Avaliação da qualidade sonora de um ciclo típico de operação de um refrigerador

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA

MECÂNICA

GIORDANODEMOLINER

AVALIAÇÃODAQUALIDADESONORADEUMCICLO

TÍPICODEOPERAÇÃODEUMREFRIGERADOR

Florianópolis 2017

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Giordano Demoliner

Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica. Orientador: Prof. Arcanjo Lenzi, Ph. D.

Florianópolis 2017

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Giordano Demoliner

Esta Dissertação foi julgada adequada para obtenção do Título de mestre em Engenharia Mecânica, e aprovada em sua forma final pelo programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.

Florianópolis, 04 de agosto de 2017.

_______________________________

Prof. Jonny Carlos da Silva, Dr. Coordenador do Curso

Banca Examinadora:

_______________________________

Prof. Arcanjo Lenzi, Ph. D. – Orientador Universidade Federal de Santa Catarina

_______________________________

Prof. Felipe Vergara, Ph. D.

Universidade Federal de Santa Catarina

_______________________________

Prof. Stephan Paul, Dr.

Universidade Federal de Santa Catarina

______________________________

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Dedico este trabalho à minha família e meus amigos pelo apoio.

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AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente aos meus pais Maria Ângela e Valmor Demoliner pelo apoio, amizade, amorosidade e por sempre terem investido no meu desenvolvimento profissional e pessoal.

A UFRGS, universidade na qual realizei minha graduação e que sem ela não estaria aqui. A alguns amigos de lá que fomentaram meu interesse pela pesquisa científica: Prof. Antonio Takimi, Prof. Letícia Fadel Miguel, Prof. Carlos Pérez Bergmann e Prof. Caio Marques.

Agradeço a UFSC e ao programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica dessa mesma universidade pela oportunidade de cursar este mestrado de alta qualidade em acústica, área da engenharia pela qual tenho um amor imenso.

Aos colegas e amigos do LVA que nestes 3 anos foram essenciais para transformar o laboratório em um ambiente de trabalho incrível, de aprendizado e grande amizade. Ao Diego e Aldren por terem me ajudado nos últimos meses do mestrado e pela grande amizade. Aos amigos que levarei para sempre no coração: Luiz Lenzi Neto, Júlio Hermes, Paulo Vitor, Olavo, Demitri, Lucas Kulakauskas, Fabio Kulakauskas, José Pedro e Wagner. Aos colegas e amigos do laboratório que ajudaram a revisar este trabalho: André Caetano, Jean Marcon, Leonardo Oceano, Ricardo Schaefer e Guilherme da Silva. Ao Prof. Stephan Paul por dicas importantes sobre psicoacústica.

A um ser humano incrível pelo qual tenho grande admiração, responsável por tornar o LVA um lugar tão especial, meu orientador e chefe Prof. Arcanjo Lenzi pela orientação, amizade, ensinamentos sobre engenharia e a vida.

A Embraco, empresa patrocinadora e motivadora dessa pesquisa, a disponibilidade do Luciano, Fernando Diaz, Igor Mannes e Ricardo Mikio Doi.

Aos técnicos do laboratório Rodrigo e Rafael pela ajuda durante a realização dos testes e a dona Sônia pelos cafezinhos caprichados no início da manhã e pela amizade.

Agradeço, ainda, ao povo brasileiro por ter investido na minha educação durante estes 21 anos, desde a primeira série do ensino

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fundamental, e graças a este povo hoje posso estar concluindo o mestrado em uma instituição pública com ensino de alta qualidade.

Finalmente, agradeço ao Universo e as causas e condições que propiciaram eu estar vivendo este momento aqui e agora.

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“O segredo da saúde mental e corporal está em não se lamentar pelo passado, não se preocupar com o futuro, nem se adiantar aos problemas, mas viver sabia e seriamente o presente.”.

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R

ESUMO

O conforto acústico do ser humano é um tema com relevância cada vez maior na sociedade. Este estende-se desde o conforto em locais públicos até o conforto com relação a eletrodomésticos. Nessa linha a qualidade sonora de refrigeradores torna-se um tema com grande importância para a melhora dos produtos e representa também característica crucial para a melhoria da competitividade. É de grande importância o desenvolvimento de modelos matemáticos para predição da preferência dos indivíduos com relação ao ruído e o desconforto proporcionado pelo mesmo. Tais modelos matemáticos foram elaborados com base em testes psicoacústicos realizados com 60 indivíduos que foram divididos em dois grupos: grupo 1 contendo indivíduos com experiência em acústica e o grupo 2 com indivíduos sem experiência em acústica. Eles avaliaram 24 sons de refrigeradores com 12 diferentes compressores instalados, sendo estes em diferentes condições de funcionamento. As preferências foram coletadas através de questionários, nos quais avaliou-se os sinais sonoros com relação a desagradabilidade, sensação de intensidade e agudeza proporcionadas. Os resultados obtidos que devido à falta de experiência em acústica, o grupo 2 tende a dar respostas mais dispersas com relação aos critérios avaliados quando comparado ao grupo 1. Os modelos matemáticos de predição obtidos trazem fortes indicativos quanto a exigência do grupo 1 com relação ao ruído do refrigerador, mostrando que o mesmo tende a ser mais exigente com relação as avaliações subjetivas realizadas. Também percebeu-se que o critério mais utilizado atualmente para avaliar ruídos com relação ao ser humano, o nível de pressão sonora (Lp,A,eq), é um critério razoável para

uma avaliação preliminar, mas para um estudo aprofundado a utilização de parâmetros acústicos adequado são de extrema importância para a compreensão dos fenômenos de acústica subjetiva.

Palavras-chave: Ruído de refrigeradores; Acústica subjetiva; Modelos

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A

BSTRACT

The acoustic comfort of the human being is a subject with increasing relevance in society. This extends from comfort in public places to comfort with regard to appliances. In this line the sound quality of refrigerators becomes a subject with great importance for the improvement of the products and also represents crucial characteristic for the improvement of the competitiveness. It is of great importance the development of mathematical models to predict the preference of the individuals with respect to the noise and the discomfort it provides. Mathematical models were elaborated based on psychoacoustic tests performed with 60 individuals that were divided into two groups: group 1 containing individuals with acoustic experience and group 2 with individuals without acoustic experience. They evaluated 24 sounds of refrigerators with 12 different compressors installed, these being in different operating conditions. The preferences were collected through questionnaires, in which the sound signals were evaluated in relation to the unpleasantness, sensation of intensity and acuity provided. Due to the lack of experience in acoustics, group 2 tends to give more dispersed responses with respect to the evaluated criteria when compared to group 1. The mathematical models of prediction obtained give strong indications as to the requirement of group 1 with respect to the noise of the refrigerator, showing that it tends to be more demanding with respect to the subjective evaluations performed. It was also noticed that the criterion most commonly used to evaluate noise in relation to humans, the sound pressure level (Lp,A,eq), is a reasonable criterion for a preliminary

evaluation, but for an in-depth study the use of parameters acoustics are of extreme importance for the understanding of subjective acoustics phenomena.

Keywords: Refrigerator noise; Subjective acoustics; Mathematical models of prediction; Psychoacoustic parameters.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1– Caminhos de transmissão sonora entre o compressor e o

refrigerador ... 36

Figura 1.2 – Manequim em ambiente de medição . ... 37

Figura 2.1 – Larguras de banda crítica em Hz ... 42

Figura 2.2 – Larguras de banda crítica em Bark ... 43

Figura 2.3 – Limites de mascaramento. ... 44

Figura 2.4 – Mascaramento de tons puros. ... 44

Figura 2.5 – Curva de igual sonoridade. ... 46

Figura 2.6 – Representação do parâmetro de razão tom-ruído. ... 49

Figura 2.7 – Escala discreta de 5 pontos com graduação numérica ... 52

Figura 2.8 – Escala discreta de 5 pontos com numeração somente nas extremidades da escala. ... 52

Figura 2.9 – Exemplo de uma escala de linha ou contínua ... 53

Figura 2.10 – Exemplo de uma possível diferencial semântico. ... 54

Figura 2.11 – Componentes de um diagrama de caixa: mediana, quartis, limites e valores discrepantes ... 57

Figura 3.1 – Configuração do ensaio de potência sonora do refrigerador em câmara reverberante. ... 59

