Projeto e construção de uma caixa de reverberação acústica em escala reduzida

UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA GUILHERME HENRIQUE MAFRA

HEITOR DE ANDRADE

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UMA CAIXA DE REVERBERAÇÃO ACÚSTICA EM ESCALA REDUZIDA

Palhoça 2018

GUILHERME HENRIQUE MAFRA HEITOR DE ANDRADE

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UMA CAIXA DE REVERBERAÇÃO ACÚSTICA EM ESCALA REDUZIDA

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.

Orientador: Profª. Heloisa Regina Turatti Silva, Dr.

Palhoça 2018

GUILHERME HENRIQUE MAFRA

PROJETO E CONSTRUÇÃO DE UMA CAIXA DE REVERBERAÇÃO ACÚSTICA EM ESCALA REDUZIDA

Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Engenheiro Civil e aprovado em sua forma final pelo Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina.

Palhoça, 13 de junho de 2018.

Professor e orientador ProP. Heloisa Regina Turatti Silva, Dr. Universidade do Sul de Santa Catarina

ProP. Paol Egert Ortiz Dr.

Thiago de Alcântara Braglia, Engenheiro Produção Autônomo

Dedicatória: Guilherme Henrique Mafra Aos meus pais e irmãos, que não mediram esforços para realização deste sonho.

Aos meus amigos queridos, que estiverem presente nesta caminhada.

AGRADECIMENTOS – GUILHERME HENRIQUE MAFRA

À professora Dra. Heloisa Regina Turatti Silva, pela orientação, dedicação, e incentivo à realização deste trabalho;

À professora Dra. Paola Egert Ortiz, pela dedicação, e incentivo à realização deste trabalho;

À minha mãe Salete dos Santos Mafra, pela dedicação, pelo amor e carinho, e apoio presença em todos os momentos que precedem e sucedem esse texto;

À meu pai Venésio Pedro Mafra, pela dedicação, pelo amor e carinho, e apoio em todos os momentos que precedem e sucedem esse texto;

À meu irmão Fabio Henrique Mafra, pelo apoio e carinho, até esta etapa que se torna um momento de felicidade;

À meu irmão Carlos Henrique Mafra, pelo apoio e carinho que coincidem ao ao longo dessa trajetória;

À minha vó, Corcina Agapito dos Santos, pelo apoio e carinho em toda esta caminhada;

À meu amigo Heitor de Andrade, pela de dedicação por estes anos de graduação, ao apoio e a presença em todos momentos que precedem este texto, e que sucedem o marco da concretização de um etapa das nossas vidas;

Aos professores do Curso de Graduação em Engenharia Civil, pelo apoio e pelos conhecimentos a min disponibilizados ao longo desses cinco anos de curso;

Aos colegas de Graduação, pela amizade, troca de informações e contribuições ao longo deste período de convivência;

Aos meus amigos André, Alexandra, Camila, Marten e Mateus, meus sinceros agradecimentos pelo tempo que comigo conviveram durante este período que compõe um dos momentos mais importantes da minha vida;

Aos amigos e familiares, que prestaram apoio a este agradeço de coração pelo incentivo a realização desse feito;

A empresa UP Planejar e seus colaboradores, que compuseram uma parcela desta etapa com conhecimento e apoio para meu crescimento;

Um muito obrigado a todos que compuseram todas as etapas de minha vida até o momento, pelas ações decisões e informações que concederam a min, pelo qual me tornaram o Homem que sou hoje.

Dedicatória – Heitor de Andrade

Aos meus Pais, meus exemplos de vida e responsáveis pelo homem que sou hoje.

A minha noiva Nathália Rühling Rocha, mulher da minha vida, amiga e companheira, responsável pelos melhores anos da minha vida.

AGRADECIMENTOS – HEITOR DE ANDRADE

A Profª. Dr. Heloisa Regina Turatti Silva, por aceitar a orientação e o desafio. Obrigado pelo incentivo, dedicação e paciência.

A Profª. Dr. Paola Egert Ortiz, que mesmo não sendo nossa orientadora, nos ajudou e orientou em conjunto com a Professora Heloísa. Obrigado.

