 Gráfico 43 - EDT - Padrão 04 B02. ........................................................................ 117 Gráfico 44 - D50 - Padrão 04 B02. .......................................................................... 117 Gráfico 45 - STI - Padrão 04 B02. .......................................................................... 117 Gráfico 46 - ALcons% - Padrão 04 B02. ................................................................... 117 Gráfico 47 - Tempo de reverberação - Padrão 05. ................................................. 118 Gráfico 48 - T20 - Padrão 05. .................................................................................. 118 Gráfico 49 - EDT - Padrão 05. ................................................................................ 118 Gráfico 50 - D50 - Padrão 05. .................................................................................. 118 Gráfico 51 - STI - Padrão 05. ................................................................................. 118 Gráfico 52 - ALcons% - Padrão 05. .......................................................................... 118 Gráfico 53 - Comparação entre T20 medido e simulado para o Padrão 01............. 120 Gráfico 54 - Comparação entre T20 medido e simulado para o Padrão 03. .......... 120 Gráfico 55 - Comparação entre T20 medido e simulado para os Padrões 04 e 05. ................................................................................................................................ 120. 13.

(16) LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS ALcons% - Perda na Articulação de Consoantes (Articulation Consonants Loss) B&K – Brüel & Kjær D50 – Definição (Definition) dB – Decibel DIRAC – software de acústica de salas EASE – software de simulação acústica (Enhanced Acoustic Simulator for Engineers) EDT – Tempo de Decaimento Inicial (Early Decay Time) Hz – Hertz IFRN – Instituto de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte IR – Resposta ao Impulso (Impulse Response) ISO – International Organization for Standardization ITGD – Inicial Time Delay Gap JND – Diferença mínima perceptível (Just Noticeable Difference) MLS – Maximum Length Sequence MNPS – Medidor de nível de pressão sonora NPS – Nível de pressão sonora SNR – Relação Sinal Ruído (Signal Noise Ratio) STI – Índice de Transmissão de fala (Speech Transmission Index) TR – Tempo de Reverberação UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. 14.

(17) INTRODUÇÃO As pessoas, em sua vivência em sociedade, utilizam-se da fala para estabelecer a comunicação, compartilhando informações, conhecimentos e histórias. Porém o simples ato de falar e escutar não é garantia de entendimento claro do que está sendo comunicado. “Um discurso produzido no interior de um cômodo deve ser claro e compreensível em todos os lugares deste cômodo” (NABELEK; NABELEK, 1985 apud NELSON; SOLI; SELTZ, 2002, tradução minha). Embora os autores se refiram a um ambiente genérico, esta condição essencial, em geral, não é encontrado em salas de aulas, recinto cuja compreensão da fala é imprescindível em seu uso. Escolas são lugares de aprendizagem em que a fala e a escuta são métodos primários de comunicação. A falta de condições adequadas de acústica em ambientes escolares é considerada crônica (KOWALTOWSKI; MOREIRA; DELIBERADOR, 2012). “Por que os problemas acústicos nas salas de aula são endêmicos, quando as soluções não são necessariamente caras? A principal razão não é a falta de recursos, mas falta de percepção do problema e suas soluções” (SEEP et al., 2002). Embora seja empiricamente considerada relevante em salas de aula, a acústica arquitetônica é, em geral, ignorada por profissionais de arquitetura e construção. Este problema é comumente detectado após o uso dos ambientes, quando as soluções se tornam mais difíceis e onerosas. Quando a mensagem falada não é claramente escutada pelos alunos, a compreensão do discurso é afetada e, consequentemente, o processo de aprendizagem é prejudicado (JAROSZEWSKI; ZEIGELBOIM; LACERDA, 2007), o que implica dizer que a inteligibilidade da fala possui um nível insatisfatório no recinto, isto é, a comunicação não é estabelecida por falta de entendimento do som da fala. A má qualidade acústica é uma barreira para o aprendizado à medida que deprecia ou inibe a comunicação oral, essencial neste ambiente (LUBMAN; SUTHERLAND, 2001). Portanto, de acordo com Lubman e Sutherland (2001), com boas condições acústicas em salas de aula, o processo de aprendizagem se torna mais fácil, mais fluido e menos estressante. Zwirtes (2006) apud Amorim (2007) aponta que a maioria dos trabalhos publicados na área de acústica de salas de aula evidencia a precariedade das condições 15.

