Propagação sonora
ao ar livre e ruído
Mecanismos que afetam a
propagação sonora:
Tipo e geometria da fonte (pontual, linear,
coerente, incoerente);
Condições meteorológicas (vento e
variações da temperatura, turbulência na
atmosfera);
Absorção sonora da atmosfera;
Tipo e contorno do terreno (absorção
sonora do piso, reflexões);
Revisão da propagação
sonora hemisférica:
Onde I = Intensidade acústica em W/m2;
P(r) = pressão sonora à distância radial r
(N/m2);
r = distância da fonte em metros;
W = potência sonora em Watts e
Em termos de níveis sonoros:
Onde Lw = nível de potência sonora (dB re.
10-12 W)
Para
ρ
c = 400 mks rayls o último
Fonte direcional
uso de termo
adicional
Índice de Diretividade DI
Índice de Diretividade
diferença
entre a pressão sonora real e a
pressão sonora de uma fonte
não-direcional com mesma potência
acústica.
Q
Q = fator de diretividade
Onde P
θ
= pressão sonora rms segundo
ângulo
θ
para a fonte direcional;
Ps = pressão sonora rms de uma fonte
pontual não-direcional irradiando a mesma
2
2
s
média
P
P
I
I
Fonte omnidirecional irradiando no
espaço livre
DI = 0 dB
Fonte assentada em superfície
perfeitamente reflexiva
DI = 3 dB
Equação da propagação sem
Propagação em atmosfera
real - Modelo do Excesso de
Atenuação
Excesso de Atenuação, AE
a atenuação
total em adição àquela devida à divergência
esférica e absorção atmosférica.
Aabs = absorção atmosférica;
O excesso de atenuação AE é a
combinação de todos os efeitos:
AE = Aclima + Asolo + Aturbulência +
Abarreira + Avegetação + efeitos
Absorção atmosférica:
A energia sonora é dissipada por dois
mecanismos mais importantes:
Perdas de viscosidade devidas à fricção
entre as moléculas de ar que resultam em
geração de calor
absorção clássica;
Processo de relaxamento
a energia
sonora é momentaneamente absorvida nas
moléculas de ar, fazendo-as vibrar e entrar
em rotação. Estas moléculas podem
Absorção atmosférica:
Pressão padrão de 1 atm
coeficiente de absorção
α
(dB/100m)
calculado em função da freqüência
f(Hz), temperatura T(ºK) e
Absorção atmosférica:
Para calcular a atenuação real devido à
absorção da atmosfera Aabs(dB) para uma
dada faixa de propagação :
Onde
α
= coeficiente de absorção
(dB/100m)
Absorção atmosférica predita em dB/100m para uma
Propagação ao ar livre
Equações – modelos
aplicações a
fontes similares ao espectro abaixo,
com tolerância de
±
5 dB.
!"
#$
#$%
$%%
%%%
#%%%
&%%%
'%%%
Equação básica da propagação
sonora ao ar livre:
Onde:
Ω
= ângulo sólido disponibilizado para a fonte para
propagação livre;
Acombinada = combinação de todos os mecanismos
significativos de atenuação sonora entre a fonte e o
receptor.
dB
A
DI
r
L
r
L
p
W
combinada
11
4
log
10
log
20
)
,
(
=
−
+
−
Ω
−
−
π
Divergência da onda,
diretividade da fonte e grandes
superfícies.
Fontes sonoras de tráfego rodoviário
omissão de DI da equação
DI minimizada:
Múltiplas reflexões e espalhamento
Espalhamento devido a turbulências
atmosférica
Múltiplas fontes com diferentes posições
angulares
Divergência da onda,
diretividade da fonte e grandes
superfícies.
Diretividade valorizada
Aviões a jato
Turbinas
altamente direcionais
•
Espaço anterior
altas freqüências
•
Espaço posterior
baixas freqüências
Rodantes de trens
Divergência da onda,
diretividade da fonte e grandes
superfícies.
Fonte no solo ou próximo dele
Energia sonora propagada para baixo
refletida para cima
Energia concentrada no ângulo sólido 2
π
termo -10log(2
π
/4
π
)
+3 dB
Fonte próxima ao solo e a uma fachada
vertical
-10log(
π
/4
π
)
+6 dB
Aproximação de fontes sonoras
como fontes pontuais
Fonte pontual:
Dimensões menores que metade da
distância fonte-receptor;
Condições de propagação de diferentes
partes da fonte até o receptor são
essencialmente as mesmas.
