1. Introdução
1.1. Considerações Gerais
Ao abordar o estudo de acústica de recintos é importante, do ponto de vista histórico, analisar os anfiteatros gregos e romanos, visto que estes foram os primeiros lugares concebidos com algumas preocupações a nível acústico. Os anfiteatros eram utilizados para declamações, dramas, canções, entre outros. Estes eram construídos junto a colinas em formas semicirculares com uma parede, na parte posterior do cenário, que reflectia o som. Esta preocupação de construir o anfiteatro junto a colinas tinha como objectivo reduzir o ruído de fundo e permitir a transmissão directa do som sem
interferência das cabeças dos espectadores como aconteceria se os assentos fossem na horizontal. A forma semicircular permite que um maior número de espectadores esteja mais perto dos actores e a construção da parede na parte posterior para alem de reflectir o som eliminava ruídos “do exterior”.
É importante diferenciar os recintos abertos, como os anfiteatros gregos e romano, dos recintos fechados que apareceram na época do renascimento italiano; toma-se como exemplo o teatro Olímpico de Vicenza. A implementação deste novo conceito de teatro desencadeou uma evolução na acústica arquitectónica. A noção de campo sonoro
reverberante torna-se essencial mas só no início do século XIX é que o estudo cientifico do comportamento de campos sonoros em recintos fechados e a caracterização acústica dos mesmos deu os seus primeiros passos, graças aos trabalhos de W. C. Sabine [M. López, 1998].
Entenda-se por acústica arquitectónica o ramo da acústica aplicada dedicada à compreensão da multiplicidade dos processos pelos quais o homem é afectado pelo ruído em edifícios.
A caracterização acústica de auditórios, como uma das áreas do vasto campo da acústica arquitectónica, teve um enorme avanço graças ao desenvolvimento tecnológico e aperfeiçoamento de equipamentos de precisão que proporcionaram aos especialistas um conjunto de dados exactos. Com base nesses dados exactos foi possível definir algumas regras importantes, com fundamento científico, para o design de salas com boas condições
2
acústicas deixando para traz os princípios empíricos ou comparativos que eram habitualmente utilizados.
Hoje em dia estamos permanentemente sujeitos a ruído e o conforto acústico tem-se tornado uma exigência, seja quando estamos em casa a descansar, no trabalho, em salas de aula ou simplesmente a passear num centro comercial. A legislação portuguesa é bastante específica naquilo que se refere ao isolamento de espaços mas quanto ao acondicionamento dos mesmos deixa muito a desejar. Salienta-se o caso de salas destinadas à palavra falada onde o único requisito é o tempo de reverberação que é claramente insuficiente para a caracterização e design de uma sala com boas condições acústicas. Na realidade existe todo um conjunto de parâmetros objectivos que devem ser considerados e um conjunto de regras a seguir que dependem da concepção geométrica do espaço, dos materiais a utilizar, do posicionamento dos mesmos e do volume da sala em causa, para o design de uma sala com boas condições acústicas. No âmbito deste trabalho estão as salas destinadas à palavra falada que devem possuir características acústicas específicas. Evidencia-se a necessidade de impedir a interferência de sons exteriores à sala evitando o efeito de mascaramento; isto é alcançável através de um bom isolamento. Quanto ao acondicionamento: deve existir uniformidade na distribuição do campo sonoro; a mensagem transmitida pelo orador deve ser recebida de forma clara em todos os pontos da sala; a inteligibilidade da mensagem é fulcral; deve-se procurar “potenciar”, através de reflectores, a fonte sonora; sempre que possível a distância entre fonte e receptor mais afastado deve ser minimizada para que o som directo chegue mais rapidamente e não haja influência negativa das ondas sonoras reflectidas e finalmente deve-se evitar sombras acústicas.
1.2. Objectivo
Este trabalho tem como objectivo principal a caracterização acústica de alguns auditórios de diferentes departamentos da Universidade de Aveiro construídos em alturas distintas. Em foco estarão as soluções construtivas dos mesmos e em que medida existe ou não uma progressão gradual, no conceber de auditórios com boas características acústicas. É necessário conhecer, à priori, as funções para as quais os auditórios foram construídos. Só assim será possível reconhecer se a sala apresenta boas condições acústicas ou não.
Quando nos referimos à qualidade sonora ou às boas condições acústicas de uma sala associamos estes conceitos a um conjunto de atributos acústicos subjectivos que venham de encontro às expectativas da experiência acústica do ouvinte.
Os requisitos para atingir boas condições acústicas em salas destinadas à palavra falada e salas para a audição de música são distintos. No caso de auditórios para a palavra falada a noção de boas condições acústicas está directamente ligada com a perfeita
percepção, em qualquer lugar da sala, da mensagem falada. Quando se analisa uma sala destinada à música a questão reveste-se de maior complexidade. Nesse tipo de salas o objectivo é conseguir um som agradável dependente das características da sala e não dos músicos.
Como tal recorrer-se à análise de índices objectivos (T60; EDT; D50; C80) obtidos tanto por modelação como medidos in situ, e conhecer as suas correlações com parâmetros subjectivos, será fundamental para uma caracterização adequada das salas em estudo [ISO 3382, 1997]. Será também feito a comparação e validação dos vários métodos de medição.
Salienta-se a utilização de dois métodos distintos sendo que um se baseia na excitação das salas por um ruído interrompido e outro na excitação por meio de um impulso (varrimento de senos). A medição por meio de um ruído interrompido será feito utilizando material calibrado e especifico para este tipo de medição enquanto que na outra medição (excitação por impulso) será utilizado um sistema de baixo custo não específico. Outra forma de obtenção de dados será por modelação sendo que esta ferramenta será testada com o intuito de determinar a facilidade de manuseamento do programa e os valores obtidos não serão comparados directamente com os medidos insitu dada a facilidade na manipulação de valores e a quase total inexistência de informação precisa sobre os coeficientes de absorção do material usado nas salas em causa.
Serão apresentadas soluções sempre que se verificar ser necessário procurando sempre evitar alterações de geometria, nas salas em causa, focando em soluções baseadas na alteração de materiais de revestimento.
4 1.3. Organização do trabalho
O trabalho está dividido em 6 capítulos da seguinte forma: o Capítulo 1.é destinado à Introdução, no Capítulo 2. são abordados os fundamentos teóricos; o Capítulo 3. aborda a metodologia aplicada; no Capítulo 4. efectua-se a determinação dos parâmetros acústicos objectivos; a análise comparativa de resultados é efectuada no capítulo 5 e o Capítulo 6.destina-se às conclusões. Nos primeiros 3 capítulos aborda-se a temática escolhida através da apresentação de conceitos teóricos, definições, correlações importantes e dados recolhidos. Nos 3 últimos capítulos será feita uma análise aos dados obtidos pela
modelação e medição in situ passando posteriormente para uma caracterização das salas em estudo e por fim pela proposta de possíveis soluções para melhorar o comportamento acústico das salas nos casos em que se afigura necessário.
2. Fundamentos Teóricos
2.1. Conceitos fundamentais da acústica aplicada
Nesta introdução serão apresentados os conceitos físicos aplicáveis na caracterização de espaços fechados.
Começando com a definição de acústica: acústica é um ramo da física dedicado ao estudo do som, sendo este o resultado da vibração de partículas, e consequente variação de pressão, em determinado meio físico elástico. A forma mais habitual de representar
graficamente um som “puro” é através dum gráfico sinusoidal demonstrando a variação de pressão ao longo do tempo. Desta representação gráfica é possível retirar o período (T) que não é mais que o tempo necessário para se dar um ciclo completo. A frequência (f) por sua vez é o inverso do período e representa o numero de oscilações ou variações de pressão por segundo. Outro parâmetro importante a referir é a amplitude de onda que representa a “força” com que sentimos determinado som. Quando a amplitude de onda é elevada o som é forte por outro lado quando a amplitude de onda é baixa o som é fraco. O Comprimento de onda é definido como sendo a distancia entre dois pontos consecutivos no mesmo estado de vibração, numa onda sinusoidal corresponderá à distancia entre dois picos de onda [G. Villarroig, J. Diez; 2006].
6
Figura 2.1 - Representação de comprimento de onda, frequência e amplitude [adaptado de
http://music.concordia.ca/].