(18) e suas consequências sobre o aprendizado. Os recursos investidos em melhoria, a fim de promover conforto acústico, ainda são vistos apenas como despesas e não como investimento em educação. Deve-se ressaltar que, apesar de mais oneroso, o custo de renovação ainda é pequeno se comparado aos custos sociais decorrentes de salas com baixa qualidade acústica, prejudiciais ao aprendizado de milhões de pessoas (SEEP et al., 2002). É necessário, portanto, na busca de soluções para o problema causado pelo ruído, considerar todas as soluções possíveis analisadas devido ao custo/benefício (LUBMAN; SUTHERLAND, 2001). Este estudo justifica-se pela relevância da qualidade acústica no processo de ensino-aprendizado. Intenciona-se investigar a condição sonora de salas de aula de duas instituições federais, que, em teoria, deveriam proporcionar à população boas condições de escolaridade, inclusive em sua infraestrutura. No entanto, modelos de salas de aula são reproduzidos em larga escala sem análises das condições acústicas e das consequências que podem ser causadas caso não haja qualidade sonora. Ademais, não existem pesquisas realizadas sobre a qualidade acústica de salas de aula na cidade do Natal/RN. Outra justificativa é a experiência pessoal da autora em uma instituição como aluna e em outra como professora, em que, em ambos os casos, sua percepção era de uma má qualidade acústica, o que influenciava diretamente em suas atividades. O objeto de estudo deste trabalho é a relação entre o projeto de arquitetura de escolas e a qualidade da acústica de salas de aula em instituições públicas construídas de modo típico. As instituições federais de ensino superior encontrados na cidade de Natal são a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) e o Instituto Federal de Ciências, Educação e Tecnologia do Rio Grande do Norte (IFRN). Ambas as instituições serão caracterizadas como o universo de estudo desta pesquisa. O objetivo geral desta pesquisa é compatibilizar a qualidade acústica de salas de aulas teóricas com diferentes características arquitetônicas em instituições federais de ensino superior em Natal, a fim de propor diretrizes básicas para a melhoria da qualidade acústica.. 16.

(19) Neste contexto, os seguintes objetivos específicos se farão necessários para cumprir o objetivo geral: (1) identificar as características construtivas das salas de aula do Instituto Federal do Rio Grande do Norte e da Universidade Federal do Rio Grande do Norte; (2) caracterizar as salas de aula do IFRN e da UFRN de acordo com os seus aspectos acústicos; (3) compatibilizar os parâmetros da qualidade acústica em cada padrão de salas de aula encontrados nessas instituições, no que diz respeito a diferentes técnicas de medição, a salas arquitetonicamente iguais, a variação de volume em função da altura e aos parâmetros de inteligibilidade; e (4) propor diretrizes básicas de acústica arquitetônica para as salas de aula destas instituições, considerando a replicação de soluções em salas padronizadas a partir dos resultados das simulações de propostas de melhoria. A presente pesquisa possui método de abordagem qualitativa de natureza aplicada, cuja metodologia consiste em procedimentos de pesquisa bibliográfica, pesquisa de campo e estudo de caso. A pesquisa de campo e o estudo de caso estão correlacionados, tendo em vista que foram escolhidas duas instituições como universo de estudo para pesquisas reais, aplicando-se o estudo de caso para posteriormente induzir as variáveis estudadas em outras situações, com dados coletados in loco nas referidas instituições para tal. Em seguida, tem-se a pesquisa experimental através de simulações de propostas para melhoria da qualidade acústica das salas de aula estudadas. Quanto à estrutura da dissertação, trata-se, no primeiro capítulo, do referencial teórico deste trabalho sobre os parâmetros acústicos considerados relevantes no estudo focado em salas de aula. Esse capítulo discorre sobre as características físicas do som, seu modo de propagação em recintos fechados e parâmetros objetivos que serão avaliados no estudo de caso deste trabalho. O segundo capítulo apresenta um breve memorial sobre os trabalhos mais recentes sobre o tema, considerando pesquisas nos últimos cinco anos. Neste capítulo é possível encontrar as recomendações de legislações nacionais e internacionais e estudos recentes sobre o tema. O terceiro capítulo contém os procedimentos metodológicos abordados nesta pesquisa. Este capítulo trata sobre as instituições e salas de aula escolhidas para o 17.