Aos meus Pais, Dione Regina da Silva de Andrade, e Dilton João de Andrade, por apoio incondicional, e por todo amor e carinho dedicados ao longo da minha vida.

A minha irmã Bárbara de Andrade, por me ajudar no trabalho, me cobrindo nos momentos que precisava estar ausente por motivos acadêmicos. Obrigado Bá!

A minha noiva, Nathália Rühling Rocha por ser minha companheira desde a minha primeira graduação. Obrigado por me incentivar nessa segunda caminhada, sempre me mostrando que eu sou capaz de tudo que desejar, basta querer. Meu exemplo de dedicação e força de vontade. Te amo!

Ao amigo Guilherme Henrique Mafra, por aceitar o desafio de desbravar um tema pouco conhecido pelos engenheiros civis, pela amizade e vários outros trabalhos feitos ao longo da graduação.

Aos amigos da primeira graduação, Veterinários de sucesso que tenho orgulho de ter conhecido e manter amizade até hoje. Obrigado pelo incentivo e apoio, mesmo quando decidi a mudar o rumo da minha carreira. Exemplos de caráter, coragem e competência. Obrigado Pelegos!

A todos meus amigos de infância e ensino médio que mantenho amizade até hoje, em especial, Rodolfo Amando Schmitz, Paulo Ricardo Cardoso, Cristiano Kim Araújo. Obrigado pela parceria!

A todos que falaram que perdi meu tempo fazendo a primeira graduação. Conhecimento e Estudos nunca são demais. Obrigado pelo incentivo a cada vez que perguntavam o que eu ia fazer com o outro diploma.

A empresa Beco Esquadrias de Alumínio, empresa da minha família, onde diariamente trabalhamos com dedicação total. Motivo principal da escolha do tema desse trabalho. Obrigado pelos ensinamentos e apoio técnico.

“A verdadeira motivação vem de realização, desenvolvimento pessoal, satisfação no trabalho e reconhecimento” (HERZBERG).

RESUMO

O excesso de ruídos em ambientes construtivos é um dos tópicos tratados na norma NBR 15575/2013, pois a poluição sonora gerada pelos diferentes ruídos afeta a saúde física e mental da população. Neste sentido, os componentes construtivos de uma edificação merecem especial atenção em estudos técnicos. Porém, existem algumas dificuldades para realização desses estudos, como por exemplo, o alto custo dos ensaios em centros especializados, e a localização desses centros, que se encontram em outros estados. Neste contexto, o presente trabalho pretende dar subsídios a um estudo sobre o efeito dos componentes construtivos sobre o desempenho acústico das edificações, identificando as normas a serem aplicadas, bem como publicações sobre ensaios acústicos nestes componentes construtivos. Além disso, será desenvolvida uma caixa de reverberação acústica em escala reduzida 1:4 para ensaios de esquadrias e outros componentes construtivos necessários para manutenção do conforto acústico em uma edificação.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Onda sonora, e suas principais características ... 22

Figura 2 – Efeitos do ruído no organismo humano. ... 33

Figura 3 – Ilustração da anatomia do ouvido humano... 35

Figura 4 – Audibilidade média do ouvido humano ... 36

Figura 5 – Curvas Isofônicas ... 37

Figura 6 – Curvas de compensação de audibilidade... 39

Figura 7 – Ruído transmitido pelo ar e pela estrutura ... 40

Figura 8 – Croqui esquemático para realização de ensaio de medição de perda de transmissão de ruídos.. ... 52

Figura 9 – Esquema da Câmara Reverberante 180x150x120 cm.. ... 53

Figura 10 – Porta Amostras da Câmara Reverberante. ... 53

Figura 11 – Preparação da serra circular e corte das chapas. ... 54

Figura 12– Aplicação de cola e pinos para montagem. ... 55

Figura 13 – Fixação com parafusos para madeira.. ... 55

Figura 14 – Caixa previamente montada e detalhe dos parafusos de união.. ... 56

Figura 15 – Parede do módulo central com vão de 800 x 800 milímetros...56

Figura 16 – Caixa de reverberação já montada no laboratório e detalhe da estrutura em alumínio com rodízios e amortecedores. ... 57