É comum associar som aquilo que o ser humano ouve, contudo isto não é totalmente correcto, dado que o som audível para o ser humano está numa gama de
frequências entre os 20 Hz e 20 KHz. (i.e. a variação de pressão terá que ocorrer entre 20 a 20000 vezes por segundo para que seja perceptível para o ser humano). Dentro desta gama de frequências é possível distinguir três regiões diferentes dado que cada frequência de um som possui um tom distinto. A região que vai dos 125 Hz aos 250 Hz corresponde aos sons graves, dos 500 Hz a 1 KHz corresponde aos médios e finalmente dos 2 KHz aos 4 KHz corresponde aos sons agudos [G. Villarroig, J. Diez; 2006].
Ora todo o som que se encontra fora desta gama de frequências é igualmente considerado som, no caso da frequência ser inferior a 20 Hz trata-se de infra sons por outro lado se a frequência for superior a 20 KHz estamos perante ultra sons.
Figura 2.2 - Gama de frequências audíveis e intensidades sonoras [adaptado de
http://music.concordia.ca/].
Como foi referido anteriormente um som puro possui uma única frequência contudo a grande maioria do som que nos rodeia e que percepcionamos é na realidade bastante mais complexo e resulta da sobreposição de varias frequências. É então necessário analisar o som através de uma análise espectral. O espectro de frequências não é mais que um histograma onde figuram as frequências e respectivos níveis de pressão que constituem determinado som complexo. Para tal é comum utilizar bandas de frequência de uma oitava ou terços de oitavas, no caso de análises mais específicas, (uma oitava é uma banda cuja frequência mais alta corresponde ao dobro da frequência mais baixa). É conveniente definir os tipos de sons dado as suas características particulares. Som puro já foi definido anteriormente. Som harmónico é composto por um conjunto de frequências sendo que uma é a frequência fundamental (aquela de maior pressão) e as restantes são múltiplas da fundamental.
8
Figura 2.3 - Exemplo da formação de um som harmónico [adaptado de http://music.concordia.ca/].
Som aleatório ou não harmónico é composto por um conjunto qualquer de frequências, relacionados aleatoriamente e não necessariamente múltiplos da frequência fundamental. O ruído é um som aleatório constituído por um vasto conjunto de frequências muito próximas. Existem vários tipos de ruídos, sendo de salientar o ruído branco e rosa. O ruído rosa é um ruído caracterizado por um decréscimo de 3 dB por cada banda de oitava. O ruído branco por sua vez mantém a mesma intensidade sonora ao longo de todas as frequências [G. Villarroig, J. Diez; 2006].
Até este ponto têm sido analisadas as características gerais da natureza do som; passar-se-á agora a análise de algumas propriedades das ondas sonoras que são de extrema importância.
Difracção é um fenómeno que acontece quando uma onda sonora encontra um obstáculo e este impede parcialmente a livre propagação da mesma passando a onda a propagar-se numa direcção obliqua à direcção inicial passado o obstáculo [ARRANJAR UMA REFERENCIA]. Quando uma onda entra em contacto com um objecto o seu comportamento vai depender da frequência da onda. O objecto só se comporta como obstáculo quando o seu tamanho é bastante superior ao comprimento da onda incidente. Nestes casos a onda ressalta sobre a superfície incidente criando sombras acústicas.
Quando uma onda incide num objecto de tamanho similar ou menor do que o comprimento de onda, da onda incidente, esta “abraça” o objecto. No caso de uma onda incidir sobre uma superfície com uma pequena abertura, dessa abertura propagar-se-ão ondas idênticas às ondas incidentes em todas as direcções. Atendendo ao facto de que a gama de
frequências audíveis vai desde dos 20 Hz aos 20 KHz, isto corresponde a comprimentos de onda que variam entre 1,7 cm a 17m.
.
Figura 2.4 - Difracção de ondas sonoras [adaptado de http://music.concordia.ca/]. Interferências (ondas estacionárias) acontecem quando ondas que se propagam em sentidos opostos, se encontram e se sobrepõem. Quando determinada partícula é alcançada por duas frentes de onda que se encontram em fase estamos perante uma interferência construtiva reforçando a vibração dessa partícula. Quando as ondas não se encontram em fase, a interferência será destrutiva eliminando total ou parcialmente a vibração
dependendo das frequências das frentes de onda. Quando duas ondas de igual frequência e amplitude de onda, propagando-se em sentidos opostos, se encontram, cria-se uma onda estacionária que tende a não avançar.
10
Ressonância é um fenómeno físico que se dá quando um sistema que oscila com determinada frequência solicita outro sistema que possui frequência própria igual ao do primeiro. É graças a este fenómeno que se consegue ouvir som “através” de uma parede. Quando um som incide num determinado obstáculo este vibrará. Se a frequência do som incidente coincidir com a frequência própria do obstáculo (frequência à qual o objecto é mais sensível) este comportar-se-á como uma “fonte” emitindo ondas sonoras para ambos os lados [G. Villarroig, J. Diez; 2006].
Em alguns casos é possível tirar proveito da ressonância utilizando, por exemplo, painéis de madeira em salas para audição de música para gerar tons mais ricos. No design deste tipo de salas colocam-se paneis de madeira de tamanhos diferentes com frequências próprias diferentes aumentando a gama de frequências sujeitas ao fenómeno de
ressonância.
A utilização de paneis reflectores junto às fontes para intensificar as ondas sonoras emitidas, também se baseia no princípio do fenómeno de ressonância [J. Moore, 1978].
Percepção sonora e Escala logarítmica. Em muitas disciplinas da ciência utilizam-se escalas logarítmicas com o objectivo de comparar determinado valor com valores de referência. No caso da acústica utilizam-se as escalas logarítmicas para a determinação do nível de pressão sonora, nível de potência sonora e nível de intensidade sonora. Estes níveis são expressos na medida adimensional conhecida como decibel e resultam do quociente dos valores da pressão (em Pascal ou Newtons/m2) com a pressão referência (pressão referente ao limiar da audição P0=2x10-5 N/m2), da potência (em Watts) com a potência de referência (W0=10-12W) e da intensidade sonora (que não é mais que a potencia sonora por metro quadrado W/m2) com a intensidade de referência (I0=10-12W/m2), respectivamente. A utilização da escala logarítmica deve-se
essencialmente ao facto de, nesta área, se trabalhar com valores muito díspares e devido ao facto da percepção do som pelo ouvido humano se traduzir melhor em termos de um desenvolvimento logarítmico em vez de um desenvolvimento linear.
2.2. Som dentro de uma sala fechada
O comportamento das ondas sonoras está directamente associado ao meio em que estas se propagam. Se um conjunto de ondas se propagam num meio sem obstáculos estamos perante uma propagação livre onde não haverá embate em obstáculos, logo não haverá alterações a nível energético associado à reflexão e absorção.
Num recinto fechado sabemos que as ondas irão encontrar obstáculos e como tal estarão sujeitas a absorções e reflexões em cada embate.
Assim surge a necessidade de abordar conceitos como campo sonoro difuso, resposta impulsiva, decréscimo de som numa sala (associado às curvas de decaimento) e todo um conjunto de parâmetros acústicos objectivos que fazem todo o sentido serem referidos na análise de recintos fechados.
2.2.1. Campo sonoro difuso
As ondas sonoras em salas fechadas estão sujeitas a constantes reflexões e
absorções. O resultado disto são diferenças de pressão nos vários pontos da sala visto que para alem da pressão inerente ao som directo que chega a determinado ponto há que entrar em linha de conta com as constantes reflexões que passaram por esse mesmo ponto. Podemos então garantir que determinado ponto de uma sala, terá sempre pressão sonora superior a um ponto à mesma distância da fonte mas em campo livre [A. Monteiro, 2003].
2.2.2. Resposta Impulsiva e Curvas de Decaimento
A resposta impulsiva acústica não é mais que uma função temporal da pressão sonora em determinada sala após excitação do espaço por uma função que se aproxima da função delta de Dirac. Com base na resposta impulsiva temos uma descrição precisa do sistema [B. Masiero, F. Lazzetta, 2004]. A função delta de Dirac é uma função nula em todo o seu domínio exceptuando para x=0 onde toma valor infinito. É de referir que esta forma de definir a resposta impulsiva com base na função delta de Dirac é uma
12
simplificação menos rigorosa e conceptualmente representa um impulso unitário; logo a integração da função será:
Equação 1
onde a e b definem um intervalo que contenha 0. [K. Bryan, 2001].