(20) estudo, bem como as metodologias trabalhadas nas medições in loco e nas simulações realizadas. Por fim, o quarto capítulo abrange os resultados encontrados nas medições e simulações realizadas para as salas de aula do Campus Natal-Central do IFRN e Campus Central da UFRN. Esses resultados são discutidos em análises sobre os dados encontrados nas situações reais e simulados em propostas de melhorias, indicando quais as soluções mais indicadas para as salas estudadas, que podem ser replicadas em salas iguais ou semelhantes.. 18.

(21) 1. PARÂMETROS ACÚSTICOS PARA SALAS DE AULA Este capítulo tem por finalidade apresentar conceitos fundamentais aplicados à acústica arquitetônica que tenham rebatimento na análise sonora de uma sala de aula. É necessário, para este estudo, o entendimento de parâmetros acústicos, tanto ao nível de fenômeno físico quanto subjetivo, a fim de conceber a relação entre eles e o ambiente construído. O conhecimento destes parâmetros se faz necessário para compreensão dos fenômenos sonoros recorrentes em salas de aula, aplicação de metodologias de procedimentos experimentais (testes subjetivos, medições acústicas e/ou simulações) e clareza nos resultados analisados, que serão baseados em recomendações normativas nacionais e internacionais. A seguir, serão abordados temas pertinentes à acústica em salas de aulas, englobando os parâmetros de qualidade sonora mais relevantes para este tipo de uso acústico; inteligibilidade, cujo conceito será amplamente aplicado nesta dissertação; e acústica geométrica, no que se refere à relação entre a forma da sala de aula e as suas interferências na distribuição sonora e na compreensão do som pelos alunos.. 1.1 Acústica de salas A acústica de salas é a área dentro da ciência acústica que trata dos problemas de propagação do som em um ambiente, representando a relação tempo-espaço-frequência do som no interior de um recinto fechado (BRANDÃO, 2016). Este tópico irá apresentar as características físicas e a propagação do som em recintos fechados no que é pertinente ao estudo aqui realizado. 1.1.1. Características físicas do som. O som é uma sensação causada no sistema auditivo humano decorrente de vibrações de partículas do ar (BISTAFA, 2011). Ao perceber a alteração da pressão ambiente em variação detectável pelo sistema auditivo, temos o que se denomina som. (BRANDÃO, 2016) define que o fenômeno sonoro é uma onda mecânica e longitudinal que se propaga por meios elásticos, dentre os quais o ar, e, como tal, envolve variações espaciais e temporais.. 19.

(22) No estudo da acústica arquitetônica, o conceito mais relevante é aquele do som como sensação sonora capaz de ser percebido pelo ouvido humano (SILVA, 2011). Porém é necessário entender, também, características físicas da onda sonora a fim de compreender como se dá o estudo do tema. A onda sonora, quando produzida, promove uma perturbação no meio – na arquitetura, considera-se sempre o ar –, alterando a pressão ambiente e transformando-a em pressão sonora. Este fenômeno provoca mudanças sucessivas de pressão de acordo com a energia com a qual foi emitida, direcionalidade, espaço e tempo (BISTAFA, 2011; BRANDÃO, 2016; SILVA, 2011). É possível observar, na Figura 1, a representação de uma onda sonora e algumas de suas propriedades. O eixo vertical retrata a variação de pressão, nos fenômenos de compressão (picos) e rarefação (depressões), a partir da referência da pressão ambiente, também chamada de centro de equilíbrio das partículas do meio. A variação da pressão ambiente até a pressão máxima (Pmáx) ou mínima (Pmín) é denominada Amplitude (A). Figura 1 - Características físicas da onda sonora.. Fonte: BISTAFA (2011), p. 19, modificada pela autora.. A menor variação de pressão possível de ser identificada pelo ouvido é 2x10-5 Pascal (Pa), o que determina a capacidade humana de escutar um som, chamado de limiar da audição. A variação mais alta de pressão sonora que o ouvido humano é. 20.