Figura 3.2 – Ensaio de potência sonora do compressor em câmara reverberante... 60

Figura 3.3 – Medição de vibração em bancada. ... 61

Figura 3.4 – Ensaio de pulsação realizado. ... 62

Figura 3.5 – Aquisição de um sinal sonoro via manequim. ... 63

Figura 3.6 – Espectro do ruído de fundo antes e depois do isolamento acústico e espectro do NPS do refrigerador. ... 63

Figura 3.7 –TRs de 55 cozinhas típicas americanas ... 64

Figura 3.8 – TRs de 5 cozinhas típicas brasileiras ... 65

Figura 3.9 - TRs de 5 cozinhas de Florianópolis. ... 65

Figura 3.10 – Dimensões da sala utilizada para aquisição dos sinais sonoros. ... 66

Figura 3.11 – Tratamento acústico realizado na sala. ... 67 Figura 3.12 – Comparação do TR da sala de testes (antes e depois do tratamento acústico) com os resultados obtidos nas medições das

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cozinhas de Florianópolis com os valores obtidos por Jackson e

Leventhall (1972) e Conrado (2016). ... 67

Figura 3.13 – Locais onde houveram modificações nos compressores .69 Figura 3.14 – Indicação dos locais de monitoramento das temperaturas no refrigerador. ... 70

Figura 3.15 – Comparação entre as temperaturas das amostras CP1 e CP9 durante 4 ciclos de refrigeração. ... 71

Figura 3.16 – Monitoramento das temperaturas de 6 ciclos do refrigerador com o compressor de referência (CP1). ... 71

Figura 3.17 – Posicionamento do manequim para aquisição dos sinais sonoros. ... 72

Figura 3.18 – Comparação dos espectros sonoros de 2 ciclos diferentes para CP1. ... 73

Figura 3.19 – Fluxograma representativo do sistema de reprodução. ... 74

Figura 3.20 – Comparação entre sinal de entrada, saída e sinal corrigido para o sistema de reprodução. ... 75

Figura 3.21 – Diferença entre o sinal corrigido e o sinal de entrada. .... 75

Figura 3.22 – Questionários utilizados nos ensaios subjetivos. ... 77

Figura 3.23 – Indivíduo durante ensaio subjetivo. ... 78

Figura 4.1 – Lw, R em função de Lw, C. ... 81

Figura 4.2 – Lw, C e Lw, R em função amplitude da velocidade. ... 82

Figura 4.3 – Lw, C e Lw, R em função da pulsação na sucção. ... 83

Figura 4.4 – Lw, C e Lw, R em função da pulsação na descarga... 84

Figura 4.5 – Lp,A,eq dos sons 1-12. ... 86

Figura 4.6 - Espectros em bandas de terço de oitava do Lp,A,eq para C1. ... 87

Figura 4.7 – Espectros em bandas de terço de oitava do Lp,A,eq para C2. ... 88

Figura 4.8 – Espectros em bandas de terço de oitava do Lp,A,eq para C3. ... 88

Figura 4.9 – Parâmetros psicoacústicos calculados para os sons 1-12: (a) loudness, (b) roughness, (c) tonalidade e (d) sharpness. ... 89

Figura 4.10 – Desagradabilidade dos sons 1-12 conforme avaliação do grupo G1... 90

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Figura 4.11 – Desagradabilidade dos sons 1-12 conforme avaliação do grupo G2. ... 91 Figura 4.12 – Comparação dos modelos de desagradabilidade para os sons 1-12 com VD. ... 92 Figura 4.13 – Árvore de regressão linear para os modelos de

desagradabilidade: (a) DG13 e (b) DG22. ... 92 Figura 4.14 – Sensação de intensidade provocada pelos sons 1-12 conforme avaliação do G1. ... 93 Figura 4.15 – Sensação de intensidade provocada pelos sons 1-12 conforme avaliação do G2. ... 94 Figura 4.16 – Comparação dos modelos de sensação de intensidade para os sons 1-12 com VD. ... 95 Figura 4.17 – Árvore de regressão linear para os modelos de

intensidade: (a) IG12 e (b) IG22. ... 95 Figura 4.18 – Sensação de agudeza provocada pelos sons 1-12 conforme avaliação do G1. ... 96 Figura 4.19 – Sensação de agudeza provocada pelos sons 1-12 conforme avaliação do G2. ... 97 Figura 4.20 – Comparação dos modelos de sensação de agudeza para os sons 1-12 com VD. ... 98 Figura 4.21 – Árvore de regressão linear para os modelos de predição da sensação de agudeza: (a) AG13 e (b) AG23. ... 98 Figura 4.22 – Lp,A,eq dos sons 13-24. ... 99

Figura 4.23 – Espectro do Lp,A,eq em bandas de terço de oitava do ruído

do ventilador. ... 100 Figura 4.24 – Espectros em bandas de terço de oitava do Lp,A,eq para C4.

... 100 Figura 4.25 – Espectros em bandas de terço de oitava do Lp,A,eq para C5.

... 101 Figura 4.26 – Espectros em bandas de terço de oitava do Lp,A,eq para C6.

... 102 Figura 4.27 – Parâmetros psicoacústicos calculados para os sons 13-24: (a) loudness, (b) roughness, (c) tonalidade, (d) sharpness e (e) razão tom-ruído. ... 102

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Figura 4.28 – Desagradabilidade dos sons 13-24 conforme avaliação do grupo G1... 104 Figura 4.29 – Desagradabilidade dos sons 13-24 conforme avaliação do grupo G2... 105 Figura 4.30 – Comparação dos modelos de desagradabilidade com VL. ... 106 Figura 4.31 – Árvores de regressão linear para os modelos de

desagradabilidade: (a) DvG13 e (b) DvG24. ... 106 Figura 4.32 – Sensação de intensidade dos sons 13-24 conforme

avaliação do grupo G1. ... 107 Figura 4.33 – Sensação de intensidade dos sons 13-24 conforme

avaliação do grupo G2. ... 108 Figura 4.34 – Comparação dos modelos matemáticos de sensação de intensidade com VL. ... 109 Figura 4.35 – Árvores de regressão linear para os modelos de

intensidade: (a) IvG12 e (b) IvG24... 110 Figura 4.36 – Sensação de agudeza dos sons 13-24 conforme avaliação do grupo G1. ... 111 Figura 4.37 – Sensação de agudeza dos sons 13-24 conforme avaliação do G2. ... 112 Figura 4.38 – Comparação dos modelos matemáticos de sensação de agudeza com VL. ... 113 Figura 4.39 – Árvores de regressão linear para os modelos de agudeza: (a) AvG13 e (b) AvG24. ... 113 Figura 4.40 – Comparação das medianas obtidas com a predição a partir do Lp,A,eq, para a desagradabilidade: (a) G1 com VD, (b) G2 com VD,

(c) G1 com VL e (d) G1 com VD. ... 114 Figura 4.41 – Comparação das medianas obtidas com a predição a partir do Lp,A,eq, para a intensidade: (a) G1 com VD, (b) G2 com VD, (c) G1

com VL e (d) G1 com VD. ... 115 Figura 4.42 – Comparação das medianas obtidas com a predição a partir do Lp,A,eq, para sensação de agudeza: (a) G1 com VD, (b) G2 com VD,

(c) G1 com VL e (d) G2 com VL. ... 117 Figura 4.43 – Comparação dos modelos de desagradabilidade para VD e VL. ... 117

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Figura 4.44 – Comparação dos modelos de intensidade para VD e VL. ... 119 Figura 4.45 – Comparação dos modelos de agudeza para VD e VL... 119

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LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 – Parâmetros psicoacústicos utilizados no trabalho. ... 45 Tabela 3.1– Relação das amostras sonoras obtidas com as respectivas modificações nos compressores. ... 69 Tabela 3.2 – Critérios de avaliação. ... 77 Tabela 4.1 – CD e RMSE para predição da desagradabilidade a partir do Lp,A,eq. ... 115

Tabela 4.2 – CD e RMSE para predição da intensidade a partir do Lp,A,eq. ... 116

Tabela 4.3 – CD e RMSE para predição sensação de agudeza a partir do Lp,A,eq. ... 116

Tabela 4.4 – CD’s e RMSE dos modelos de desagradabilidade. ... 118 Tabela 4.5 – CD’s e RMSE dos modelos de intensidade. ... 118 Tabela 4.6 – CD’s e RMSE dos modelos de agudeza. ... 120