Dado uma fonte radiante, a emitir um sinal sonoro, pouco tempo após o início da emissão do sinal, será estabelecido um estado de equilíbrio entre a energia absorvida pela sala e a energia emitida pela fonte. Quando esta fonte cessa a emissão sonora, a energia na sala irá decrescer gradualmente com o tempo, a uma rácio determinado pelo rácio de energia absorvido. Uma curva de decaimento traduz este gradual decrescer de energia e é muito útil na determinação de tempos de reverberação [L. Beranek, 1971].
2.2.3. Parâmetros acústicos objectivos e a sua relação com a caracterização subjectiva de uma sala
O objectivo deste trabalho é caracterizar a nível acústico alguns auditórios, destinados à palavra falada, de diferentes departamentos da Universidade de Aveiro.
Neste caso estaremos a analisar apenas salas destinadas à palavra falada e como tal é necessário conhecer os paramentos subjectivos de caracterização das salas a nível
acústico e associar estes a um conjunto de índices objectivos, mensuráveis e validados fisicamente.
A grande maioria dos índices objectivos advém da resposta impulsiva da sala. Esta resposta da sala ao impulso mecânico do som serve para calcular mais um conjunto de índices objectivos tais como:
Retardo Inicial (ITDG Initial Time Delay Gap) é o tempo que decorre entre o som directo e a primeira reflexão como ilustrado na figura 1. O ITDG está relacionado com o parâmetro subjectiva de "intimidade” [S. Bistafa, 2004]. Quando se analise uma sala, num ponto específico da mesma, tendo sido esta sujeito a um impulso, pode-se afirmar que o ITDG será tanto maior quanto maior for a sala, isto dado que as condições geométricas das salas são similares. O tempo necessário para a primeira reflexão atingir o ponto em
estudo depende essencialmente da geometria da sala e para vários pontos diferentes, na mesma sala, é de prever que o ponto central seja aquele onde o ITDG seja superior, visto que os elementos reflectores, paredes e tecto, estão mais afastados do mesmo.
Figura 2.5 - Exemplo de resposta impulsiva onde figura o som directo, primeiras reflexões e reflexões subsequentes do decaimento reverberante [S. Bistafa, 2004].
Tempo de reverberação é o tempo necessário para se dar o decaimento de 60 dB na intensidade ou nível de pressão sonora dentro de uma sala. Este índice objectivo foi proposto por W.C. Sabine e marca o início da acústica arquitectónica [W. Sabine, 1964]. Foi calculado a partir do inverso da integração da curva logarítmica de decaimento que se obtém de um impulso resposta [M. Schroeder, 1965]. A fórmula de Sabine, que relaciona o volume da sala e a área total de absorção, é de fácil utilização e cálculo. Este índice
objectivo é o mais utilizado na acústica de salas. Correlaciona-se com o sentido subjectivo de “Reverberância” da sala [L. Beranek, 1962; M. Barron, 1988; W. Chiang, 1991; H. Muller, 1992]. Existem outras fórmulas para a obtenção do tempo de reverberação, como a fórmula de Norris Eyring e Millington Sette. Contudo as duas fórmulas mais utilizadas são a fórmula de Eyring e a de Sabine que diferem na sua génese. A fórmula de Sabine
pressupõe que uma onda sonora ao propagar-se numa sala vai encontrando superfícies de embate uma de cada vez enquanto que a pressuposição por trás da fórmula de Eyring é de que todas as superfícies sofrem o impacto de uma onda de som directo em simultâneo e que os impactos que se seguem (das reflexões e igualmente em simultâneo), afectos de um decréscimo do coeficiente de absorção media da sala, estão separados por “mean free paths”. [L. Beranek, 2006]
14 Fórmula de Sabine
Equação 2
onde V é o volume da sala em metros cúbicos; A é a área total de absorção da sala em metros quadrados; ST é a área ocupada pela audiência e também a área ocupada pela orquestra (caso exista); Si é a área de superfícies altamente absorventes; SR, denominado “área residual de absorção”, é a área das restantes superfícies da sala; α é o coeficiente de absorção de Sabine de determinado material associado à área que o mesmo ocupa (o valor do coeficiente de absorção de determinado material varia consoante a área dai ser comum usar-se os valores de α para um metro quadrado) e m é a constante de atenuação energética para sons que se propagam no ar.
Formula de Eyring
Equação 3
onde todos parâmetros são iguais aos da formula de Sabine exceptuando o αey ´ que
é o coeficiente de absorção de Eyring para determinado material.
Tempo de decaimento Inicial (EDT Early Decay Time) é o tempo necessário para se dar o decaimento de 10 dB, numa curva de decaimento, multiplicado esse valor por 6. Este índice relaciona-se com a quantidade de reflexões, difusões ou claridade das ondas sonoras no auditório [A. Hamadah, M. Hamouda, 1997]. Este parâmetro terá um valor muito próximo do tempo de reverberação para decaimentos lineares e pode ser considerado mais importante e relacionado à percepção de “reverberância” enquanto que o tempo de reverberação estará mais relacionado com as propriedades físicas do auditório [ISO 3382, 1997].
Definição (Defintion D50). Quando ondas sonoras atingem as faces de uma sala fechada, estas são, em parte, reflectidas e absorvidas pelo material. Assim temos que ter em conta que para alem do som directo que atinge um ouvinte, as reflexões irão igualmente chegar a este, alguns milissegundos depois. Todas as reflexões que cheguem a um ouvinte em menos de 50ms, chamadas reflexões úteis, irão dar suporte ao som directo aumentando o nível sonoro (nível sonoro reverberante) e contribuindo positivamente para a
inteligibilidade da palavra [J. Lochner, J. Burger, 1964]. É comum aceitar, a duração de 50ms, como limite de perceptibilidade com respeito à palavra. É evidente que um excesso de reflexões tardias (depois dos 50ms) será prejudicial à percepção da palavra, sendo associado a reverberação excessiva e no caso de reflexões isoladas associado a ecos. Por outro lado na inexistência de reflexões (à semelhança da difusão sonora em campo livre) não haverá fortalecimento do sinal sonoro [S. Bistafa, 2004]. Este parâmetro foi proposta por Thiele e é a razão entre a energia recebida nos primeiros 50ms e a energia total
16
recebida [R. Thiele, 1953]. Pode ser calculado da resposta impulsiva pela seguinte equação [ISO 3382, 1997]:
Equação 4
Clareza (clarity C80) é muito similar ao parâmetro definição (D50) e existe alguma discrepância entre autores que não diferenciam os dois índices. Alguns autores referem-se a clareza ou definição (Clarity or Definition) como sendo o mesmo índice mas tendo a possibilidade de ser obtido para 50ms ou 80ms (C50 ou C80) [F. Iazzetta, F. Figueiredo, B. Masiero, 2004].
Consideremos a definição de clareza como aquela proposta por Reichardt [W. Reichardt, 1975]. A razão, em dB, ente a energia recebida nos primeiros 80ms do sinal recebido e a energia recebida posteriormente. Assim sendo assume-se os 80ms como limite de perceptibilidade para a musica, sendo aqui que reside a diferença, entre clareza e
definição. Pode ser calculado da resposta impulsiva pela seguinte equação [ISO 3382, 1997]:
Equação 5
Fracção Lateral LF: O som que embate frontalmente num ouvinte terá com certeza um efeito diferente daquele que atinge o mesmo lateralmente, dado o
posicionamento do ouvido humano. Ora a fracção lateral compara a energia sonora que atinge a cabeça do ouvinte lateralmente com a energia sonora total. Este índice objectivo correlaciona-se com o parâmetro subjectivo de impressão espacial e é uma medida do
“envolvimento” que a sala proporciona. Para medir a energia lateral utilizam-se microfones direccionais insensíveis, aos sons frontais e da retaguarda. A Fracção Lateral pode ser calculada da seguinte forma [ISO 3382, 1997]:
Equação 6
Correlação Cruzada Inter-Aural IACC: Relacionando-se ao parâmetro
subjectivo da impressão espacial este índice objectivo foca na medição da diferença entre o que é captado em cada um dos ouvidos, i.e. a similaridade dos sinais em cada ouvido. Quando o sinal é igual o seu valor é zero. Para sinais completamente distintos tomará o valor de um.