(23) capaz de suportar é denominada limiar de dor, sendo este valor variável entre 20 e 200Pa (BISTAFA, 2011). Este estímulo físico é o que mais associamos, como seres humanos, a sensação de som, seja este o zumbido de um mosquito ou uma banda de rock. Para medir essa percepção, utiliza-se a medida física denominada Nível de Pressão Sonora (NPS), que caracteriza a intensidade com a qual o som é notado. O NPS é calculado a partir da pressão sonora de referência tida como limiar da audição e é dado na escala logarítmica decibel (dB), conforme Equação 1 abaixo, em que Ps é a pressão sonora no ambiente e P0, a pressão sonora de referência, ambas expressas em Pascal (Pa). É convencionada que a P0 seja de 20 μPa, a menor variação detectável pelo ouvido o humano. 𝑁𝑃𝑆 = 20 ∙ log. 𝑃 , 𝑒𝑚 (𝑑𝐵) 𝑃. Equação 1. É definido como Período (T), também observado na Figura 1, o intervalo de tempo no qual a onda sonora completa um ciclo, isto é, varie sua pressão ao máximo e ao mínimo até retornar o ponto de valor original. A Frequência (f) da onda sonora é determinada pela quantidade de ciclos completados em 1s, cuja unidade no Sistema Internacional (SI) é Hertz (Hz) (BISTAFA, 2011). Na referida figura, está representada uma onda de menor frequência em linha contínua e uma de menor frequência em linha tracejada. Enquanto o Período é determinado por quantidade constante de ciclos (um ciclo) no tempo (variável), a Frequência é o inverso, sendo caracterizada pelo tempo constante (1 segundo) e variação de ciclos, que podem ser valores inteiros ou não (BRANDÃO, 2016). Percebe-se, na Figura 1, que a onda com maior período (T1) é aquela de menor frequência (BRANDÃO, 2016; SOUZA; ALMEIDA; BRAGANÇA, 2012). A qualidade relacionada à frequência é a altura, em que quanto menor a frequência do som, mais grave ou baixo dizemos que ele é, e quanto maior a frequência, mais agudo ou alto. Embora existam divergências entre autores, este trabalho irá considerar a classificação realizada por Bistafa (2011) e Carvalho (2010), na qual se tem que sons de frequência inferior a 200Hz são considerados graves, sons acima de 2000 Hz são tidos como agudos e a faixa entre estes são intermediários. 21.

(24) Figura 2 - Relação entre frequência e comprimento de onda.. Fonte: (ISBERT, 1998). Os seres humanos são capazes de detectar sons cujas frequências estão dentro do intervalo de 20 a 20000Hz. Porém a sensibilidade do ouvido humano é variável de acordo com a frequência dos sons, sendo maior para sons mais agudos e menores para sons mais graves. Em outras palavras, é necessário que a pressão sonora atinja maiores níveis em frequências mais baixas, faixa em que a sensibilidade do ouvido é menor. Contudo, em determinadas frequências não se faz necessário NPS muito intenso para o som ser detectado (BRANDÃO, 2016). A Figura 3 representa um gráfico de NPS x Frequência (em kHz), no qual é possível verificar que os limiares de audição e dor variam de acordo com a intensidade sonora com a qual cada frequência é percebida. Ao se tratar de frequência de onda sonora é importante ressaltar que os sons do cotidiano, como fala e música, são compostos por um espectro de frequências. Som de tom puro é aquele composto por apenas uma frequência, outros tipos de som são, em sua maioria, resultantes de combinações de tons puros em múltiplas frequências. A fala, tipo de som mais relevante para este trabalho, é exemplo de um som cujo espectro sonoro é caracterizado por várias frequências, sendo composta por sons ordenados e desordenados. A palavra falada é resultante de combinações entre vogais e consoantes, sendo estas últimas de menor potência (BISTAFA, 2011; SILVA, 2011). Os instrumentos de medição acústica fornecem informações sobre espectros sonoros em faixas ou, mais comumente, bandas de frequência. Estas são caracterizadas pela largura das mesmas, sendo o espectro de banda larga com faixas de largura variável. As mais utilizadas são as chamadas bandas de oitava. Nos filtros de 1/n oitava, a largura da banda é definida por uma porcentagem da frequência central (fc), de forma que esta também aumenta a medida que se aumenta a fc (BISTAFA, 2011).. 22.