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Relação de frequências entre as notas musicais. ... 23 Tabela 2 – Pressões sonoras e níveis de pressão sonora para sons do cotidiano, e correspondentes sensações subjetivas de intensidade associadas... 25 Tabela 3 – Níveis de som e ruídos internos. ... 30 Tabela 4 – Valores de correção para atenuação auditiva... 38 Tabela 5 – Comparativo das normas ABNT NBR, com as normas série ISO, e seus respectivos detalhamentos. ... 44 Tabela 6 - Relações de dimensões recomendadas pela norma ISO 3741/1999...49 Tabela 7 – Preços dos materiais utilizados para construção...51

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM American Society for Testing and Materials - Orgão Estadunidense de Normatização

EVA Etileno Acetato de Vinila

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

ISO International Organization for Standardization - Organização

Internacional de Normatização

NBR Norma Brasileira

LISTA DE SÍMBOLOS

ºC Celsius - unidade de medida de temperatura

A Área

B Bel - escala logarítmica de pressão sonora

D Diferença

cm² Centímetro Quadrado - unidade de medida de área

dB Pressão Sonora e Decibel

Ea Energia Absorvida

Ed Energia Dissipada no Interior

Ei Energia que incide

Er Energia Refletida

Et Energia Transmitida

f Frequência

GHz Giga Hertz

Hz Hertz - unidade de medida de frequência

I Intensidade Sonora ou Acústica

LAeq Escala de Medida de Pressão Sonora

m Metro - unidade de medida de distancia

m/s Metros por segundo - unidade de mediada de velocidade

m³ Metro Cúbico - unidade de medida de volume

NPS Nível de pressão Sonora

P Pressão

Pa Pascal - unidade de medida de pressão

P_ref Pressão de Referencia (0,0000Pa).

r Raio de esfera

R Redução Sonora

S Área

s Segundo - unidade de medida de tempo

T Período

W Watts - unidade de medida de potência

µW Micro Watts - unidade de medida de potência

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 16 1.1 OBJETIVOS ... 17 1.1.1 Objetivos Gerais ... 17 1.1.2 Objetivos Específicos... 18 1.2 JUSTIFICATIVAS E PROBLEMÁTICA ... 18 2 REVISÃO BIBILIOGRÁFICA ... 20 2.1 SOM ... 20 2.1.1 Onda Sonora ... 21 2.1.2 Frequência... 22

2.1.3 Pressão Sonora e Decibel (dB)... 23

2.1.3.1 Nível de Pressão Sonora (NPS) ... 24

2.1.4 Potência sonora ... 25

2.1.5 Intensidade sonora ... 26

2.1.6 Propagação do som... 26

2.1.6.1 Fenômenos relativos à propagação do som ... 27

2.1.6.1.1 Reflexão e refração do som ... 27

2.1.6.1.2 Absorção do som ... 28

2.1.6.1.3 Difração do som ... 28

2.1.6.1.4 Reverberação ... 28

2.2 RUÍDO ... 29

2.2.1 Tipos de Ruído. ... 31

2.2.1.1 Ruído branco e ruído rosa. ... 31

2.2.1.2 Ruído de fundo e efeito de mascaramento ... 31

2.2.2 Efeito do ruído no homem ... 32

2.2.2.1 A perda auditiva e efeitos do ruído em outros orgãos ... 32

2.3 AUDIBILIDADE ... 34

2.3.1 Sensação auditiva ... 35

2.3.1.1 Sensação auditiva equivalente ... 36

2.4 ISOLAMENTO DE RUÍDOS ... 39

2.4.1 Isolamento aéreo de ruídos ... 40

2.4.2 Isolamento sonoro de janelas ... 41

2.6 PUBLICAÇÕES SOBRE COMPONENTES CONSTRUTIVOS ... 45 3 METODOLOGIA ... 47 4 DISCUSSÃO ... 49 5 CONCLUSÃO ... 60 6 TRABALHOS FUTUROS ... 61 REFERÊNCIAS ... 62

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1 INTRODUÇÃO

O desenvolvimento das grandes cidades e centros urbanos trazem benefícios a grande maioria da população que habita esses locais. Porém, juntamente com os benefícios e vantagens, surgem alguns problemas que são velhos conhecidos, porém muitas vezes pouco estudados. De forma indireta, acabam trazendo problemas para o cotidiano da população, e consequentemente prejuízos socioeconômicos. Alguns desses malefícios são consequências diretas do desenvolvimento desordenado e muito rápido das cidades emergentes.