RASTI (Rapid Speech Transmission Index): para entender na plenitude este índice objectivo é importante abordar a questão da inteligibilidade da palavra. Antes de mais inteligibilidade da palavra não deve ser confundido com qualidade sonora. A inteligibilidade esta relacionado com um numero de itens de fala correctamente reconhecidos por um ouvinte enquanto que a qualidade sonora esta relacionado com a qualidade do sinal reproduzido tendo em conta a quantidade de distorções audíveis. Consideremos então a definição de Inteligibilidade da palavra como uma “medida associada à correcta percepção da fala”.
Quando se pretende medir a inteligibilidade e caracterizar determinado canal, entenda-se canal como sendo a sala, não podemos dissociar o canal, como elemento independente, dos ouvintes e oradores.
No presente trabalho não iremos determinar directamente a inteligibilidade, mas iremos sim recorrer àquilo que é conhecido como o método indirecto de caracterização da inteligibilidade. Na realidade ao recorrer a este método iremos determinar parâmetros físicos da sala e prever a inteligibilidade.
Existe outro método para a determinação da inteligibilidade, conhecido como o método directo ou subjectivo, que se baseia na utilização de oradores e ouvintes.
Recorre-18
se a vários testes (MOS - Mean Opinion Score, SRT – Speech Reception Threshold, DRT – Diagnostic Rhyme Test.) com o objectivo de determinar a inteligibilidade. Como foi referido anteriormente este método não será utilizado neste trabalho dado que para a realização dos testes necessários para a determinação da inteligibilidade é necessário um conjunto de ouvintes, um mínimo de 16 para alguns dos testes, que do ponto de vista logístico seria pouco viável [H. Steeneken, 2001].
2.3. Características acústicas a considerar numa sala 2.3.1. Utilização da sala
Como já foi referido nos objectivos o conhecimento à priori da utilização da sala é fulcral para o estudo acústico da mesma. Quando se elabora o estudo acústico de um espaço destinado à palavra falada existe todo um conjunto de considerações a ter em conta. Ter uma referência de tempos de reverberação óptimos de diferentes salas e de utilizações distintas, como se vê na figura 2.6, pode ser muito útil.
Figura 2.6 - Tempos de reverberação óptimos para vários tipos de sala e utilizações. [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/acoustic/].
Na figura 2.6. é possível ver intervalos de tempos de reverberação óptimos para varias utilizações e salas desde que sejam salvaguardadas as necessidades acústicas específicas. No caso dos auditórios o intervalo de referência para tempos de reverberação óptimos é entre 1.4 segundos e 2.0 segundos. Este intervalo pode ser ainda alargado ficando entre: 1.5 segundos e 2.5 segundos, sendo um intervalo muito pouco conservador. Será então conveniente aceitar intervalos de tempo mais baixos: entre 1.0 segundo e 1.6 segundos nas frequências medias 500Hz a 2KHz (Figura2.7).
20
Figura 2.7 - Tempos de reverberação para auditórios destinados à palavra falada e a audição musical [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/acoustic/]. Existe todo um conjunto de salas mundialmente conhecidas como sendo aquelas que apresentam as melhores condições acústicas para desempenhar a função para a qual foram construídas (Tabela 2.1; Figura 2.7.). Estas salas são utilizadas como referência e é importante conhecer os valores dos tempos de reverberação das mesmas.
Auditório Rt(125Hz) RT(500Hz) RT(2000Hz)
Symphony Hall, Boston 2.2 1.8 1.7
Orchestra Hall, Chicago - 1.3 -
Severance Hall, Cleveland - 1.7 1.6
Carnegie Hall, New York 1.8 1.8 1.6
Opera House, San Francisco - 1.7 -
Arie Crown Theatre, Chicago 2.2 1.7 1.4
Royal Festival Hall, London 1.4 1.5 1.4
Royal Albert Hall, London 3.4 2.6 2.2
Concertgebouw, Amsterdam 2.2 2.1 1.8
Kennedy Center, Washington 2.5 2.2 1.9
Tabela 2.1 – Tempos de reverberação de um conjunto de salas de referência [adaptado,
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/acoustic/].
Figura 2.8 - Variação do tempo de reverberação para o intervalo de frequências 125Hz-2KHz em três auditórios. [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/acoustic/].
Analisando os dados apresentados na tabela 2.1 e Figura 2.7 constata-se que o tempo de reverberação nas baixas frequências é claramente superior nos auditórios. Isto deve-se essencialmente ao facto do tipo de materiais utilizados nos auditórios possuírem maior capacidade de absorção na gama das médias e altas frequências como é o caso da madeira. Este assunto será abordado mais à frente nas condições físicas das salas.
22
1-A construção de edifícios para fins escolares, de investigação e de leitura deve cumprir os seguintes requisitos acústicos:
d) No interior dos locais que constam do quadro III do anexo ao presente regulamento, do qual faz parte integrante, considerados mobilados normalmente e sem ocupação, o tempo de reverberação T, corresponde à media aritmética dos valores obtidos para as bandas de oitava centradas nas frequências de 500Hz, 1000Hz e 2000Hz, deverá satisfazer as condições indicadas no referido quadro;
Figura 2.9 - Quadro III do Anexo do DL n.º 129/2002 de 11 de Maio.
DL n.º 129/2002 de 11 de Maio demonstra-se claramente insuficiente naquilo que se prende com auditórios destinados à palavra falada. Os auditórios não constam sequer no documento e mesmo que se considere um auditório como sendo uma sala de aula não é garantido que se obtenha uma melhoria do ambiente acústico e a satisfação de exigências funcionais de qualidade analisando apenas o tempo de reverberação.
Condições geométricas
Sabemos que salas de grandes dimensões têm um comportamento acústico pior comparativamente às salas de pequenas dimensões. Isto deve-se essencialmente ao facto de o som directo ter que percorrer uma distância maior ate atingir o ouvinte. Como é evidente distâncias maiores implicam perdas de energia nas ondas sonoras e um consequente decréscimo de intensidade sonora. As reflexões demorarão igualmente mais tempo a
chegar ao ouvinte acabando por ter um efeito prejudicial na percepção da palavra. Assim sendo, obter um campo sonoro uniforme torna-se mais difícil e garantir boas condições acústicas requer um estudo mais específico podendo ser necessário recorrer a um conjunto de soluções que poderão, eventualmente, passar pela utilização de sistemas de reforço electrónico.
A geometria de uma sala tem influência directa sobre o comportamento acústico da sala. A forma da sala permite: assegurar uma boa acústica e visibilidade para a audiência: melhorar a difusão do som; jogar com tempos de reverberação (dado que o volume e áreas de absorção, tudo parâmetros geométricos, são elementos utilizados para a determinação do tempo de reverberação) procurando homogeneíza-lo para as frequências 500Hz, 1000Hz e 2000Hz; reforçar o som recorrendo, por exemplo, a reflectores com
posicionamento específicos e suprimir defeitos dificilmente corrigíveis pelas qualidades dos materiais a usar, como ecos, interferências e sombras acústicas. Naquilo que se prende com a difusão uniforme do som existem algumas condicionantes geométricas importantes a referir. A utilização de paredes laterais paralelas altamente reflectoras irá produzir um efeito de “flutter echo” enquanto que recorrer a paredes laterais não paralelas e que façam um ângulo relativamente ao palco promove uma maior e mais uniforme dispersão do som. A utilização de paredes com variações significativas de relevo promove igualmente uma maior dispersão do som.
[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/acoustic/arcaco.html#c1].
Figura 2.10 - Difusão sonora para vários tipos de paredes laterais [http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/acoustic/].
24 Condições físicas
As condições físicas prendem-se essencialmente com os materiais e revestimentos. A escolha dos materiais não deve ter, exclusivamente, em vista o acondicionamento acústico mas deve haver um equilíbrio procurando ter em conta a funcionalidade, beleza e durabilidade dos materiais. Na grande maioria dos casos a escolha dos materiais não é feita com base nas propriedades acústicas sequer, mas a utilização das mesmas deve ser ajustada a satisfazer os requisitos acústicos. É importante a utilização de vários materiais visto que a capacidade de maior ou menor absorção varia consoante a frequência de material para material, podendo assim prever um tempo de reverberação uniforme em todas as
frequências [J. Moore, 1978]. Embora exista a necessidade de um tempo de reverberação uniforme em todas as frequências [J. Moore, 1978], não deve ser ignorado o problema da perda natural da percepção para baixas frequências. A perda de percepção para baixas frequências é uma característica da capacidade auditiva do ser humano, pois com o diminuir da intensidade sonora a capacidade que o ser humano tem de “ouvir” sons de baixa frequência diminui significativamente Esta “discriminação” das baixas frequências deve ser tida em conta na análise e design de salas. Uma forma de minimizar esta
“deficiência” da audição é impor tempos de reverberação superiores nas baixas frequências garantindo assim que o som directo constituído por baixas frequências seja intensificado pelas reflexões.Assim, será de esperar que em salas que apresentem boas condições acústicas os tempos de reverberação nas baixas frequências sejam 30% superiores ao tempo de reverberação médio.