(25) A Tabela 1 apresenta uma classificação das faixas de frequência, bem como as frequências centrais e de corte (limites) padronizadas da banda de oitava. Figura 3 - Níveis de audibilidade humana e conteúdo espectral de música e fala.. Fonte: ERMANN (2015), p. 19, modificada pela autora.. Outra característica física da onda sonora é o comprimento de onda, inversamente proporcional à frequência. Esta propriedade determina a distância percorrida pela partícula do meio de propagação, a partir de qualquer valor de pressão, até que seja completado o ciclo de variação de pressão sonora (BISTAFA, 2011). Considerando a faixa de frequência audível, Bistafa (2011) e Brandão (2016) relatam que a faixa de comprimentos de onda perceptíveis pelos seres humanos varia de 17mm a 17m, considerando o ar como meio de propagação. No tocante à voz humana, tem-se que a faixa de frequências atingidas são de 80 a 500Hz, sendo a voz masculina predominante na faixa dos 100Hz, enquanto a feminina e a infantil em torno de 220 e 300Hz, respectivamente. A energia sonora dos sons da fala está distribuída entre 100 e 10000 Hz, sendo predominantes entre 200 e 6000Hz (BISTAFA, 2011). 23.

(26) Kuttruff (2009) considera que as frequências fundamentais para a fala normal variam de 50 a 350 Hz, porém determina que salas para fala devem transmitir altas frequências com grande fidelidade. Isto se dá ao fato da inteligibilidade ser melhor quando as consoantes são bem entendidas e estas se concentram em tais frequências. As frequências fundamentais, no entanto, são menos importantes porque os ouvintes conseguem reconstruir estes sons com mais facilidade no discurso. Tabela 1 - Classificação de frequências e bandas de oitava.. Classificação. Faixa de frequência. Classificação dos sons. Infrassons. Abaixo de 20Hz. Não perceptíveis ao ouvido humano. Baixas frequências. De 20 a 200Hz. Sons graves. Médias frequências. Altas frequências. Ultrassons. De 200 a 2000Hz. Sons médios. De 2000Hz a 20000Hz. Sons agudos. Acima de 20000Hz. Não perceptíveis ao ouvido humano. Frequência central da banda de oitava (Hz). Limites da banda de oitava (Hz). --. --. 31,5. 22-44. 63. 44-88. 125. 88-177. 250. 177-355. 500. 355-710. 1000. 710-1420. 2000. 1420-2840. 4000. 2840-5680. 8000. 5680-11360. 16000. 11360-22720. --. --. Fonte: CARVALHO (2010), p. 27, e BISTAFA (2011), p. 96, adaptado.. A partir do exposto, vale ressaltar que a faixa de frequência audível e os limiares de audição e de dor são aspectos subjetivos do som, isto é, determinados pelo aparelho auditivo de cada pessoa a partir das características físicas da onda sonora. Há, ainda, um terceiro aspecto subjetivo, chamado direcionalidade do som. Os seres humanos são capazes, em sua maioria, de distinguir a direção de chegada do som, o que ocorre porque as pessoas possuem duas orelhas, capazes de perceber diferenças na amplitude da onda sonora que chega em uma ou outra orelha. Essa capacidade faz com que seja possível identificar a direção do som e possui relação com a forma como percebemos o espaço acústico em que estamos (BRANDÃO, 2016; SOUZA; ALMEIDA; BRAGANÇA, 2012). É importante salientar que a percepção de direcionalidade da onda sonora faz com que uma pessoa possa identificar em quais posições no ambiente há um melhor 24.