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

DIN Deutsches Institut für Normung

ECMA European Computer Manufacturers Association LVA Laboratório de Vibrações e Acústica

LMAE Limite máximo esperado LMIE Limite mínimo esperado

LVA Laboratório de Vibrações e Acústica

ISO International Organization for Standardization NBR Normas brasileiras

TR Tempo de reverberação VD Ventilador desligado VL Ventilador ligado

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LISTA DE SÍMBOLOS

Alfabeto latino:

𝐴𝐺1 Agudeza para o grupo 1 𝐴𝐺2 Agudeza para o grupo 2

𝐴𝑣𝐺1 Agudeza para o grupo 1 com ventilador ligado

𝐴𝑣𝐺2 Agudeza de para o grupo 2 com ventilador

ligado

𝐵 Banda crítica

𝐷𝐺1 Desagradabilidade para o grupo 1 𝐷𝐺2 Desagradabilidade para o grupo 2

𝐷𝑣𝐺1 Desagradabilidade para o grupo 1 com

ventilador ligado

𝐷𝑣𝐺2 Desagradabilidade para o grupo 2 com

ventilador ligado 𝐸𝑟𝑢í𝑑𝑜 Energia do ruído

𝐸𝑡𝑜𝑚 Energia do tom puro

𝑓 Frequência

𝑓𝑚𝑜𝑑 Frequência de modulação

𝑓𝑡𝑜𝑚 Frequência da componente tonal

𝑔 Fator dependente da banda crítica 𝐼 Intensidade sonora da banda crítica 𝐼𝐿𝑆 Intensidade sonora no limiar da audição

𝐼0 Intensidade sonora de referência

𝐼𝐺1 Intensidade para o grupo 1 𝐼𝐺2 Intensidade para o grupo 2 𝐼𝑣𝐺1

Intensidade para o grupo 1 com ventilador ligado

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𝐼𝑁𝑇 Intervalo interquartílico

𝐿 Loudness

𝐿′ Loudness específico

Lp,A,eq

Nível de pressão sonora equivalente ponderada em A

𝐿𝑝,𝐹 Nível de pressão sonora do refrigerador

𝐿𝑝,𝐹𝑅 Nível de pressão sonora da fonte de referência

𝐿𝑊,𝐶 Nível de potência sonora do compressor

𝐿𝑊,𝐹 Nível de potência sonora do refrigerador

𝐿𝑊,𝐹𝑅 Nível de potência sonora da fonte de referência

𝑙𝑜𝑔2 Logaritmo de base 2

𝑛 Número de variáveis do modelo 𝑛 − 𝑝 Número de graus de liberdade do erro

𝑁𝑃𝑆 Nível de pressão sonora 𝑄1 Primeiro quartil

𝑄2 Segundo quartil

𝑄3 Terceiro quartil

𝑅 Roughness

𝑅2 _{Coeficiente de determinação global}

𝑅𝑎𝑗2 Coeficiente de determinação global ajustado

𝑆 Sharpness

𝑆𝑄𝐸 Soma dos quadrados dos erros

𝑆𝑄𝑇 Soma total corrigida dos quadrados

𝑇 Tonalidade

𝑇1 Temperatura ambiente

𝑇2 Temperatura na carcaça do compressor

𝑇3 Temperatura no tubo de descarga

𝑇4 Temperatura no evaporador

𝑡𝑎𝑛 Tangente

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𝑉𝑖𝑏𝑥 Velocidade no eixo 𝑥

𝑉𝑖𝑏𝑦 Velocidade no eixo 𝑦

𝑉𝑖𝑏𝑧 Velocidade no eixo 𝑧

𝑉𝑖𝑏𝑒𝑞 Velocidade equivalente

𝑥𝑘 Variáveis independentes (explicativas)

𝑌 Variável dependente (explicada)

𝑧 Escala Bark

Alfabeto grego:

𝛽𝑘 Parâmetros a serem determinados

∆𝐿𝐸 Amplitude de modulação

∆𝐿𝑓𝑔𝑟𝑢𝑝𝑜 Largura de banda da frequência de grupo

∆𝐿𝑡𝑜𝑚 Largura da banda de frequência do tom puro

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SUMÁRIO

1 Introdução ... 35 1.1 Apresentação do problema ... 35 1.2 Objetivos... 37 1.2.1 Objetivo Geral ... 37 1.2.2 Objetivos Específicos ... 38 1.3 Estrutura do trabalho ... 38 2 Fundamentação teórica ... 41 2.1 Psicoacústica ... 41 2.1.1 Bandas críticas ... 41 2.1.2 Efeito de mascaramento ... 43 2.2 Parâmetros psicoacústicos ... 45 2.2.1 Loudness ... 45 2.2.2 Roughness ... 47 2.2.3 Sharpness ... 48 2.2.4 Tonalidade ... 49 2.2.5 Razão tom-ruído ... 49 2.3 Júri de teste ... 50 2.3.1 Ambiente de teste ... 50 2.3.2 Escolha do júri ... 50 2.3.3 Preparação do ensaio ... 51 2.3.4 Métodos de avaliação ... 52 2.4 Análise dos dados ... 54

2.4.1 Modelo de regressão linear múltipla ... 55 2.5 Apresentação dos dados... 56 2.5.1 Diagrama de caixa ... 56

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2.6 Síntese ... 58 3 Método ... 59

3.1 Ensaio de potência sonora do refrigerador ... 59 3.2 Ensaio de potência sonora do compressor ... 60 3.3 Ensaio de vibração do compressor ... 61 3.4 Ensaio de pulsação do compressor ... 62 3.5 Preparação da sala de testes... 62 3.5.1 Isolamento acústico da sala ... 63 3.5.2 Condicionamento acústico da sala ... 64 3.6 Aquisição dos sinais sonoros ... 68 3.7 Escolha dos sinais sonoros ... 73 3.8 Reprodução dos sinais sonoros para o júri ... 73

3.8.1 Detalhamento do sistema de reprodução ... 74 3.8.2 Aplicação dos ensaios subjetivos ... 76 3.9 Síntese ... 78 4 Resultados ... 81 4.1 Introdução ... 81 4.2 Potência sonora, vibração e pulsação ... 81 4.3 Análise dos sons e resultados dos ensaios psicoacústicos .... 84 4.3.1 Convenção para nomenclatura dos modelos matemáticos 85 4.3.2 Sons com ventilador desligado ... 86 4.3.3 Ventilador ligado ... 99 4.4 Discussão dos resultados ... 114 5 Conclusões ... 121

Sugestões para trabalhos futuros ... 122 6 Referências ... 124

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(34)

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1 Introdução

1.1 Apresentação do problema

À medida que o mercado de produtos se torna mais competitivo, os consumidores tornam-se mais exigentes quanto aos requisitos apresentados por um produto de boa qualidade. De fato, o consumidor pode decidir a escolha entre dois produtos baseado na sensação sonora proporcionada pelos mesmos (BODDEN, 2000).

Em busca de uma aceitação maior por parte dos clientes, busca-se um controle mais rigoroso dos níveis de ruído global dos produtos, bem como, dos detalhes no conteúdo de frequência e variações de tempo de exposição para cada tipo de ruído. Também há uma preocupação crescente por parte das empresas em ter conhecimento de como os diferentes tipos de ruído afetam as pessoas e até mesmo como diferentes pessoas a um mesmo tipo de sinal sonoro (BAARS, LENZI e NUNES, 2002).

O estudo do ruído radiado por refrigeradores é de suma importância no Brasil, pois é um dos eletrodomésticos mais populares no país e está presente em mais de 95,75% das residências brasileiras segundo estudo realizado pelo IBGE no ano de 2011. (IBGE, 2011).

O ruído radiado pelos refrigeradores necessita de uma atenção especial, principalmente quando o mesmo é mantido em pequenas residências ou apartamentos. O ruído excessivo que o refrigerador radia durante a noite, pode gerar grande desconforto. Em um refrigerador os componentes responsáveis pelas maiores contribuições no ruído radiado são o compressor, o ventilador do evaporador e o processo de expansão do gás de refrigeração (FATIMA, MOHANTY, et al., 2013).