[http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/acoustic/revlow.html#c3].
Das condições físicas depende a conservação do timbre e harmónica da onda sonora após reflexões várias [A. Monteiro, 2003].
3. Metodologia Aplicada
3.1. Escolha dos auditórios
A selecção dos auditórios foi feita essencialmente com base na altura de construção. Houve igualmente uma preocupação em escolher auditórios com soluções construtivas e de acondicionamento diferentes que reflectissem de certa forma a construção da época. O tamanho dos auditórios também foi uma característica ponderada sendo que se procurou sempre escolher auditórios mais pequenos exceptuando o auditório da Reitoria. Dos 5 auditórios escolhidos salienta-se a falta de projectos de especialidade de acústica em quase todos mais uma vez com a excepção do auditório da reitoria. A inexistência de estudos acústicos na maioria dos auditórios foi decididamente um factor motivador na escolha dos mesmos.
3.2. Descrição dos auditórios
Edifício 3 – este é o auditório mais antigo da Universidade. Tem um volume aproximado de 300 m3, logo será considerado um auditório de pequenas dimensões. O revestimento baseia-se essencialmente em madeiras e alcatifas.
Possui tecto falso realizado em réguas de madeira de mogno com acabamento em verniz-cera, com junta aberta, assentes sobre estrutura de madeira de pinho tratado.
O projecto refere que os pavimentos são de alcatifa rapada assente sobre betonilha queimada, mas constata-se que actualmente o pavimento é outro.
26
Fotografia 3.1 - Parede do auditório do edifício 3.
Fotografia 3.3 - Pormenor da mesa e cadeiras no “palco” no auditório do Edifício 3. Salienta-se a existência de cortinas, uma mesa corrida e várias cadeiras de madeira no “palco”.
No projecto figurava uma referência a tempos de reverberação inferiores a 1 segundo.
É necessário referir que a planta não esta coerente com a realidade e foram com certeza realizadas obras. A grande diferença que é visível é o acesso ao auditório que não coincide com o que está em projecto. O auditório apresenta dimensões inferiores ao indicado em planta.
Complexo pedagógico – O complexo pedagógico tem três auditórios de dimensões similares possuindo um volume de cerca de 650 m3 aproximadamente. Os revestimentos são diversos.
Relativamente aos tectos falsos suspensos estes são de gesso cartonado/prensado com 12,5 mm seguros por uma estrutura de fixação e apliques.
28
Fotografia 3.4 - Tecto falso do auditório do Complexo Pedagógico.
Os pavimentos foram realizados em alcatifa com pelo 100% Poliamidda com 4mm de Altura e de tecido base 100% Polipropileno. A base do pavimento é de mouse de látex de alta densidade e é contornado por um rodapé em Madeira de tola.
Existe um pequeno palco no qual podemos encontrar uma mesa e algumas cadeiras.
Fotografia 3.5 - Pormenor da mesa no palco do auditório do Complexo Pedagógico. Quanto às paredes foram realizadas em tijolo 30X20X15 com 2cm de reboco de cimentos areia a traço 1:5 e massa colorida de estrutura fina com 3mm.
Fotografia 3.6 - Auditório do Complexo Pedagógico.
Matemática – Este departamento possui vários auditórios sendo que os dois maiores serão objecto de estudo. Ambos os auditórios têm as mesmas dimensões e um volume de 340 m3 aproximadamente. Os revestimentos são os seguintes:
Tecto falso inclinado em gesso cartonado.
As paredes têm dois tipos de revestimento sendo que na parte inferior existe revestimento em madeira: réguas em faia, e na parte superior alcatifa mural.
Fotografia 3.7 - Auditório do departamento de Matemática. Quanto ao pavimento, foi utilizado um revestimento vinílico acústico.
30
Fotografia 3.8 - Pormenor do pavimento e das cadeiras de audiência do auditório do departamento de Matemática.
Tal como se verificava nos auditórios anteriores existe uma mesa e cadeiras no “palco”. Na entrada do auditório existe uma regi.
C.E.F.A.S.I. – Existem vários auditórios neste departamento e mais uma vez foram escolhidos os maiores para analisar. Estes auditórios apresentam uma particularidade que os difere dos restantes auditórios em estudo, possuem janelas com acesso ao exterior. Foi graças a esta particularidade que se escolheu este auditório não sendo a escolha baseada na época de construção. Na realidade o departamento de matemática e o C.E.F.A.S.I. foram construídos aproximadamente na mesma altura.
A existência de janelas tem um impacto directo no isolamento de sons aéreos exteriores e também no acondicionamento do som no interior da sala. Em primeira analise as janelas não são uma boa barreira para o som exterior influenciando no bom
comportamento acústico no interior da sala. Sabendo, à partida, que o vidro é um material altamente reflector a utilização deste material em auditórios influenciará os parâmetros a analisar.
O auditório em causa tem um volume de 280 m3 aproximadamente Os
revestimentos utilizados foram os seguintes: O tecto falso realizado em gesso cartonado.
As paredes, são em alcatifa e lambrim em faia muito semelhante aos auditórios do departamento de matemática.
Mais uma vez o pavimento é semelhante àquele utilizado no auditório do Departamento de matemática. Trata-se de um pavimento vinílico acústico.
Quanto às janelas, são em vidro Rochedo de 6 mm e de 2 folhas.
Reitoria – O auditório da reitoria é decididamente o maior dos auditórios em estudo, com um volume de 3000 m3. É o único auditório que tem projecto de especialidade acústica e uma maior gama de revestimentos acústicos.
32
Fotografia 3.10 - Auditório da Reitoria.
Fotografia 3.11 - Pormenor da parede traseira do auditório da Reitoria.
Fotografia 3.13 - Palco do auditório da Reitoria (lado Norte).
34
Tabela 3.1 – Volumes e áreas dos auditórios em estudo
Auditório Volume (m3) A paredes (m2) Aplanta (m2) Complexo Pedagógico (23.1.7) 655.46 106.66 156.30 C.E.F.A.S.I. (12.2.7) 285.3 98.45 89.50 Matemática (11.1.10) 336.40 105.60 103.48 Edifício III 291.70 104.36 125.70 Reitoria 3072.64 645.25 466.80 3.3. Metodologia utilizada 3.3.1. Recolha de dados
A recolha de dados referentes aos auditórios foi efectuada através de pesquisa nos arquivos da Universidade de Aveiro, através da consulta dos projectos dos edifícios. Foram obtidos os dados relativamente à geometria e materiais utilizados nos auditórios sendo que foram analisados plantas, cortes, mapas de acabamentos e pormenores acabando por ter um vasto conjunto de dados importantes para a modelação das salas no programa CATT e para conhecer as salas em causa.
A segunda fase da recolha de dados procedeu-se com a visita aos auditórios onde foi possível tirar fotografias e verificar se a informação retirada dos projectos,
efectivamente, estava correcta ou não. Nesta fase foram descobertas algumas diferenças e foram devidamente assinaladas.
3.3.2. Descrição dos trabalhos
Numa fase inicial o trabalho dividiu-se, essencialmente, em 3 partes. A primeira parte baseava-se, na recolha de dados e verificação da validade dos mesmos. A Segunda parte do trabalho prendia-se essencialmente com a pesquisa e obtenção de informação. Foi então que se criou uma linha de trabalho definindo com mais clareza os pontos abordar e a
estruturação da dissertação. Iniciou-se a pesquisa de forma mais generalizada procurando obter as bases da acústica aplicada necessárias para uma maior compreensão das matérias. A segunda parte da pesquisa já foi mais especifica procurando obter o máximo de
informação sobre o acondicionamento acústico de salas e em particular de salas destinadas à palavra falada. Finalmente a terceira parte do trabalho baseou-se na criação do texto com base na pesquisa feita, organização e formatação de todo o trabalho.
Terminado todo o trabalho de pesquisa passou-se para a fase “experimental” da dissertação, sendo que foi nesta altura que se realizaram todas as medições, terminou-se a modelação e obteve-se todo um conjunto de dados que proporcionaram uma análise objectiva dos auditórios.