(27) entendimento do som. Em sala de aula, desconsiderando outros fatores influenciadores, um aluno pode perceber qual o melhor lugar na sala, considerando direção da voz do professor, direção de voz de outros alunos ou de equipamentos ruidosos existentes, como aparelhos de ar condicionado. A direção do som é identificada através da percepção de variação na intensidade sonora (I). Esta propriedade é definida por Bistafa (2011) como “a quantidade média de energia, na unidade de tempo, que atravessa uma área unitária perpendicular à direção de propagação da onda”, expressa em medidas de watt por metro quadrado (W/m²). A intensidade sonora está relacionada a amplitude da onda sonora, não interferindo na sua frequência (CARVALHO, 2010), como pode ser visto na Figura 4. Figura 4 - Relação entre intensidade sonora e características físicas da onda.. Fonte: CARVALHO (2010), p. 28.. É através da intensidade, grandeza vetorial, que se pode identificar a magnitude, direção e sentido de propagação da onda sonora, já que a intensidade do som decai à medida que percorre o seu caminho a partir da fonte sonora (ver Figura 5). Está fortemente relacionada, como sensação subjetiva, à pressão sonora, determinando quão intenso é o som que escutamos (BISTAFA, 2011; BRANDÃO, 2016; SOUZA; ALMEIDA; BRAGANÇA, 2012). Aplicando às salas de aula, implica dizer que quanto mais próximo do professor (fonte sonora), mais energia sonora o aluno (receptor sonoro) irá receber, o que interfere diretamente na percepção do som que ele possui. A cada vez que se dobra a distância entre fonte e receptor a intensidade sonora decai 6dB, desde que a relação entre a distância medida e a fonte seja satisfatória (Figura 6). Em casos de distâncias muito pequenas comparadas com o tamanho da fonte, o receptor encontra-se no campo próximo, sendo influenciado pelo tamanho da fonte (LONG, 2006). 25.

(28) Figura 5 - Intensidade da onda esférica: relação entre energia, área e distância.. Fonte: BISTAFA (2011). Figura 6 - Decaimento da intensidade sonora a partir do aumento da distância entre fonte e receptor.. Fonte: LONG (2006), modificada pela autora.. Porém a relação de distância e direcionalidade entre fonte e receptor sonoros não é a única variável que influencia nesta percepção. Outros fatores podem influenciar e um dos mais problemáticos é o que chamamos de ruído. Ruído, de acordo com as definições de Bistafa (2011) e Carvalho (2010), é todo som indesejável, normalmente com conotação negativa, sendo este um conceito subjetivo, já que cada pessoa possui diferentes sensibilidades e concepções em relação ao som. Miyara (2013) define que, tecnicamente falando, ruído é quando um som contém uma quantidade muito grande de tons puros emitidos simultaneamente. 26.

(29) Bistafa (2011) relata que ruídos são tidos como desagradáveis, porém alguns transmitem informações úteis, como alarmes, e que a eliminação total do ruído pode ser perturbadora para o ser humano, já que a permanência prolongada em ambientes muito silenciadores pode aumentar a sensibilidade auditiva a ponto de se escutar os próprios batimentos cardíacos. Na arquitetura, o ruído pode definir o conforto do usuário no ambiente em que trabalha ou vive, podendo afetar a audição da pessoa, quando muito forte, ao ponto de possibilitar danos permanentes ao ouvido ou interferir na concentração ao ouvir uma música ou ler um texto (DE MARCO, 1990). Portanto, é essencial destacar que nas situações cotidianas sempre estaremos expostos ao chamado ruído de fundo. Grunow (2008) define ruído de fundo como o “som que persiste na ausência de fontes sonoras no ambiente considerado”. Adaptando à sala de aula, o ruído de fundo mais comum é aquele proveniente de conversas na circulação adjacente, conversas na própria sala de aula e equipamentos de climatização (BRANDÃO, 2016). A análise de um ruído é realizada por meio das seguintes variáveis: nível de pressão sonora, do espectro, das características temporais, das atividades das pessoas, do período do dia, do tempo de exposição e das atitudes individuais (AMORIM, 2007). Embora o som tenha outras inúmeras características e variáveis, aquelas descritas neste tópico se fazem satisfatórias para a compreensão da acústica em salas de aula. Outros conceitos poderão ser explicados a medida que se façam necessários para o entendimento do exposto por este trabalho. 1.1.2. Propagação do som em recintos fechados. O som, como onda mecânica, precisa de uma fonte sonora que emita vibrações, para que seja produzido. Para cumprir sua função, é necessário que um receptor reconheça esta vibração e possua capacidade de decifrar a sua mensagem. Porém, para que o som produzido pela fonte sonora chegue até o receptor é necessário a existência de um meio elástico de propagação, já que ondas mecânicas não se propagam no vácuo. 27.