Florianópolis, capital de Santa Catarina não é diferente. Nos últimos anos, é notável o crescimento da cidade e principalmente da construção civil. Isso se deve ao fato da grande procura pela cidade que vem sendo citada como uma das melhores para se viver no país. Segundo o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), a população de Florianópolis em 25 anos aumentou em 67,5%. Com o aumento populacional é inevitável o aumento do tráfego de veículos, execução de obras civis e o crescimento industrial, que geram além de desenvolvimento e rentabilidade um problema comum para as grandes cidades: O Som e Ruído.

De acordo com Murgel (2007), ruído é tratado pelas autoridades como um problema de conforto acústico, enquanto deveria ser enfrentado como um problema de saúde pública. A poluição sonora é todo o som emitido que ultrapassa o nível sonoro natural.

Levando essas definições em consideração, no âmbito da construção civil há uma preocupação crescente nos últimos anos em relação ao conforto ambiental, com atenção ao conforto acústico. Para tal, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), desenvolveu a Norma Brasileira (NBR) 15575/2013 - Edificações Habitacionais – Desempenho. Essa NBR traz requisitos e exigências para desempenho ambiental, passando por desempenho térmico, sustentabilidade, durabilidade e conforto acústico.

Em uma edificação, alguns itens atuam para garantir o conforto acústico interno. Paredes, lajes e esquadrias garantem a vedação e estanqueidade de forma geral, porém isso não garante o conforto ambiental necessário. Há alguns detalhes nesses itens que podem influenciar positivamente ou de forma negativa o isolamento acústico. Espessura de paredes e lajes, camadas aditivas de materiais com bom desempenho antirruídos podem ser adotados. Nas esquadrias não é diferente. A tecnologia e a exigência de mercado vêm trazendo inovações nessa área pouco explorada pela engenharia.

A grande maioria das construtoras no Brasil, não buscam as tecnologias já existentes no mercado para melhorar o desempenho acústico, por meio das esquadrias.

17 Diferentes caixilhos e vidros já foram desenvolvidos a fim de criar produtos com alto índice de vedação acústica. Vidros laminados, duplos e insulados são conhecidos como bons atenuadores de ruído. E os caixilhos? Dois materiais são usados em larga escala, sendo eles o alumínio e o Policloreto de Vinil (PVC) os preferidos do mercado.

De acordo com Recchia (2001 apud DE ALCANTARA, 2010, p. 21):

Os principais elementos responsáveis pelos baixos índices de isolamento das janelas são as esquadrias e não os vidros, como a maioria das pessoas supõem. Portanto, a ideia amplamente divulgada de que a substituição do vidro da janela por um vidro duplo seria suficiente para solucionar o problema do ruído externo, é equivocada. Para realização de ensaios e estudos em componentes construtivos, é necessária uma câmara de reverberação acústica, com dimensões específicas e técnicas normatizadas. Existem poucas câmaras de reverberação acústica no Brasil, e, além disso, o valor para se fazer um ensaio de um componente é alto. Nesse contexto, esse trabalho traz o desenvolvimento de uma caixa de reverberação acústica em escala reduzida, mas precisamente 1:4 para comparação de diferentes componentes construtivos e esquadrias de diferentes linhas e bitolas de perfis.

Com a possibilidade de estudos no campo universitário, cabe ao engenheiro civil, responsável pela escolha do material de sua obra, a procura por estudos e ensaios para conhecer o produto que será comprado, não confiando apenas no marketing das diferentes empresas do mercado.

Dito isso, esse trabalho busca trazer informações sobre o tema supracitado, informando e orientando os profissionais da área técnica, responsáveis por decisões que trazem ou não retorno e rentabilidade econômica da obra.

1.1 OBJETIVOS

1.1.1 Objetivos Gerais

Desenvolver uma caixa de reverberação acústica para determinar o desempenho acústico dos diferentes componentes construtivos empregados em larga escala na construção civil.