Na fase experimental realizaram-se medições com o sistema da Bruel, medições recorrendo ao programa ACMUS e modelação com o programa CATT-Acoustic.
A parte final da dissertação prendeu-se com a caracterização dos auditórios e determinação de soluções construtivas e conclusões.
3.3.3. Parâmetros acústicos objectivos
Os parâmetros acústicos objectivos mais comuns foram referenciados no ponto 2.2.3 e serão analisados apenas alguns, sendo que serão obtidos tanto por modelação como por medição in situ.
Os parâmetros a analisar são: Tempo de reverberação T60;
Retardo Inicial (ITDG Initial Time Delay Gap); Clareza (clarity C80);
Definição (Defintion D50); EDT (Early decay time).
É importante referir que a maioria dos parâmetros serão obtidos recorrendo a medições sem utilização de um sonómetro mas sim através de um sistema de baixo custo controlado pelo software ACMUS.
36 3.3.4. Equipamento e software utilizado
O software utilizado para a modelação é o CATT-Acoustic v8.0 DEMO. Este programa é uma ferramenta bastante útil que permite cálculos complexos e até mesmo auralizações (é possível ouvir o som de uma sala antes de sua construção). Com este software as propriedades acústicas mais complexas podem ser usadas, calculadas e estudadas.
Nas medições acompanhadas pelo Professor Furtado Gomes e Aquino Monteiro foi utilizado um sistema da Bruel.
Analisador de ruído 2260 Bruel & Kjaer Calibrador sonoro 4231
Software noise explorer 7815 Cabo de ligação AO 1442 Mala de transporte KE 0371 Tripé UA 0801
Programa para acústica de edifícios BZ 7204 Software Qualifier 7830
Fonte sonora omnidireccional 4296 Mala de transporte KE 0365
Amplificador de potência 2716 Mala de transporte KE 0364
Tripé da fonte sonora omnidireccional 4296 Cabos de ligação AO 0523, AQ 0621 e AQ 0622 Transmissão dados sem fios
Receptor SR4000 Transmissor PT4000
Foram também realizadas medições recorrendo ao programa ACMUS para a determinação de um conjunto de parâmetros. Para tal foi necessário:
Computador Portátil (com o programa instalado) Intel Core 2 duo. Interface áudio “Edirol USB Interface UA-3”.
Microfone omnidireccional Nady
Amplificador QSC 2 canais 250W rms (só foi utilizado um canal) Coluna Kustom 8Ω 150 W
Cabos cânone-jack e cânone-canone
É de frisar que os resultados obtidos pelas medições recorrendo ao programa ACMUS apenas terão validade experimental.
38
4.
Determinação dos parâmetros acústicos objectivos
Para a determinação dos parâmetros acústicos objectivos é necessário conhecer os processos de medição apresentados na norma ISO 3382. Esta norma estabelece métodos de obtenção do tempo de reverberação através da resposta impulsiva bem como de fontes de ruído interrompido [ISO 3382, 1997].
Foram efectuadas medições utilizando duas metodologias distintas como foi referido no ponto 1.2. Será relatado todo o procedimento das medições e apresentados os dados das mesmas. Os resultados obtidos para cada auditório através de medições in situ serão comparados no ponto 5 deste trabalho.
4.1. Medições com sistema da Bruel
A medição efectuada é do tipo ruído interrompido.Para a realização deste tipo de medição recorre-se à emissão de um sinal de ruído de vasto ou curto espectro até que o campo sonoro estabilize; nesta altura a fonte é desligada e são medidos os tempos de reverberação para cada frequência. È importante assegurar que o ruído exterior, e em alguns casos ruídos na própria sala, não influenciem a medição. Como exemplo temos o auditório do Departamento de Matemática onde foi necessário desligar a ventilação que provocava um perturbação nas baixas frequências.
Apesar de, na norma ISO 3382, ser definido a importância de medir o tempo de reverberação em bandas de oitava de 63Hz a 4Khz para salas de audição musical e da palavra falada optamos por realizar a medição em bandas de terços de oitava. Foi utilizado uma coluna omnidireccional como indica a norma. Quanto ao numero de medições a realizar em cada posição esta definido na norma que deverão ser realizadas 3 medições em cada posição dada a característica aleatória do sinal da fonte, contudo isto não foi feito devido à limitação de tempo para realizar as medições em cada auditório. A determinação do tempo de reverberação com base na curva de decaimento é feita directamente no sonómetro e segue o indicado na norma sendo registado uma linha (“least-square fit line”) que se ajusta à curva de decaimento no intervalo de 5 a 30dB (correspondendo a
determinação do T30) e com base nessa mesma linha será calculado o tempo de reverberação [ISO 3382, 1997].
A apresentação dos resultados na forma de tabela e gráficos segue igualmente o estipulado na norma [ISO 3382, 1997].
Foi utilizado o seguinte material:
• Analisador de ruído 2260 Bruel & Kjaer • Calibrador sonoro 4231
• Software noise explorer 7815 • Cabo de ligação AO 1442 • Mala de transporte KE 0371 • Tripé UA 0801
• Programa para acústica de edifícios BZ 7204 • Software Qualifier 7830
• Fonte sonora omnidireccional 4296 • Mala de transporte KE 0365
• Amplificador de potência 2716 • Mala de transporte KE 0364
• Tripé da fonte sonora omnidireccional 4296 • Cabos de ligação AO 0523, AQ 0621 e AQ 0622 • Transmissão dados sem fios
• Receptor SR4000 • Transmissor PT4000
Apresenta-se de seguida o posicionamento da fonte e receptor em cada auditório bem como o número de medições realizadas e resultados das mesmas:
40
Auditório do Departamento de Matemática:
Figura 4.1 - Posicionamento do sonómetro para as varias medições no auditório Departamento de Matemática.
Auditório do Complexo Pedagógico:
Figura 4.2 - Posicionamento do sonómetro para as varias medições no auditório do Complexo Pedagógico.
42 Auditório do Edifício 3:
Figura 4.3 - Posicionamento do sonómetro para as varias medições no auditório do Edifício 3.
Auditório do C.E.F.A.S.I:
Figura 4.4 - Posicionamento do sonómetro para as varias medições no no auditório do C.E.F.A.S.I.
44
Tempos de Reverberação:
Nas tabelas 4.1 a 4.6 apresentam-se os valores do tempo de reverberação medidos em intervalos de terços de oitava nos vários auditórios estudados.
Auditório do Departamento de Matemática:
Tabela 4.1 - Tempos de reverberação (s) medidos no auditório do departamento de matemática em terços de oitava.
Frequência (Hz) Medições 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 1 - 3.45 3.54 2.42 2.62 1.86 1.97 1.58 1.50 1.30 1.29 1.28 1.25 1.13 1.08 1.03 2 - - - 2.23 2.13 2.78 2.44 3.15 2.89 1.43 1.32 1.47 1.36 1.16 1.06 1.18 3 - 3.09 4.13 4.00 2.25 2.31 3.76 2.07 2.56 1.41 1.48 1.36 1.27 1.15 1.02 0.99 4 - 3.22 3.21 3.04 2.52 2.09 1.72 1.73 1.45 1.36 1.39 1.35 1.26 1.24 1.03 1.03 5 - 2.74 2.80 5.14 2.06 2.12 1.84 1.69 1.40 1.28 1.29 1.34 1.25 1.14 1.03 1.04 6 - 2.81 2.85 5.25 2.04 1.92 1.85 1.74 1.44 1.32 1.35 1.31 1.23 1.05 1.03 1.08 7 - 3.66 2.36 1.95 2.31 3.25 1.55 1.99 1.69 1.50 1.48 1.25 1.24 1.15 1.09 1.06 8 - - - 2.79 3.47 2.38 1.84 1.89 2.17 1.49 1.42 1.38 1.25 1.19 1.07 1.06 9 - 6.98 4.54 2.83 2.54 2.34 2.91 3.47 5.19 1.36 1.30 1.32 1.21 1.18 1.05 1.08 10 5.42 10.09 2.70 3.07 2.15 2.00 1.63 1.76 1.43 1.42 1.31 1.37 1.23 1.16 1.02 1.06 11 4.28 3.37 3.03 2.66 2.08 2.04 1.94 1.72 1.56 1.39 1.40 1.29 1.16 1.18 1.02 1.00 12 2.74 3.51 2.29 2.41 2.00 2.60 2.00 1.77 1.65 1.35 1.45 1.30 1.26 1.13 1.05 1.06 13 3.83 4.09 2.62 2.46 2.14 2.15 1.76 1.69 1.52 1.36 1.44 1.34 1.22 1.15 1.04 1.04 14 - 3.32 5.57 2.96 2.07 2.10 2.01 1.75 1.57 1.47 1.29 1.26 1.15 1.12 1.06 1.03 15 2.84 4.95 2.32 2.48 2.47 1.81 1.82 1.47 1.42 1.29 1.30 1.34 1.15 1.14 1.00 1.01 16 - 4.43 5.89 4.54 2.33 2.08 2.31 2.11 2.16 2.36 1.94 2.09 2.40 1.26 1.02 1.04 Média 3.82 4.27 3.42 3.14 2.32 2.24 2.08 1.97 1.98 1.44 1.40 1.38 1.31 1.16 1.04 1.05 Desvio Padrão 0.98 1.92 1.13 0.99 0.35 0.36 0.54 0.53 0.93 0.24 0.15 0.19 0.28 0.04 0.02 0.04
Auditorio do Departamento de Matemática 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 Frequência (Hz) T em po d e R ev erb era çã o ( s)
Figura 4.5 - Gráfico dos Tempos de reverberação (s) medidos no auditório do departamento de matemática em terços de oitava.