Fontes sonoras pontuais
típicas:
Fontes pontuais
mutuamente
incoerentes
Máquinas e equipamentos mecânicos
Sirenes
Descarga de gases e vapores na atmosfera
Carregadeira confinada
Grupo localizado e bem definido de
equipamentos de construção civil,
Principais mecanismos de atenuação sonora ao ar livre:
* -. / 0 $ +
1 0 2 -. 3 -4 5
6
'%% 0 * * -. * -.
0 7
* %83 9%: 0 $%% 0 0 $%% #$%0 0 & ; <
'$ 0 * = 0 >
0
0
0 0
?
0 @# 0
% 0 0 #$% $%%
$% 0 0 #$
* -. / 0 $ +
1 0 2 -. 3 -4 5
6
-4 * -.
-4
3 0 0
-4 0 / 0 0
#$:
A )
"% 0 * B C -. * -.
C -.
D 0 0 E
C -.
%% 0 0 $%%
$% 0 0 & ;
<
F -. *0 -.
0G
/4 0
3 0 -4 0 0 % 0
0 0
*
-.
/ 0
$ +
1
0
2
-.
3
-4
5
6
$% 0
*
<
B
0
*
-.
-.
H
-.
0
G
C
0
0
@
0
@# 0
$% 0 0
$%%
Atenuação sonora do ar
atmosférico:
Dois processos:
Macroscópico
Energia extraída da onda sonora por condução de
calor e pelo atrito viscoso entre as moléculas de ar
absorção clássica
proporcional ao quadrado da
freqüência do som.
Microscópico
Relaxação térmica molecular
cada molécula
energia cinética translacional, energia cinética
rotacional e energia de vibração interna.
Moléculas de água
inibidores de colisões
Atenuação dos níveis
sonoros de tons puros e de
bandas de oitava
Tons puros: Norma ANSI S1.26-1995
(R2004)
Temperatura de 10ºC e UR = 70%
Aatmf = atenuação do tom puro na
freqüência f (kHz), à distância r (m)
dB
kHz
f
kHz
f
m
r
A
atmf
=
+
+
Atenuação sonora em
bandas de oitava:
Aatm, banda = atenuação da banda
de oitava de freqüência central fc (em
kHz), à distância r (em m).
dB
kHz
f
kHz
f
m
r
A
atm
banda
=
+
c
+
c
Atenuação sonora do
solo:
Geração de raio sonoro que interfere
no raio direto
atenuação ou
amplificação
Atenuação sonora do
solo:
Propagações não-rasantes (solos
acusticamente duros)
interferências destrutivas e
construtivas
ampliação média de 3
dB em relação ao som direto
Solos acusticamente macios
Atenuação dos níveis sonoros
ponderados A de solos macios:
Veículos isolados em rodovias
fonte pontual [relativamente ao solo
duro (
Ω
= 2
π
)]
Atenuação em solo gramado:
dB
m
r
G
A
grama
0
Atenuação dos níveis sonoros
ponderados A de solos macios:
66
,
0
5
,
12
1
75
,
0
0
≤
=
−
≤
m
h
Atenuação dos níveis sonoros
ponderados A de solos macios:
hef = altura efetiva
(
h
s
+
h
R
)
2
1
@
0
I
J
(
h
s
+
h
R
)
+
h
b
2
1
Atenuação dos níveis sonoros
ponderados A de solos macios:
Condições de aplicação da equação:
Para distâncias superiores a 15 m e com hef
menor do que 12,5 m
Para hef entre 0 e 1,5 m
limite superior de
G = 0,66
valor constante de atenuação do
solo para uma dada distância r.