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1.1.2 Objetivos Específicos

1) Realizar revisão bibliográfica sobre o tema estudado;

2) Investigar a melhor forma de ensaiar componentes construtivos em uma câmara de reverberação reduzida;

3) Buscar informações, detalhes e cuidados para realizar a construção de uma câmara de reverberação reduzida;

4) Definir os materiais utilizados na construção da câmara de reverberação; 5) Construir a câmara de reverberação reduzida;

6) Gerar possibilidades de estudos e ensaios acústicos de forma mais acessível, não só para a comunidade universitária, mas para a sociedade como um todo. 1.2 JUSTIFICATIVAS E PROBLEMÁTICA

Como dito anteriormente, o crescimento desenfreado das grandes cidades tem gerado um notável aumento na poluição sonora desses locais. Isso tem levado projetistas, fabricantes e construtores à busca de diferentes formas de atenuar essa poluição sonora, que é uma das principais reclamações dos usuários de imóveis das grandes cidades.

Em se tratando de saúde pública, a poluição sonora causa problemas muito além de problemas auditivos irreversíveis. De forma indireta e muitas vezes sem a pessoa afetada saber, o ruído causa irritabilidade, estresse, problemas com atenção e baixa de produtividade. Em geral, além de problemas e lesões físicas, os ruídos trazem danos psicológicos aos usuários de imóveis com um mau desempenho acústico.

Dessa forma, a busca por inovações na vedação das edificações se faz necessária. Porém, para o engenheiro civil, não basta apenas existir o produto, mas é preciso o conhecimento do produto a ser comprado, que tem grande importância na obra, e em alguns empreendimentos, compõe alto percentual no orçamento. GUEDES (2007) comenta que, nas últimas décadas, é crescente a demanda por informações sobre as propriedades acústicas dos materiais, como por exemplo, a capacidade de absorção da energia sonora nestes. No entanto, estes estudos, muitas vezes, se utilizam de métodos de modelagem que permitam inferir o comportamento acústico aos sistemas reais, os quais demandam uma infraestrutura de porte e exigem um alto investimento. Porém é possível encontrar na literatura autores que trabalharam com câmaras reduzidas para diagnosticar o comportamento acústico dos materiais, e este serão citados no trabalho a seguir.

19 Portanto, a construção de uma caixa de reverberação acústica em escala reduzida é justificada de forma geral por alguns fatores. Primeiramente, o alto custo para a realização de ensaios tradicionais acaba tornando inviável o ensaio de componentes construtivos. A localização dos centros especializados também é um fator que traz dificuldades e também eleva o custo do ensaio. Por fim, porém de igual importância, tornar possível e viável para os profissionais da região, estudos em componentes construtivos importantes para a manutenção do conforto acústico. A construção da caixa de reverberação se justifica pela demanda por desempenho acústico nas edificações, levando em conta a NBR15575/2013, que exige atenção especial das construtoras no conforto acústico.

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2 REVISÃO BIBILIOGRÁFICA

Para entendimento dos ensaios a serem feitos, é necessário o estudo de conceitos básicos e avançados da acústica, passando por simples definições, entendimento das normas vigentes e o complexo comportamento do som no ambiente e nos materiais. Para tal, se busca artigos, dissertações, teses e livros para pesquisa e sustentação do tema proposto para esse trabalho.

2.1 SOM

Segundo Bistafa (2011 p.6):

A acústica é a ciência do som, incluindo sua geração, transmissão e efeitos. Na realidade o termo som tem conotação mais ampla, já que se refere não somente ao fenômeno no ar responsável pela sensação de audição, mas também a tudo aquilo que é governado por princípio físico análogo.

Essa definição dá uma ideia da importância do objeto de estudo e consequentemente traz algumas definições do conceito de som, de diferentes autores. De forma simples, Murgel (2007, p. 21) define que “[...]som é qualquer vibração do ar (variação de pressão) que possa ser detectada pelo ouvido humano”.

Já de acordo com Costa (2003, p. 1) “O som é o resultado das vibrações dos corpos elásticos, quando essas vibrações se verificam em determinados limites de frequência”. Em resumo, tais vibrações são audíveis pelo ser humano somente se estiverem dentro da faixa de frequência audível, além de uma variação na pressão sonora. (OLIVEIRA, 2007). Portanto, são necessárias condições ideais para que ondas sonoras se tornem audíveis pelo ouvido humano.