46 Auditório do Complexo Pedagógico:
Tabela 4.2 - Tempos de reverberação (s) medidos no auditório do Complexo pedagógico com fonte emitindo ruído branco (1) e com impulso (2) em terços de oitava.
Frequência (Hz) Medições 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 1 - 2.15 1.99 1.52 1.77 1.93 1.70 2.03 2.05 1.96 1.56 1.55 1.31 1.24 1.14 1.06 2 3.14 4.94 2.25 2.55 1.98 2.03 2.20 2.06 2.25 1.71 1.68 1.55 1.40 1.34 1.25 1.14 3 - - 4.49 6.97 2.43 2.09 2.31 2.07 2.27 2.22 1.62 1.64 1.45 1.30 1.13 1.11 5 - 2.16 27.04 2.21 2.15 1.83 1.86 1.66 1.79 1.69 1.68 1.46 1.37 1.18 1.14 1.04 6 2.58 2.48 2.80 2.21 1.50 1.77 1.75 1.83 1.94 1.75 1.57 1.46 1.37 1.27 1.10 1.04 7 6.92 1.61 2.78 1.92 1.51 1.73 1.72 1.72 1.79 1.77 1.53 1.45 1.39 1.22 1.05 1.00 Média 4.21 2.67 6.89 2.90 1.89 1.90 1.92 1.90 2.02 1.85 1.61 1.52 1.38 1.26 1.14 1.07 Desvio padrão 1.92 1.10 8.53 1.73 0.35 0.12 0.22 0.16 0.18 0.17 0.05 0.06 0.03 0.04 0.05 0.04 Frequência (Hz) Medições 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 1 - - - 2.24 2.49 1.73 2.06 2.13 1.87 1.76 1.64 1.50 1.33 1.24 1.09 1.05 2 - - 2.25 1.79 1.45 1.70 1.41 1.77 1.94 1.73 1.51 1.42 1.33 1.20 1.04 0.99 3 - 1.19 - N/A 4.18 N/A 1.91 1.88 1.83 1.61 1.55 1.42 1.45 2.85 0.97 0.98 4 - 1.63 2.86 1.96 2.10 1.94 1.73 1.82 1.93 1.69 1.56 1.47 1.29 1.27 1.04 1.03 5 - N/A 3.09 N/A 3.09 3.72 5.44 1.78 2.08 1.82 1.58 1.51 1.38 1.25 1.17 1.10 6 2.81 2.06 2.08 2.15 1.94 2.02 1.65 1.76 1.78 1.64 1.62 1.48 1.39 1.22 1.17 1.11 7 - - - 4.29 2.48 2.57 1.75 2.06 1.93 1.79 1.66 1.49 1.37 1.18 1.06 1.02 8 - - - 1.31 14.55 9.37 5.08 3.68 1.99 1.70 1.52 1.43 1.31 1.16 1.02 0.95 Média 2.81 1.63 2.57 2.29 4.04 3.29 2.63 2.11 1.92 1.72 1.58 1.47 1.36 1.42 1.07 1.03 Desvio padrão 0.00 0.35 0.41 0.94 4.04 2.56 1.53 0.60 0.08 0.06 0.05 0.03 0.04 0.54 0.06 0.05
Auditorio do Complexo Pedagógico 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 Frequência (Hz) T emp o de R eve rb er aç ão ( s) Sinal de ruido Sinal impulsivo
Figura 4.6 - Gráfico dos Tempos de reverberação (s) medidos no auditório do Complexo pedagógico com fonte emitindo ruído branco (1) e com impulso (2) em terços de oitava.
Auditório do Edifício 3:
Tabela 4.3 - Tempos de reverberação (s) medidos no auditório do Edifício 3 em terços de oitava. Frequência (Hz) Medições 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 1 3.50 2.05 1.70 1.55 1.13 1.09 1.12 1.15 1.30 0.91 0.87 0.72 0.81 0.79 0.68 0.61 2 3.10 2.00 1.48 1.51 1.17 1.12 1.01 1.17 1.00 1.00 0.87 0.78 0.76 0.72 0.65 0.62 3 - 2.56 1.21 1.55 1.44 1.25 1.36 1.31 1.11 0.96 0.88 0.93 0.74 0.67 0.69 0.68 4 - 1.86 1.64 1.43 1.45 0.93 1.01 1.08 1.08 1.04 0.86 0.84 0.77 0.69 0.68 0.58 5 3.24 2.13 3.16 1.50 1.13 1.07 0.94 0.93 1.07 1.01 0.86 0.77 0.77 0.77 0.66 0.62 Média 3.28 2.12 1.84 1.51 1.26 1.09 1.09 1.13 1.11 0.98 0.87 0.81 0.77 0.73 0.67 0.62 Desvio Padrão 0.16 0.23 0.68 0.04 0.14 0.10 0.14 0.12 0.10 0.04 0.00 0.07 0.02 0.04 0.01 0.03
48 Auditório do Edifício 3 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 Frequência (Hz) T em p o d e R eve rb er aç ão ( s)
Figura 4.7 - Gráfico dos Tempos de reverberação (s) medidos no auditório do Edifício 3 em terços de oitava.
Auditório do C.E.F.A.S.I:
Tabela 4.4 - Tempos de reverberação (s) medidos no auditório do C.E.F.A.S.I. em terços de oitava. Frequência (Hz) Medição 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 1 - 5.40 2.38 1.30 1.19 1.17 0.83 0.87 0.81 0.53 0.55 0.58 0.55 0.58 0.68 0.63 2 2.98 1.74 1.58 1.41 1.45 1.33 1.05 0.92 0.89 0.70 0.58 0.46 0.58 0.56 0.57 0.57 3 1.68 2.02 1.58 1.39 1.13 1.06 1.04 0.83 0.70 0.58 0.75 0.64 0.56 0.58 0.62 0.58 4 2.50 1.98 1.70 1.52 1.31 1.11 0.94 0.85 0.66 0.83 0.81 0.61 0.54 0.57 0.61 0.65 5 - 1.80 1.39 1.36 1.13 1.11 1.14 1.02 0.71 0.63 0.68 0.62 0.56 0.61 0.63 0.60 Média 2.39 2.59 1.73 1.40 1.24 1.16 1.00 0.90 0.75 0.65 0.67 0.58 0.56 0.58 0.62 0.61 Desvio Padrão 0.53 1.40 0.34 0.07 0.12 0.09 0.10 0.06 0.08 0.10 0.09 0.06 0.01 0.01 0.03 0.03 Auditório do C.E.F.A.S.I. 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 Frequência (Hz) T em po d e R ev erb era çã o ( s)
Figura 4.8 - Gráficos dos Tempos de reverberação (s) medidos no auditório do C.E.F.A.S.I. em terços de oitava.