(30) Em arquitetura, consideramos principalmente o ar como meio de propagação, que pode estar confinado em um recinto fechado, como por exemplo, uma sala de aula, ou livre em espaços abertos, como um parque. Considerando que o foco deste trabalho é um recinto fechado, este tópico detém-se a explanação de propagação do som sob esta ótica. O som propagado em campo livre não possui interferência de obstáculos ou outras ondas. Em recintos fechados, a propagação da onda sonora sofre interferência das superfícies que delimitam o ambiente, sejam paredes, tetos ou pisos (BISTAFA, 2011). Ao atingir uma superfície, a energia sonora incidente (Ei) é dividida em duas parcelas: energia refletida (Er) e energia absorvida (Ea). Esta última é dividida em outros dois tipos de energia: energia dissipada (Ed) e energia transmitida (Et). Cada parcela de energia é dividida de acordo com as características dos materiais que compõem o ambiente (BISTAFA, 2011; SILVA, 2011). A Figura 7 representa este fenômeno graficamente com a incidência de uma onda sonora em uma parede, podendo ser aplicado a qualquer tipo de superfície e material. A partir do comportamento da onda sonora ao incidir sobre o material, podemos classifica-los de acordo com as suas características acústicas. “Se um material retém uma quantidade maior de ondas sonoras, transformando-as em energia térmica, dizemos que ele tem boa absorção acústica. Se o material reflete grande parte da energia sonora incidente, evitando que ela seja transmitida de um ambiente para o outro, caracteriza-se como um bom isolante acústico” (CARVALHO, 2010, p. 56).. Ao receber a onda sonora, o material das vedações vibra de acordo com a energia incidente, o que gera uma fonte sonora secundária, seja para os ambientes adjacentes ou para o próprio ambiente emissor (CARVALHO, 2010), refletindo parte dessa energia incidente de volta para o ambiente. Para entender como o som vai se propagar e se espalhar no ambiente é necessário saber como se dá o percurso do mesmo entre fonte sonora e receptor sonoro. Na acústica de salas, o interesse se dá na representação tempo-espaço-frequência 28.

(31) das ondas sonoras que são produzidas e propagadas no ambiente e como se dá essa propagação, com intenção de controla-la para que o ambiente se torne acusticamente mais adequado ao uso (BRANDÃO, 2016). Figura 7 - Incidência de onda sonora em superfícies.. Fonte: SILVA (2011), p. 73, adaptada.. A variável tempo se faz importante quando consideramos que existe um intervalo temporal entre a emissão e a recepção do som, influenciada, inclusive, pelas reflexões no ambiente, que aumenta em número à medida que o tempo passa. Ao ser emitido, o som é levado diretamente ao receptor (som direto), que também o recebe através das reflexões existentes nas superfícies da sala, como representado na Figura 8. Embora a escala de tempo seja consideravelmente pequena, em milissegundos, cada onda sonora chega no ouvido com uma diferença de tempo e, a depender do ambiente, pode gerar uma percepção sonora boa, ruim ou com eco (BRANDÃO, 2016). Vale ressaltar que as reflexões não são percebidas em separado do som direto, desde que seu atraso e intensidade relativa não ultrapasse determinados limites. O único efeito mais relevante é tornar a percepção do som mais demorada do que ele realmente é e elevar a intensidade aparente do som direto. Desde que essas reflexões deem suporte ao som direto, podem ser consideradas relevantes (KUTTRUFF, 2009). 29.

(32) Figura 8 - Percurso dos raios sonoros em recinto fechado.. Fonte: BRANDÃO (2016), p. 104.. A Figura 9 representa o intervalo de tempo entre a percepção do som direto e as sucessivas reflexões. É dado o nome de primeiras reflexões àquelas que refletem apenas uma vez antes de alcançar o receptor e de reflexões tardias aquelas que sofrem reflexões consecutivas até serem percebidas (SOUZA; ALMEIDA; BRAGANÇA, 2012). É importante frisar que a cada reflexão, parte da energia sonora é também absorvida e, portanto, a energia da onda decai a medida que incide repetidas vezes nas superfícies (BRANDÃO, 2016). Embora haja um decaimento de energia, as reflexões tardias são importantes para reforçar o som direto que, a depender da distância entre fonte e receptor, chega com energia insuficiente para um bom entendimento sonoro (BISTAFA, 2011). Figura 9 - Relação temporal da energia da onda sonora emitida.. Fonte: BRANDÃO (2016), p. 104.. Além da variável temporal, deve-se atentar para o índice de absorção ou reflexão de acordo com as frequências. Um ambiente bastante absorvente pode prejudicar o entendimento do som, já que as altas frequências são mais facilmente absorvidas, o que pode gerar um excesso de sons de baixas frequências (BRANDÃO, 2016). 30.