Atenuação dos níveis sonoros de tons puros
de solos macios
Atenuação do solo maior para
ângulos
φ
pequenos e para diferenças
de trajetórias r
g
– r
0
pequenas
Distância fonte receptor aumenta:
φ
e
r
g
– r
0
menores
atenuação do
solo macio aumenta
Receptor e fonte se aproximam do
solo
φ
e r
g
– r
0
menores
Atenuação por barreiras
acústicas:
Zona de Fresnel
difração do som
no topo da barreira
Zona de sombra acústica
redução
de nível por difração
atenuação da
barreira (Abarreira)
Perda de inserção (
Insertion Loss
- IL)
atenuação do nível sonoro por
difração + redução parcial da
Atenuação por barreiras
acústicas:
ILbarreira = Abarreira – (redução da
atenuação do solo macio),
ILbarreira = Abarreira –
Atenuação de tons puros
0
5
2
tan
2
log
20
+
dB
≥
N
N
π
π
0
@
*
J
0
5
)
2
tan(
2
log
)
20
(
2
1
+
dB
≥
N
C
N
C
π
π
@
Propagação sonora a favor
do vento
A
barreira
≤
20 dB
( )( )
(
)
(
)
+
=
+
−
−
+
−
−
BR
SB
BR
SB
BR
SB
BR
SB
d
d
r
r
d
d
r
r
m
barreira
C
N
e
A
2000
2
1
Atenuação por barreiras
acústicas:
C = 20 para receptores bem acima
do solo
C= 10 para receptores próximos ao
solo
≈
h
Bef
(altura da barreira acima
da linha de visão)
Atenuação por barreiras
acústicas:
Atenuação da barreira se eleva
quando:
Atenuação dos níveis
sonoros A-ponderados:
simplificação
Freqüência efetiva da fonte
entre
500 e 1000 Hz
λ
= 0,34 m (1000 Hz) a 0,68 m
Atenuação por barreiras
acústicas:
Fatores complicadores:
Transmissão sonora entre fonte e receptor
(ideal)
por difração no topo da barreira
Transmissão através da barreira deve ser
desprezível
Atenuação por barreiras
acústicas:
Transmissão sonora pelos flancos
Menor para solos acusticamente
macios
Menor para altas freqüências
Atenuação por barreiras
Atenuação por barreiras
Atenuação por barreiras
acústicas:
Transmissão sonora por cima da barreira
-redução da eficácia:
Árvores próximas e com altura superior à da
barreira
altas freqüências, acima de 2000
Hz (lim. de 20 dB)
Elementos em edificações próximas
espalhamento – baixas freqüências (5-10
dB)
Atenuação por barreiras
acústicas:
Efeitos do vento
Sentido fonte – receptor
redução
da eficácia da barreira
Maior quando barreira está no limiar
de obstruir a linha de visão
N = 0
Atenuação por barreiras
acústicas:
Redução da atenuação causada por
reflexões:
Existência de barreiras paralelas
Redução – métodos:
Aplicação de material fonoabsorvente
nas superfícies do lado da fonte
Atenuação da vegetação:
Oferece pequena quantidade de
atenuação
Necessidade de ser suficientemente
densa
Vegetação próxima à fonte ou
próxima ao receptor
Atenuação da vegetação:
Processo de espalhamento tem maior
importância do que a absorção.
Absorção somente se torna
significativa para valores elevados de
frequência do som incidente.
Atenuação da vegetação:
Eficácia do isolamento:
A largura do cinturão: deve ser
superior a 15 m;
•
200 – 2000 Hz
7 dB para cada 30 m
de largura
A localização do cinturão;
A altura do cinturão: 5 m acima da
linha de visão;
Atenuação da vegetação:
Configuração do plantio:
Presença de um sub-bosque denso
para prevenir a propagação no
primeiro estrato;
Vegetação densa;
Voltado para a fonte, a vegetação
deve ter altura decrescente no sentido
dela;
Atenuação da vegetação:
Medições objetivas não apontam redução
significativa:
Meio ambiente mais silencioso: variável
psicológica;.
Folhagens: espalham sons de alta
frequência (aspereza mecânica)
Espalhamento
reverberação na área
coberta, mascarando as asperezas e sons
impulsivos.
Atenuação do ruído em bandas de oitava devida à
propagação a uma distância df através de
folhagem densa. (ISO-9613-2:1996)
2
6
C -.
0
!"
#$
#$%
$%%
%%%
#%%%
&%%%
'%%%
%
≤
≤
#%
*
-.
+ %
#
"
#%
≤
≤
#%%
*
-. @
+H0
%@%#
%@%"
%@%&
%@%$
%@%!
%@%'
%@%
%@ #
Condições
meteorológicas:
Efeitos do vento:
Gradientes substanciais de velocidade
vertical do vento
⇐
fricção entre o ar em
movimento e o solo
Velocidade do vento
muito dependente
da hora do dia, condições do tempo e a
natureza da superfície.
Ausência de turbulência
velocidade varia
logaritmicamente até uma altura de 30 a
Efeitos do vento:
Gradiente de velocidade
mudança na
velocidade do som
Onda Sonora propagando contra o vento
(
barlavento
)
dobrada para trás
Onda Sonora propagando a favor do vento
(
sotavento
)
se inclina para o solo
Direção superior do vento
velocidade do
som decresce com altitude
Efeitos refrativos causados
pelo vento
Processo
Refração
ondas
sonoras se curvam na direção das
velocidades menores
Raio de curvatura do som
inversamente proporcional ao
gradiente de velocidade.
Efeitos da temperatura
Efeito similar de refração
Temperatura maior
velocidade do
som maior
Gradientes de temperatura
gradientes de velocidade do som
Frente de onda e raio sono:
T e c constantes
T, c constantes
Frente de onda