Segundo Hense (2015), o compressor hermético é responsável por uma parcela significativa do ruído gerado por um refrigerador, o qual se deve à radiação direta da carcaça e da energia vibratória transmitida através dos tubos de sucção e descarga e dos isoladores que apoiam o compressor sobre a placa base do refrigerador. As pulsações do gás de refrigeração nas linhas de sucção e descarga também geram vibrações no gabinete do refrigerador e, consequentemente, radiação sonora. Pode-se

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36 Avaliação da qualidade sonora de um ciclo típico de operação de um refrigerador

visualizar os caminhos de transmissão sonora entre o compressor e o refrigerador na Figura 1.1.

Figura 1.1– Caminhos de transmissão sonora entre o compressor e o refrigerador (HENSE, 2015).

O trabalho desenvolvido por Nunes (2001) mostrou que o critério básico de avaliação acústica, o nível de pressão sonora equivalente ponderado em A, Lp,A,eq, é limitado. No estudo foram utilizados 4 sistemas

de refrigeração com os mesmos Lp,A,eq, que apresentaram diferenças

quando foram avaliados por um júri. (NUNES, 2001)

Segundo Chang, Wu e Hung (2013) medir a pressão sonora com apenas um microfone não expressa a audição biauricular humana. Os aparelhos que medem a pressão sonora normalmente possuem ponderações, escala dB (A), por exemplo, para refletir a resposta subjetiva da audição humana. No entanto, essas ponderações não levam em conta todos os fatores psicológicos, demostrando que o nível de pressão sonora medido não é um parâmetro suficiente para caracterizar a qualidade sonora de um equipamento ou sala. Para avaliar a qualidade sonora devem ser levados em consideração outros parâmetros, tais como psicoacústicos, físicos e projeto do ambiente. A psicoacústica tem importância especial quando se avalia a qualidade sonora de um produto ou ambiente. De forma sucinta, o procedimento para avaliação subjetiva

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37 Capítulo 1: Introdução

envolve um sistema de gravação biauricular de sinais sonoros com uma manequim, como mostra a Figura 1.2. Então se seleciona um júri que ouvirá os sinais através de fones de ouvido ou de um sistema de reprodução por alto-falantes. O procedimento de ensaio com júri é utilizado para definir um critério (psicoacústico) relativo à qualidade sonora de produtos.

Figura 1.2 – Manequim em ambiente de medição (CHANG, WU e HUNG, 2013).

Os vários tipos de excitação, gerados por um compressor tais como ruído próprio gerado, vibração da carcaça e pulsação do gás de refrigeração, contribuem para a radiação sonora total do refrigerador.

Este trabalho tem como objetivo avaliar a importância destas excitações na resposta subjetiva de seres humanos.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo Geral

Avaliar as contribuições das várias excitações geradas por um compressor hermético no ruído total radiado por um refrigerador bem como realizar uma análise subjetiva da qualidade sonora do ruído de um refrigerador com diversas perturbações incorporadas em compressores instalados.

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38 Avaliação da qualidade sonora de um ciclo típico de operação de um refrigerador 1.2.2 Objetivos Específicos

Os objetivos específicos desta dissertação são:

 Medir os níveis de potência sonora de um refrigerador típico com compressores de características distintas de funcionamento (níveis de ruído, de vibração e de pulsações), a fim de buscar correlações destes níveis com as avaliações subjetivas de um júri;  Avaliar as contribuições das excitações geradas pelas diferentes configurações de compressores na resposta subjetiva de um júri;  Criar modelos matemáticos de predição para avaliações

subjetivas de um júri.

1.3 Estrutura do trabalho

O presente trabalho é estruturado em cinco capítulos. A introdução contextualiza o trabalho, indicando a motivação, o objetivo geral e os objetivos específicos.

No segundo capítulo é apresentada uma revisão sobre psicoacústica descrevendo os parâmetros psicoacústicos utilizados na elaboração dos modelos matemáticos deste trabalho. São destacados os principais pontos a serem considerados ao elaborar um ensaio psicoacústico e os métodos de avaliação utilizados em ensaios subjetivos. Finalizando o capítulo, é descrita a elaboração do modelo de regressão linear múltipla.

Os métodos utilizados na elaboração do trabalho são descritos no Capítulo 3. Os ensaios realizados na elaboração do trabalho bem como, de forma mais detalhada, os ensaios psicoacústicos. A preparação da sala de testes para aquisição de sinais sonoros e realização dos ensaios subjetivos. Por último, é descrito como os ensaios subjetivos foram aplicados.

No Capítulo 4 são apresentados os principais resultados obtidos. Inicia-se investigando possíveis correlações dos níveis de potência sonora do compressor (𝐿𝑤,𝐶), refrigerador (𝐿𝑤,𝑅), com a vibração e pulsação do

compressor após os resultados obtidos nos ensaios subjetivos através de diagramas de caixa bem como os modelos matemáticos correspondentes são apresentados. Ao final tem-se a discussão dos resultados.

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39 Capítulo 1: Introdução

No Capítulo 5 são apresentadas as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.

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2 Fundamentação teórica

2.1 Psicoacústica

Nesta área de estudo busca-se relacionar os estímulos sonoros com psicologia e fisiologia, interpretando as sensações auditivas relacionadas à percepção do ser humano. O sistema auditivo humano possui grande habilidade em receber sinais, que não é determinada somente pela relação qualitativa entre som e sensação auditiva, mas também pela relação quantitativa entre estímulos acústicos e sensações auditivas (FASTL e ZWICKER, 1999). Pode-se investigar os fenômenos psicoacústicos através de medições experimentais e modelos que simulam alguns aspectos medidos da audição humana. O processamento de sinais do sistema auditivo e sensações auditivas geradas no ser humano (volume, por exemplo) são alguns dos estudos realizados em psicoacústica. A partir desses conhecimentos pode-se gerar modelos psicoacústicos (PAUL, 2009).

As sensações auditivas são geradas por uma onda mecânica que alcança o tímpano gerando um estímulo, então este estímulo causado no tímpano passa por um mecanismo de transformação de amplitude, e é transformado em um sinal elétrico. Este sinal passa por banco de filtros e posteriormente é transferido para o cérebro que interpreta tais sinais como sensações auditivas. Em todas as etapas do sistema auditivo o estímulo sonoro sofre modificações devido à fisiologia, assim é de fundamental importância que se conheçam os efeitos fisiológicos que interferem nas sensações auditivas (WERNER, 2015).

2.1.1 Bandas críticas

O sistema auditivo humano normal, em média apresenta resposta à faixa de frequência de 20 Hz a 20 kHz, tendo maior sensibilidade na região da fala de 2 kHz a 4 kHz. Esses valores apresentam variação com relação aos indivíduos, pois sabe-se, por exemplo, que a idade é um fator determinante na sensibilidade auditiva (BISTAFA, 2006).

Zwicker e Fastl (1972) definiram que banda crítica é uma banda com largura de 100 Hz para frequências (𝑓) inferiores a 500 Hz e de

(42)

aproximadamente (0,2𝑓) para frequências superiores a 500 Hz. Este parâmetro baseia-se no fato da percepção auditiva do ser humano em média, ocorrer por bandas de frequências específicas denominadas bandas críticas. Observa-se na Figura 2.1 as larguras de banda crítica em função da frequência. As aproximações utilizadas para baixas e altas frequências são indicadas pelas linhas pontilhadas.

Figura 2.1 – Larguras de banda crítica em Hz (FASTL e ZWICKER, 1972).

De acordo com Zwicker e Fastl (1972), a partir da definição dos valores de banda crítica, pode-se determinar os valores de escala de taxa de banda crítica. Essa escala é dividida em 24 bandas críticas, sendo cada uma dessas bandas com a largura de um Bark1_{. Essas bandas podem ser}

calculadas através da equação:

𝐵 = 13tan−1_[(0,76 𝑓 1000) + 3,5tan−1( 𝑓 7500) 2 ] ( 2.1)

A relação entre a largura de banda crítica e a frequência pode ser visualizada na Figura 2.2.

1_{Heinrich Barkhausen foi um físico alemão que propôs pela primeira vez uma forma de medir}

subjetivamente a audibilidade. No ano de 1961 Eberhard Zwicker propôs a divisão do ouvido humano em 24 bandas críticas, onde cada banda crítica corresponde a 1 Bark.

(43)

43 Capítulo 2: Fundamentação teórica

Figura 2.2 – Larguras de banda crítica em Bark (FASTL e ZWICKER, 1972).