50 Auditório da Reitoria:
Tabela 4.5 - Tempos de reverberação (s) medidos no auditório da Reitoria em terços de oitava. Frequência (Hz) Medições 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 1 3.56 1.91 1.62 1.40 1.17 1.10 1.19 1.15 1.28 1.23 1.24 1.26 1.24 1.15 1.11 1.04 2 1.81 2.57 1.42 1.73 1.21 1.01 1.09 1.19 1.25 1.34 1.30 1.33 1.22 1.17 1.12 0.99 3 1.84 - 1.43 1.57 1.04 0.90 1.08 1.07 1.35 1.16 1.25 1.32 1.29 1.28 1.25 1.00 4 3.43 1.28 1.45 1.70 1.12 0.94 1.09 1.14 1.27 1.27 1.32 1.36 1.37 1.24 1.17 1.05 5 1.55 1.81 1.33 1.04 1.01 1.00 1.08 1.11 1.33 1.29 1.31 1.25 1.31 1.24 1.11 1.02 6 - 1.23 1.52 1.66 1.15 1.07 1.08 1.25 1.30 1.44 1.29 1.32 1.26 1.34 1.10 1.05 7 2.47 3.15 1.87 1.61 1.22 1.00 1.08 1.15 1.30 1.23 1.17 1.38 1.29 1.26 1.17 1.00 8 1.39 1.30 1.68 1.53 1.16 0.94 0.96 1.02 1.15 1.19 1.19 1.24 1.32 1.18 1.10 0.97 9 1.92 2.39 1.88 1.49 1.26 1.05 0.99 1.25 1.22 1.28 1.21 1.29 1.21 1.16 1.15 0.98 10 - 1.93 1.52 1.60 0.94 1.25 1.14 1.11 1.17 1.26 1.21 1.16 1.28 1.20 1.11 0.95 11 - 2.13 2.38 1.48 1.70 1.15 1.16 1.06 1.16 1.21 1.21 1.29 1.29 1.25 1.06 0.96 12 3.11 2.09 1.38 1.56 1.11 0.95 1.07 1.05 1.21 1.29 1.26 1.32 1.28 1.21 1.14 1.03 13 1.62 1.75 1.82 1.22 1.14 1.16 1.12 1.09 1.18 1.29 1.27 1.21 1.18 1.17 1.13 1.03 14 5.64 4.11 3.44 2.48 1.19 0.93 1.14 1.22 1.15 1.15 1.20 1.26 1.19 1.27 1.07 1.00 15 - 2.35 1.65 1.55 1.04 1.00 1.13 1.29 1.19 1.35 1.30 1.22 1.25 1.22 1.22 1.02 16 1.69 1.51 1.31 1.22 1.13 1.08 0.99 1.20 1.33 1.18 1.21 1.33 1.32 1.27 1.17 1.02 17 5.76 1.20 1.50 1.16 0.68 0.82 1.10 1.15 1.29 1.37 1.33 1.39 1.35 1.24 1.08 1.04 18 3.92 1.95 1.45 1.31 0.99 1.09 1.09 1.27 1.20 1.21 1.33 1.35 1.32 1.32 1.21 1.02 19 5.58 2.23 1.41 1.31 0.99 1.12 1.03 1.06 1.29 1.22 1.23 1.34 1.29 1.20 1.11 1.02 20 1.44 2.06 1.37 1.42 1.26 1.09 1.12 1.10 1.20 1.37 1.22 1.20 1.36 1.26 1.13 1.02 21 2.38 3.25 1.34 1.37 1.39 1.15 0.98 1.28 1.20 1.39 1.28 1.23 1.26 1.23 1.15 0.99 22 2.51 1.87 1.62 1.51 1.02 1.07 0.99 1.03 1.21 1.28 1.25 1.23 1.26 1.19 1.14 1.08
23 4.00 2.29 1.26 1.21 1.16 0.99 1.06 1.12 1.12 1.27 1.19 1.18 1.25 1.28 1.17 1.00 24 2.42 1.32 1.68 1.51 1.09 1.05 1.12 1.08 1.17 1.22 1.33 1.18 1.23 1.20 1.17 1.01 25 4.29 1.61 1.15 1.27 1.25 1.10 1.00 1.19 1.12 1.16 1.19 1.22 1.25 1.17 1.08 1.03 Média 4.26 2.40 1.62 1.48 1.14 1.04 1.08 1.15 1.23 1.27 1.25 1.27 1.27 1.23 1.14 1.01 Desvio padrão 6.08 1.80 0.44 0.27 0.17 0.09 0.06 0.08 0.06 0.07 0.05 0.06 0.04 0.04 0.04 0.02 Auditório da Reitoria 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 125 167 208 250 333 417 500 667 833 1000 1333 1667 2000 2667 3333 4000 Frequência (Hz) T em p o d e R eve rb er aç ão ( s)
Figura 4.9 - Gráfico dos Tempos de reverberação (s) medidos no auditório da Reitoria em terços de oitava.
52
Tempos de Reverberação (500Hz, 1KHz, 2KHz):
Tabela 4.6 - Valores médios dos tempos de reverberação para cada auditório nas bandas de frequência central 500Hz, 1000Hz e 2000Hz. Tempos de Reverberação Bandas de Frequência (Hz) Auditórios 500 1000 2000 Matemática 2.08 1.44 1.31 Complexo Pedagógico 1.92 1.85 1.38 Edifício 3 1.09 0.98 0.77 C.E.F.A.S.I. 1.00 0.65 0.56 Reitoria 1.08 1.27 1.27
Tempos de Reverberação em segundos (500Hz, 1KHz e 2KHz)
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 500 1000 2000 Frequências (Hz) T em po d e R eve rb er aç ão ( s) Matematica Complexo Pedagogico Edificio 3 C.E.F.A.S.I. Reitoria
Figura 4.10 - Gráfico dos valores médios dos tempos de reverberação (s) para cada auditório nas bandas de frequência central 500Hz, 1000Hz e 2000Hz. A análise dos tempos de reverberação será reduzida apenas às três bandas de frequência dos 500 Hz, 1KHz e 2KHz, visto que é esta a gama de frequências produzido pelo ser humano em conversação normal e onde o ouvido humano é mais sensível.
Não se verificou nenhuma anomalia no decorrer das medições exceptuando alguns casos onde para baixas frequências (entre os 125Hz e 250Hz) surgiram alguns problemas, nomeadamente a incapacidade do material medir valores para essas frequências. Contudo essas dificuldades foram superadas e não tiveram influência significativa na obtenção de dados e resultados fidedignos.
4.2. Medições recorrendo ao sistema de baixo custo ACMUS
O calculo do tempo de reverberação, bem como de um conjunto de outros parâmetros, através do método da integração da resposta impulsiva está claramente descrito e definido na norma ISO 3382.
No caso especifico destas medições recorreu-se à emissão de um sinal de
varrimento de senos (maximum-length sequence signal, tone sweep) e na captação do sinal amplificado bem como do sinal directo. A norma indica que o recurso aos sinais de
varrimento pode impor uma melhoria no ratio sinal-ruido contudo para a utilização destes sinais é necessário garantir os requisitos de espectro e direccionalidade da fonte, algo que estava limitado á partida dado que a fonte é de utilização corrente [ISO 3382, 1997]. O sinal de varrimento de senos não é mais que um sinal que se inicia nas baixas frequências e progride para as frequências mais altas. No programa fica o registo dos sinais e é possível obter a resposta impulsiva através de um processo comparativo entre o sinal captado e sinal directo.
Obtido a resposta impulsiva da sala, para cada medição, o programa determina a curva de decaimento através do método de Shroeder também conhecido como “Integrated impulse response method”, como indica a norma e os parâmetros D50; C80; EDT e LF com base nas equações indicadas no ponto 2.2.3. Quanto ao tempo de reverberação este valor poderá ser calculado, como indica a norma, com base no decaimento entre 5dB e -35dB considerando a linha de regressão linear adaptada para este intervalo [ISO 3382, 1997].
Com base nos parâmetros é possível concluir sobre a qualidade acústica da sala. Houve o cuidado de colocar o microfone exactamente nas mesmas posições que nas medições realizadas pelo sistema da Bruel, garantindo assim que o local de captação não fosse um factor que influenciasse na posterior análise e comparação de dados de cada tipo de medição (Figura 4.1 e Figura 4.4).
54
Figura 4.11 - Sinal de varrimento de senos e captação, no programa ACMUS.
Auditório do Departamento Matemática:
Fotografia 4.1 - Microfone de captação omnidireccional no auditório do departamento Matemática.
Fotografia 4.2 - Sistema de amplificação e coluna para realização de medições no Departamento de Matemática.