(33) Outro fator essencial para um bom desempenho acústico é a resposta espacial do ambiente, tendo em vista que o espaço permite diversos arranjos entre fonte e receptor sonoros. Deve-se almejar uma distribuição homogênea do som a fim de minimizar problemas relativos a posicionamento dos usuários. Por fim, é importante lembrar que o receptor possui uma característica inerente a ele, a percepção auditiva, que, embora subjetiva, deve ser levada em consideração no projeto acústico a fim de não prejudicar os usuários independente da sua natureza (BRANDÃO, 2016).. 1.2 Inteligibilidade A comunicação em sala de aula deve ser clara e compreensível, sendo influenciada diretamente por um fator acústico chamado inteligibilidade, que indica o grau de entendimento das palavras no interior de um ambiente e é primordial para ambientes de comunicação (CARVALHO, 2010). Este parâmetro depende dos efeitos de mascaramento de sons alheios ao discurso ouvido, principalmente aqueles derivados da reverberação excessiva e da baixa relação sinal/ruído, tornando-o uma variável mensurável de modo subjetivo ou analítico (LONG, 2006). O primeiro fator de dependência se refere ao tempo em que o som decai em uma sala após suas múltiplas reflexões. O segundo fator trata da relação entre o sinal emitido (voz do professor) e o ruído de fundo (externo, como pessoas falando nos corredores, ou interno, como o aparelho de ar condicionado) (SEEP et al., 2002). De acordo com estudos, como Amorim (2007); Brandão (2016) e Gomes; Bertoli (2005), a inteligibilidade da fala depende de diversos parâmetros, como: Nível de Pressão Sonora (NPS), Tempo de Reverberação (TR), Relação Sinal-Ruído (Signal-to-Noise Ratio - SNR), Tempo de Decaimento Inicial (Early Decay Time - EDT), Índice de Transmissão da Fala (Speech Transmission Index - STI), Definição (D50), Porcentagem de Perda na Articulação de Consoantes (ALcons%), Nível Critério (NC) e Nível de Interferência na Fala (SIL). Para este trabalho, os dois últimos parâmetros não serão considerados devido a limitações de medição in loco. A avaliação de inteligibilidade é realizada através de diversos métodos, sendo um deles a realização de um ditado de palavras normalizadas para um grupo de pessoas de audição normal. O resultado avaliado é baseado na taxa de acertos das 31.

(34) palavras, chamada de Índice de Discriminação da Fala (IDF) (FERNANDES, 2006). Um dos grandes problemas da realização destes testes é o alto custo por se tratar de pesquisa com uso de pessoas, além da necessidade de boa base estatística, isto é, grande amostragem (BRANDÃO, 2016). Considerando o uso acústico da palavra falada em salas de aula, o IDF deve apresentar resultados maiores que 90% em todos os pontos do ambiente para que a inteligibilidade da sala seja considerada ótimo. Índices mais baixos indicam que a sala deve ser modificada a fim de melhorar a qualidade acústica (FERNANDES, 2006; PEREIRA et al., 2004; SEEP et al., 2002). A Tabela 2 indica valores percentuais de inteligibilidade e a sua relação com a qualidade acústica da sala. Os outros parâmetros avaliados serão tratados em tópicos específicos. Tabela 2 - Valores aceitáveis de inteligibilidade.. Fonte: FERNANDES (2006). A avaliação analítica da inteligibilidade é realizada através de medições de parâmetros acústicos dentro das salas de aula. O tempo de reverberação e a relação sinal-ruído são os mais comumente medidos, já que possuem grande influência na inteligibilidade, à medida que prejudicam o grau de entendimento da fala quanto maior for o tempo de reverberação e menor for a relação sinal-ruído. Porém alguns estudos (AMORIM, 2007; BRANDÃO, 2016; GOMES; BERTOLI, 2005; PEREIRA et al., 2004; SEEP et al., 2002) relatam que somente esses parâmetros não produzem resultado satisfatório para medição de grau de inteligibilidade, sendo necessário o estudo de outros parâmetros supracitados, como o STI. A seguir, são apresentados os parâmetros considerados mais importantes para acústica de salas de aula, medidos com os equipamentos disponíveis no Laboratório de Conforto Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte.. 32.