2.1.2 Efeito de mascaramento

Segundo Herbert e Welsh (1976), o efeito de mascaramento pode ser definido como a sobreposição de dois sinais, sendo que o segundo sinal encobre total ou parcialmente o primeiro, desta forma mascarrando o primeiro sinal. Para quantificar o efeito de mascaramento utiliza-se um tom puro (tom de teste) determinando o nível de pressão sonora que é necessária para que este tom se torne audível, quando comparado com outro sinal mascarador. (1976)

Limites de mascaramento de um tom de teste mascarado por um ruído branco em vários níveis de intensidade podem ser visualizados na Figura 2.3. A linha vermelha do contorno inferior representa o limiar da audição.

(44)

Figura 2.3 – Limites de mascaramento (FASTL e ZWICKER, 1999).

Observa-se que para frequências acima de 500 Hz as curvas de mascaramento crescem em função do incremento de frequência, em uma taxa de aproximadamente 10 dB por década.

Na Figura 2.4 visualiza-se o mascaramento de tons puros por ruídos com larguras de banda crítica centrados nas frequências de 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2 kHz, 4 kHz e 8 kHz.

(45)

2.2 Parâmetros psicoacústicos

Estes parâmetros psicoacústicos, também chamados de métricas psicoacústicas, são calculados a partir de um sinal sonoro. Têm grande importância na psicoacústica, pois são a principal ferramenta de análise objetiva de um sinal sonoro e estimativa de como o mesmo será percebido pelo ser humano.

Na Tabela 2.1 podem ser vistos os parâmetros psicoacústicos utilizadas neste trabalho e a sensação subjetiva que a mesmo quantifica.

Tabela 2.1 – Parâmetros psicoacústicos utilizados no trabalho.

2.2.1 Loudness

O loudness, 𝐿, tem como unidade o phon2_{,que quantifica os}

níveis de energia e intensidade de um determinado som. Para expressar numericamente a audibilidade utiliza-se a escala sone3.

Segundo Chang, Wu e Hung (2013) a principal diferença entre a sensação de volume e nível de intensidade é o fator de escala. Para um nível de 40 dB com frequência de 1000 Hz tem-se a sensação de volume de 1 sone. Quando o sinal com mesma frequência é aumentado 10 dB a sensação de volume é dobrada (2 sones) ou possui um incremento de 10 phons.

As Equações 2.2 e 2.3 mostram a relação de transformação de phon para sone e sone para phon respectivamente:

2_{Conceito proposto por Stanley Smith Stevens em 1936 é a unidade principal para quantificar a}

audibilidade.

3_{Também proposto por Stanley Smith Stevens, é uma das unidades para audibilidade.}

Parâmetro Sigla Sensação

Auditiva

Loudness 𝐿 Volume

Roughness 𝑅 -

Sharpness 𝑆 Agudeza

Tonalidade 𝑇 Tons puros

(46)

𝑠𝑜𝑛𝑒 = 2((𝑝ℎ𝑜𝑛−40)10 ) ( 2.2) 𝑝ℎ𝑜𝑛𝑒 = 40 + 10𝑙𝑜𝑔2(𝑠𝑜𝑛𝑒) ( 2.3)

Unindo-se os pontos de mesmo loudness obtêm-se as chamadas curvas de igual sonoridade. Observa-se na Figura 2.5 as curvas de igual sonoridade para tons puros onde a linha pontilhada no limite inferior representa o limiar da audição.

Figura 2.5 – Curva de igual sonoridade (FASTL e ZWICKER, 1999).

Observa-se que as curvas possuem valores tendendo ao nível de pressão sonora de 1 kHz. A partir dessa definição tem-se a curva na qual o limite de sensação de loudness (limiar da audição) é alcançado, com valor de 3 phons, pois no limite do silêncio tem-se 3 dB em 1 kHz (FASTL e ZWICKER, 1999).

Segundo Zwicker e Fastl (1999), o loudness é calculado através da Equação 2.4 em função da Escala Bark (𝑧).

𝐿 = ∫24 Bark𝐿′dz

0

( 2.4)

O termo 𝐿′_{da Equação 2.4 é chamado de loudness específico, e}

(47)

𝐿′ = 0,08 (𝐼LS 𝐼0) 0,23 [(0,5 + 0,5 𝐼 𝐼LS) 0,23 − 1] ( 2.5)

onde os termos 𝐼𝐿𝑆, 𝐼0 e 𝐼 correspondem à intensidade sonora no limiar da

audição, intensidade sonora de referência (10−12_{𝑊 𝑚}_⁄ 2_{) e a intensidade}

sonora na banda crítica analisada (TEIXEIRA, 2016). O modelo de loudness de Zwicker foi utilizado nesta dissertação, segundo a Norma ISO 532-1.

2.2.2 Roughness

O parâmetro psicoacústico de roughness, 𝑅, está relacionado com a modulação do som em amplitude ou frequência que dá a sensação de roughness do som. Essa sensação começa a ser percebida a partir da frequência de modulação de 16 Hz e atinge seu valor máximo em torno de 70 Hz, decrescendo para valores mais altos de frequência de modulação. Sua unidade é o asper4_{. Asper é a sensação produzida por um}

tom puro de 60 dB com frequência de 1 kHz, 100 % modulado em amplitude na frequência de 70 Hz. O parâmetro de roughness tem três fatores importantes para sua determinação: amplitude, grau e frequência da modulação. A sensação de roughness ocorre através de uma mudança rápida na frequência de modulação entre as frequências de 16 Hz e 300 Hz, excluindo a necessidade de uma modulação periódica exata, sendo importante apenas que o espectro de modulação esteja entre 16 Hz e 300 Hz. O roughness assim como o sharpness pode ser considerada individualmente, ignorando as demais sensações auditivas (FASTL, ZWICKER, 1999).

A forma mais aceita e utilizada para calcular o roughness foi proposta por Fastl e Zwicker (1999), que é calculada através da equação:

𝑅 = 0.3𝑓𝑚𝑜𝑑∫ ∆𝐿𝐸(𝑧)𝑑𝑧 24𝐵𝑎𝑟𝑘

0

( 2.6)

4_{Esta palavra é provinda do idioma grego e sua tradução mais adequada para o português seria}

(48)

onde 𝑅 é o roughness expresso em asper, ∆𝐿𝐸 é a amplitude de

modulação levando em conta os efeitos de mascaramento e 𝑓𝑚𝑜𝑑 a

frequência de modulação em Hz. 2.2.3 Sharpness

Segundo Bismarck (1974), o parâmetro psicoacústico de sharpness, 𝑆, é importante para avaliar o timbre de um ruído. Sua unidade é o acum, cujo significado em latim é agudo. Sons que apresentam componentes de altas frequências com grandes amplitudes apresentam elevados valores de sharpness.

O sharpness de um ruído pode ser comparado diretamente com o de outro ruído, pois o que diferencia os seus valores são seus espectros de frequência (FASTL, 1998).

A dependência do sharpness com o nível de pressão sonora pode ser negligenciada em uma primeira aproximação. Isto porque, para um incremento de 30 dB para 90 dB o sharpness incrementa um fator de dois. A largura de banda influencia pouco neste parâmetro, tanto em bandas estreitas quanto na escala de banda crítica, pois nenhuma diferença no sharpness pode ser determinada se um ou cinco tons forem utilizados para gerar uma banda crítica, ou mesmo quando é utilizado um ruído com banda crítica para comparação. Assim, os parâmetros que mais influenciam no valor do sharpness são o perfil do espectro de frequência e a frequência central da banda estreita. Um acum foi definido como a sensação auditiva produzida por um ruído de banda estreita com largura de banda crítica com frequência central em 1 kHz e com um nível de pressão sonora de 60 dB (BISMARK, 1974).

Existem vários modelos utilizados para o cálculo do sharpness. O modelo utilizado neste trabalho foi proposto por Aures (1984), conforme: (AURES, 1984) (ISO5321, 2011)

𝑆 = 0,55935∫ 𝐿

′_𝑒0,171𝑧_dz 24Bark

0

(49)

na qual 𝑆 é o sharpness e 𝑧 é o índice de banda crítica e 𝐿 o loudness conforme a ISSO 532-1.

2.2.4 Tonalidade

A tonalidade, 𝑇, quantifica a sensação de tonalidade produzida por tonais de um ruído. O método utilizado para determinação deste parâmetro segue a Norma DIN 45681. (DIN45681, 2006)

2.2.5 Razão tom-ruído

O cálculo da razão tom ruído, 𝑇𝑁𝑅, é normatizado conforme ECMA 74 e é definido como a razão entre a potência do tom puro ,𝑊tom,

pela potência da banda crítica centrada no tom, 𝑊crítica. Pode-se

visualizar a representação deste parâmetro na Figura 2.6 e sua determinação através da Equação 2.8. (ECMA74, 2015)

Figura 2.6 – Representação do parâmetro de razão tom-ruído. (PELLEGRINI, 2005). 𝑇𝑁𝑅 = 10log10 𝑊tom 𝑊crítica = [ 1 𝑊𝑓_grupo− 𝑊tom − ∆𝐵tom

(𝑊𝑓grupo− 𝑊tom) ∆𝐵𝑓grupo

] 𝑊tom

(50)

sendo 𝑊𝑓_grupo a potência da frequência de grupo, ∆𝐵tom a largura de

banda do tom puro e ∆𝐵𝑓grupo a largura de banda da frequência de grupo.

O valor de ∆𝐵𝑓_grupo é dado em Hz e calculado conforme a

equação:

∆B𝑓grupo = 25 + 75[1 + 1,4(𝑓tom)2]0.69 ( 2.9)

na qual 𝑓𝑡𝑜𝑚 é a frequência da componente tonal dada em kHz.

2.3 Júri de teste

O uso do júri de teste tornou-se bastante comum para a avaliação da qualidade sonora de produtos. Os principais tópicos levados em consideração na programação de uma metodologia de júri de teste são apresentados na sequência.

2.3.1 Ambiente de teste

O ambiente de teste deve apresentar baixo nível de ruído de fundo, de forma que o mesmo não cause julgamentos equivocados do júri. O ambiente de teste deve ser o mais confortável possível, tendo luz apropriada, cadeiras e fones de ouvido confortáveis de forma que o jurado se sinta à vontade para realizar o teste. A temperatura da sala deve estar em níveis agradáveis, na faixa de 20 a 24ºC e com umidade relativa próxima a 50% (LIMA e GERGES, 2004).

Segundo Lima e Gerges (2004), o uso de estímulos visuais na sala de testes, de forma a aproximá-la do ambiente real são válidos, pois dessa forma acredita-se que se obtêm respostas do júri mais próximas das sensações que o consumidor terá do produto. Para estímulos visuais pode-se utilizar simuladores, para que o jurado pode-se sinta na situação real de uso do produto.

2.3.2 Escolha do júri

É importante que o júri seja o mais representativo possível, similar aos consumidores do produto. A escolha do jurado deve ser baseada primeiramente na sua familiaridade com o produto, experiência

(51)

em ensaios anteriores, e outros aspectos tais como idade e sexo. A familiaridade com o produto é um fator importante a ser observado, pois pode gerar expectativas em relação ao mesmo influenciando nos resultados dos ensaios. A experiência em ensaios anteriores é outro fator importante a ser considerado, pois um jurado treinado percebe com mais clareza nuances nos sons que um jurado sem experiência apresenta dificuldade de perceber. Um jurado com muita experiência tende a valorizar aspectos que não são tão importantes ao usuário final, dessa forma, para se ter uma maior fidelidade com o usuário final recomenda-se usar jurados com pouca ou nenhuma experiência (PELLEGRINI, 2005).

2.3.3 Preparação do ensaio

Esta etapa é crucial nos ensaios de qualidade sonora com utilização de júri avaliador. Por isso alguns cuidados especiais devem ser tomados para obter resultados de boa qualidade. Os fatores mais importantes na preparação do ensaio são a ordem de apresentação das amostras, a duração dos ensaios, de forma que o avaliador não se sinta desconfortável. O tempo recomendado é de no máximo 20 minutos (LIMA e GERGES, 2004).

A reprodução pode ser feita por alto-falantes ou por fones de ouvido. Os fones de ouvido são mais aconselháveis, pois podem ser calibrados de forma a produzir o mesmo estimulo a cada jurado e também tem a vantagem de a amostra não interagir com o ambiente.

Outro ponto importante na preparação dos ensaios são as apresentações visuais. Para que se obtenham resultados mais autênticos é recomendado, se possível, que os ruídos sejam reproduzidos no ambiente real, e se não for possível, utilizar algum tipo de simulador para se obter uma aproximação do ambiente real. Pode-se tentar utilizar imagens e vídeos para que o júri possa visualizar o funcionamento dos produtos e consiga um foco maior no teste (OTTO, 2001).

(52)

52 Avaliação da qualidade sonora de um ciclo típico de operação de um refrigerador 2.3.4 Métodos de avaliação

2.3.4.1 Posto de ordem

Este é um método bastante simples para avaliação subjetiva. Consiste na ordenação dos sons pelos jurados de acordo com algum critério de avaliação (ordenar o som do mais para o menos intenso, por exemplo). Uma das limitações deste método é que a complexidade da avaliação subjetiva por parte do jurado aumenta consideravelmente com o aumento do número de sons, dessa forma o tamanho da amostra deve ser pequeno, em torno de cinco sons.

Deste método não podem ser extraídas informações quantitativas sobre as avaliações, impossibilitando a correlação das respostas dos jurados com parâmetros objetivos. O principal uso desse método é para análises iniciais rápidas da preferência do consumidor com relação a algum produto em cum conjunto de produtos (ROSSI e NICOLINI, 2008).

2.3.4.2 Escala de resposta

Este método pode se apresentar de forma discreta ou contínua. Quando de forma discreta normalmente são pré-determinados valores máximos, mínimos e intermediários para todos pontos da escala. O método aplicado na sua forma discreta está representado nas Figura 2.7 e Figura 2.8.

Figura 2.7 – Escala discreta de 5 pontos com graduação numérica (PAUL, 2009).

Figura 2.8 – Escala discreta de 5 pontos com numeração somente nas extremidades da escala.

Em geral os sons são reproduzidos em uma determinada sequência sem a realização de repetições. Este é um método simples de ser realizado e oferece uma resposta quantitativa direta. (BECH, 1987).

(53)

Uma escala contínua, ou de linha, caracteriza-se por uma linha não numerada composta apenas por um par de adjetivos bipolares, conforme mostrado na Figura 2.9.

Figura 2.9 – Exemplo de uma escala de linha ou contínua. Adaptado de Leite (2006).

2.3.4.3 Comparação pareada

De acordo com Otto (2001), este é o método de avaliação subjetiva mais utilizado para avaliar a qualidade sonora de produtos. O método consiste em apresentar sons em pares, de forma que o sujeito faça julgamentos relativos aos pares de sons. Este método pode ser realizado de três maneiras:

 Avaliação de detecção – O jurado escolhe se uma determinada característica do som é detectável em um dos sons apresentados. Utiliza-se esse método para determinar limiares.

 Método do critério de avaliação –Os jurados realizam a escolha de um dos sons baseados em algum critério. Os critérios a serem utilizados podem ser o de sensação de agudeza ou sensação de intensidade por exemplo. Deve ser tomado cuidado especial para que o jurado compreenda o significado de cada um dos critérios.  Método da similaridade dos sons – Nesta metodologia os jurados estimam a similaridade entre os sons. Após serem feitas as avaliações é montada uma grade numerada sobre a linha onde os jurados realizam as marcas, convertendo assim as marcas dos jurados em números.

A desvantagem do método de comparação pareada é que os pares crescem com o número de sons ao quadrado, tornando o processo de avaliação extremamente custoso e demorado. Para contornar essa desvantagem pode-se utilizar uma análise por blocos incompletos, através da seleção apropriada dos pares de sons que formarão os blocos. Essa seleção deve ser realizada por um pesquisador com experiência no assunto (OTTO, 2001).

(54)

54 Avaliação da qualidade sonora de um ciclo típico de operação de um refrigerador 2.3.4.4 Estimativa de magnitude

Neste método o jurado atribui um número a um atributo do som ou à característica que se queira avaliar. Não existe um limite para a faixa de números, constituindo assim uma desvantagem do método quando comparado ao método de comparação pareada que possui uma escala bem definida. Essa falta de escala também gera uma dificuldade de padronização nas respostas dos jurados, gerando grande variabilidade nas respostas dos mesmos. Esse método é mais indicado para avaliadores treinados, pois dessa forma obtém-se uma variabilidade menor e resultados mais consistentes (FRANCESCO, PANERO e ROSSI, 2003).

2.3.4.5 Diferencial Semântico

Este método de avaliação foi criado por Osgood, Suci e Tannenbaum (1975). Segundo estes autores o método tem como base descrever o estímulo por um par de adjetivos bipolares. Este método tem como característica, grande flexibilidade de aplicação para medir dimensões psicológicas que sejam mais relevantes na avaliação de conceitos e estímulos devido a sua flexibilidade esse tipo de método é aplicado nas mais diversas áreas de pesquisa. (1975)

O mais complexo na aplicação desse método na área de qualidade sonora é a escolha dos adjetivos bipolares que sejam devidamente compreendidos pelo júri. A Figura 2.10 mostra um exemplo de diferencial semântico para avaliação de um fenômeno.

Figura 2.10 – Exemplo de uma possível diferencial semântico (PAUL, 2009).

2.4 Análise dos dados

Segundo Paul (2009) modelos de regressão linear são amplamente utilizados devido a sua facilidade de aplicação. Modelos de regressão não-linear requerem uma estimativa dos coeficientes, que

(55)

inicialmente são desconhecidos, o que torna sua implementação complexa.

No trabalho de Paul (2009) foram desenvolvidos modelos de conforto acústico em aeronaves. Tais modelos foram elaborados através do método de regressão linear múltipla.

2.4.1 Modelo de regressão linear múltipla

Em muitas aplicações são realizadas análises de regressão com múltiplas variáveis, tendo como produto modelos de regressão linear múltipla. Esses são amplamente utilizados em engenharia, biologia e física (MONTGOMERY e RUNGER, 2012).

Um modelo de regressão linear múltipla é descrito de forma geral por:

𝑌 = 𝛽0+ 𝛽1𝑥1+ ⋯ + 𝛽𝑘𝑥𝑘+ 𝜀 ( 2.10)

em que 𝑌 é a variável dependente (explicada) , 𝑥1 até 𝑥𝑘 são as variáveis

independentes (explicativas) medidas sem erro e 𝜀 é a variável aleatória residual (inclui as influências no comportamento da variável 𝑌 que não podem ser explicadas pelas variáveis 𝑥1 até 𝑥𝑘).Na Equação 2.10, 𝑌 é

uma função linear e 𝛽1 até 𝛽𝑘 são os parâmetros desconhecidos do

modelo a serem determinados.

Assim, pode-se escrever a Equação 2.11 que representa estimativa da regressão linear múltipla:

𝑦̂ = 𝑦 = 𝑏0+ 𝑏1𝑥1+ ⋯ + 𝑏𝑘𝑥𝑘 ( 2.11)

na qual os coeficientes (𝑏1, … , 𝑏𝑘) podem ser obtidos através da Equação

2.12, escrita de forma matricial.

{𝑏} = {𝑏⋮0 𝑏𝑘

} = [𝑋𝑇_{∙ 𝑋]}−1_[𝑋]𝑇_[𝑌] _{( 2.12)}

em que 𝑌 é a matriz das variáveis dependentes e 𝑋 é a matriz das variáveis independentes.

(56)

Para quantificar a qualidade de ajuste do modelo de regressão linear múltipla, utiliza-se o coeficiente de determinação global, 𝑅2_{, que é}

obtido conforme:

𝑅2_{= 1 −}𝑆𝑄E

𝑆𝑄T ( 2.13)

sendo 𝑆𝑄𝐸 a soma dos quadrados dos erros e 𝑆𝑄𝑇 a soma total corrigida

dos quadrados.

O coeficiente de determinação 𝑅2_{pode levar a equívocos, pois a}

sua maximização não necessariamente implica em uma melhora do modelo de regressão. Por este motivo, muitos usuários preferem utilizar o coeficiente de determinação global ajustado, 𝑅𝑎𝑗2, dado pela equação:

𝑅aj2 = 1 −

𝑆𝑄E⁄(𝑛 − 𝑝)

𝑆𝑄T(𝑛 − 1)

( 2.14)

sendo 𝑛 o número de variáveis utilizadas no modelo e (𝑛 − 𝑝) o número de graus de liberdade do erro.

Uma vez que 𝑆𝑄E⁄(𝑛 − 𝑝) é o valor da média quadrática do erro

e 𝑆𝑄T(𝑛 − 1) é uma constante, 𝑅aj2 terá seu valor maximizado se uma

nova variável for adicionada ao modelo, e a mesma reduzir o erro quadrático médio (RMSE) (MONTGOMERY e RUNGER, 2012).

2.5 Apresentação dos dados

2.5.1 Diagrama de caixa

A diagrama de caixa é muito utilizada em casos de grande quantidade de dados quantitativos (FERREIRA, PINHEIRO, et al., 2016), como é o caso dos ensaios subjetivos realizados neste trabalho. O diagrama de caixa apresenta-se como uma ferramenta estatística interessante para visualizar várias estatísticas em apenas uma figura. Na Figura 2.11 pode-se visualizar os componentes de um diagrama de caixa típico.

(57)

Figura 2.11 – Componentes de um diagrama de caixa: mediana, quartis, limites e valores discrepantes. (FERREIRA, PINHEIRO, et al., 2016) Adaptado.

Os elementos principais de um diagrama de caixa são:

a) mediana – A mediana é uma medida comum de tendência central em um conjunto de observações utilizada em estatística. A mediana indica o ponto médio de uma distribuição de dados (MASSART, SMEYERS-VERBEKE, et al., 2005).

b) quartil e percentil – Quartis são valores que dividem uma série de observações ordenadas em quatro partes iguais. Nesse caso estão indicados três quartis: 𝑄1, 𝑄2 e 𝑄3. Percentis dividem o total de

observações em 100 partes iguais. A diferença entre quartis e percentis é que quartis referem-se às frações e percentis à porcentagem das observações. O primeiro quartil (𝑄1) representa 25%, 0.25 ou ¼ das

observações. O segundo quartil (𝑄2) representa 50%, 0.5 ou 2/4 das

observações. O terceiro quartil (𝑄3) representa 75%, 0.75 ou 3/4 das

observações. Consequentemente, 𝑄1 corresponde ao 25º percentil, 𝑄2 ao

50º percentil e 𝑄3 ao 75º percentil (MICKEY, DUNN e CLARK, 2004).

c) intervalo interquartílico (INT) – É a diferença entre o terceiro e o primeiro quartil. A vantagem do uso do INT é que o mesmo mede a variabilidade dos dados não sendo afetado pelos valores discrepantes diferente do desvio padrão e da variância que são afetados pelos mesmos

(58)

(MICKEY, DUNN e CLARK, 2004). Em um diagrama de caixa o INT representa o tamanho da caixa iniciando no primeiro quartil (𝑄1) até o

terceiro quartil (𝑄3). O INT representa 50% das observações e é,

usualmente, utilizado para comparar dados de diferentes amostras (FERREIRA, PINHEIRO, et al., 2016).

d) limites esperados – Esses limites são utilizados para identificar possíveis valores discrepantes em um conjunto de amostras (FERREIRA, PINHEIRO, et al., 2016).

e) Valores discrepantes – É um valor que ocorre fora dos limites esperados. O valor discrepante pode ser um erro na coleta dos dados ou uma medição incorreta. Entretanto, pode estar correto e apenas revelar algumas observações muito diferentes da maioria. No caso de ensaios psicoacústicos, o valor discrepante pode representar algum indivíduo que tenha uma percepção auditiva diferente com relação ao restante dos indivíduos.

2.6 Síntese

Foi realizado um estudo dos parâmetros psicoacústicos utilizados para elaboração de modelos matemáticos de predição e escolhidos os parâmetros utilizados na elaboração dos modelos matemáticos deste trabalho (Tabela 2.1).

Foi realizada uma revisão dos aspectos mais importantes na elaboração de um ensaio psicoacústico tais como a adequação do ambiente de teste (com baixo ruído de fundo e temperatura controlada).

Realizou-se uma revisão sobre os métodos de avaliação de um ensaio psicoacústico e foi escolhido o método de escala de resposta para execução dos ensaios.

(59)

3 Método

Foram realizados testes de potência sonora dos refrigeradores nas dependências do Laboratório de Vibrações e Acústica (LVA) da Universidade Federal de Santa Catarina. Também foram realizadas medições de potência sonora, pulsação e vibração dos compressores nas dependências da empresa Embraco.

No LVA foi preparada uma sala que representa uma cozinha típica, para realizar a aquisição dos sinais sonoros dos refrigeradores. Estes sons foram utilizados posteriormente nos ensaios subjetivos com um júri.

3.1 Ensaio de potência sonora do refrigerador

O ensaio foi realizado em câmara reverberante, com o refrigerador com 12 diferentes compressores instalados. Este ensaio foi realizado conforme a norma ISO 3741. A configuração do ensaio é mostrada na Figura 3.1. (ISO3741, 2010)

Figura 3.1 – Configuração do ensaio de potência sonora do refrigerador em câmara reverberante.

A potência sonora foi determinada pelo método da comparação, no qual utiliza-se uma fonte aerodinâmica com potência sonora conhecida para subtrair os efeitos do campo reverberante da sala de testes. Foram

(60)

realizadas duas diferentes medições para cada configuração de compressor: com o ventilador do refrigerador desligado e ligado. A partir destes dados, a potência sonora do refrigerador, 𝐿𝑊,𝐹, pode ser

determinada conforme:

𝐿𝑊,𝐹= 𝐿𝑝,𝐹− 𝐿𝑝,𝐹𝑅+ 𝐿𝑊,𝐹𝑅 ( 3.1)

na qual 𝐿𝑊,𝐹𝑅 é o nível de potência sonora da fonte de referência, 𝐿𝑝,𝐹 é

o nível de pressão sonora do refrigerador, 𝐿𝑝,𝐹𝑅 é o nível de pressão

sonora da fonte de referência.

3.2 Ensaio de potência sonora do compressor

Estes ensaios foram realizados em câmara reverberante com o compressor instalado individualmente nos coxins de borracha sobre o piso da câmara. A condição de operação do compressor foi emulada através de um painel localizado fora da câmara. Observa-se a configuração realizado conforme a norma ISO 3741, na Figura 3.2.

(61)

3.3 Ensaio de vibração do compressor

No ensaio de vibração do compressor não é utilizado gás de refrigeração e sim o ar. O ar é comprimido no interior do compressor, e passa pela descarga que retroalimenta a sucção do compressor, em um ciclo fechado. Este ensaio é feito em um período breve de tempo, pois o compressor operando com ar pode danificar-se. Este ensaio de vibração foi realizado conforme a Figura 3.3.

Figura 3.3 – Medição de vibração em bancada.

A vibração do compressores, avaliada através da amplitude de velocidade, foi medida por 3 acelerômetros uniaxiais posicionados conforme indicado na Figura 3.3.Os valores de amplitude de velocidade dos compressores, apresentados posteriormente correspondem ao valor de velocidade resultante, 𝑉𝑖𝑏𝑒𝑞, dado por:

𝑉𝑖𝑏𝑒𝑞= √𝑉𝑖𝑏𝑥2+ 𝑉𝑖𝑏𝑦2+ 𝑉𝑖𝑏𝑧2 ( 3.2)

na qual 𝑉𝑖𝑏𝑥, 𝑉𝑖𝑏𝑦 e 𝑉𝑖𝑏𝑧 correspondem aos valores de amplitude de

(62)

3.4 Ensaio de pulsação do compressor

O ensaio de pulsação foi realizado simultaneamente com o ensaio de potência sonora mencionando anteriormente (Figura 3.2). Foram utilizados dois microfones a fim de aferir as pressões na sucção e na descarga do compressor. O ensaio de pulsação do compressor é mostrado na Figura 3.4.

Figura 3.4 – Ensaio de pulsação realizado.

3.5 Preparação da sala de testes

Os sinais sonoros foram adquiridos com um manequim mostrado na Figura 3.5, em uma sala especialmente preparada. Foi realizado um isolamento acústico na sala de forma a garantir um baixo nível de ruído de fundo, de forma a adquirir sinais sonoros mais representativos do ruído de interesse, no caso deste trabalho, o ruído oriundo do refrigerador e emular a situação de uso do refrigerador durante a noite. Também foi feito um condicionamento acústico apropriado, para que a sala proporcionasse uma sensação auditiva próxima a de uma cozinha típica. Nesta sala também foram realizados os ensaios subjetivos.

(63)

Figura 3.5 – Aquisição de um sinal sonoro via manequim.

3.5.1 Isolamento acústico da sala

A sala foi isolada acusticamente com objetivo de minimizar o ruído de fundo existente, de forma a obter amostras sonoras provindas somente do sistema de refrigeração. O baixo nível de ruído de fundo na sala foi importante tanto para a aquisição dos sons, quanto para a reprodução dos mesmos para o júri. Na Figura 3.6 podem ser visualizados os espectros do ruído de fundo antes e depois do isolamento acústico e o espectro sonoro de um dos sistemas de refrigeração testados.

Figura 3.6 – Espectro do ruído de fundo antes e depois do isolamento acústico e espectro do NPS do refrigerador.

(64)

Observa-se que o ruído de fundo após o isolamento acústico (curva em preto) diminuiu consideravelmente, garantindo assim a aquisição de sinais sonoros provindos sobretudo do refrigerador. O isolamento acústico da sala foi feito utilizando placas de madeira nas portas e nas janelas para aumentar a perda de transmissão sonora. Também foi realizada uma vedação especial nas portas de uma sala adjacente que contêm um cluster.

3.5.2 Condicionamento acústico da sala

Jackson e Leventhall (1972) realizaram um estudo no qual foram medidos tempos de reverberação (TR) de 55 cozinhas típicas americanas. As aferições dos tempos de reverberação foram realizadas utilizando-se 5 microfones e os TRs calculados a partir da média dos mesmos. Os dados foram obtidos em bandas de oitava devido às limitações tecnológicas dos equipamentos utilizados na época. As médias dos TRs para as 55 cozinhas podem ser visualizadas na Figura 3.7.

Figura 3.7 –TRs de 55 cozinhas típicas americanas (JACKSON e LEVENTHALL, 1972).

Observa-se que o perfil do TR é praticamente constante ao longo da frequência, apresentando baixa variação de 0,61 até 0,72 segundos.

As medições de TR realizadas por Conrado (2016) em 5 cozinhas típicas brasileiras apresentaram resultados semelhantes aos encontrados

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nas cozinhas americanas. Seus resultados podem ser visualizados na Figura 3.8.

Figura 3.8 – TRs de 5 cozinhas típicas brasileiras (CONRADO, 2016).

Com o objetivo de comparar os resultados da literatura, foram realizadas medições de TR em 5 cozinhas residenciais de Florianópolis. Esses resultados são mostrados na Figura 3.9.

Figura 3.9 - TRs de 5 cozinhas de Florianópolis.

Novamente observa-se pequena variação ao longo da frequência dos valores de TR medidos, com valores muito semelhantes aos obtidos pelos autores citados anteriormente.

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Com base nos resultados obtidos por Jackson e Leventhall (1972) e Conrado (2016) e nas medições realizadas, obteve-se o TR que serviu como base para realizar o condicionamento acústico da sala de testes. Assim foi realizado um tratamento acústico utilizando-se espumas acústicas (EA) em locais específicos com intuito de minimizar alguns modos de vibração com grande amplitude e tornar a sala com perfil de TR ajustado aos valores da literatura e das medições realizadas. Na Figura 3.10 observa-se um esquema mostrando as dimensões da sala utilizada para aquisição dos sinais sonoros, e o posicionamento das espumas acústicas.

Figura 3.10 – Dimensões da sala utilizada para aquisição dos sinais sonoros.

Já na Figura 3.11 é mostrada a sala com o tratamento acústico realizado.

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Figura 3.11 – Tratamento acústico realizado na sala.

Observa-se na Figura 3.12, a comparação dos resultados de TR da sala de testes antes e depois do tratamento acústico com os resultados obtidos nas medições das cozinhas de Florianópolis com os valores obtidos por Jackson e Leventhall (1972) e Conrado (2016). Como os resultados obtidos por Jackson e Leventhall (1972) estava em bandas de oitava foi realizada uma interpolação linear dos resultados obtidos pelos mesmos para realizar esta comparação dos TRs.

Figura 3.12 – Comparação do TR da sala de testes (antes e depois do tratamento acústico) com os resultados obtidos nas medições das cozinhas de Florianópolis