No estudo da acústica, é importante a diferenciação de dois termos que, apesar de fisicamente equivalentes, tem uma sútil, mas importante diferença. Todo ruído é um som, porém o contrário não procede. Segundo Murgel (2007, p. 35):

Em termos físicos, ruído é a superposição de numerosas vibrações de frequências diversas, não harmônicas entre si, ou, mais simplesmente, um conjunto de sons produzidos por vibrações irregulares, sem o caráter de peridiocidade de harmonia. Essa falta de harmonia é que torna um som desagradável.

De forma simples temos o som, como qualquer vibração audível pelo ser humano. Já o ruído, um som que traz prejuízos à fisiologia humana.

21 Para melhor entendimento do estudo do ruído relacionado ao conforto acústico, é preciso o conhecimento de outros termos importantes na acústica.

2.1.1 Onda Sonora

De forma simples e resumida, Souza (2011) afirma que as vibrações sonoras se propagam devido às alterações provocadas na pressão atmosférica, definindo uma onda sonora. Alguns outros autores classificam ainda, as ondas, como ondas sonoras planas ou ondas sonoras esféricas ou tridimensionais. Costa (2003, p. 1) afirma que:

O som, portanto, se propaga por meio de impulsos ocasionados ao meio, em torno do corpo sonoro, os quais provocam deformações transitórias que se movimentam longitudinalmente, de acordo com a onda de pressão criada.

De acordo com Gerges (2000), as ondas sonoras planas são as menos comuns de ocorrer e são caracterizadas por terem a mesma amplitude em todos os pontos perpendiculares a direção de propagação.

As ondas sonoras esféricas são mais recorrentes no cotidiano. Tem-se como coordenada o raio da esfera (r), contada a partir do centro da esfera pulsante, ao contrário da onda sonora plana que tem como coordenada independente x, dado um plano cartesiano. A onda sonora esférica tem sua amplitude inversamente proporcional à distância da fonte sonora, ou seja, a amplitude da onda diminui com o aumento da distância da fonte. (BISTAFA, 2011). Esse efeito é chamado de atenuação do ruído com a distância. Murgel (2007, p. 27), explana a atenuação de ruído com a distância:

Uma vez emitido um som, este se propaga esfericamente, em todas as direções, até encontrar um obstáculo que impeça a sua trajetória. No entanto, conforme aumenta a distância da fonte, a frente de onda ocupa uma área maior. Como o nível de energia é constante na frente de onda, esse aumento de área implica uma diminuição da intensidade sonora. Logo, a proporção que o ruído se distancia da fonte, sua intensidade diminui [...].

Para o entendimento geral da onda sonora, alguns conceitos devem ser esclarecidos para melhor entendimento. Segundo Costa (2003):

a) Altura: Tem relação direta com a frequência do som, e nos diz se um som é agudo ou grave.

22 b) Timbre: Se relaciona com a composição harmônica da onda, que permite identificar a procedência do som. A análise harmônica permite diferenciar o som de ruído.

c) Intensidade: Tem relação com a amplitude de onda, consequência da variação de pressão do meio de propagação. É medida por meio de potência sonora propagada por unidade de superfície. A intensidade e a potência sonora serão discutidas em tópicos mais a diante nesse trabalho.

d) Amplitude: É o deslocamento das partículas do meio por consequência das oscilações que formaram a onda sonora.

e) Comprimento de onda: Distância de uma crista de onda até a próxima crista de onda do ciclo. Segundo Souza (2011), a correlação entre frequência e comprimento de onda é evidente, sendo as duas inversamente proporcionais. A figura 1 demonstra didaticamente a onda sonora, e suas características mais importantes.

Figura 1 - Onda sonora, e suas principais características.

Fonte: La Guía, (2017). 2.1.2 Frequência

De acordo com Costa (2003, p. 3), frequência (f) de uma onda corresponde ao número de vibrações completas executadas por essa onda em um segundo. A frequência é

23 dada pelo inverso do período (T), que se define como intervalo de tempo necessário para que um ciclo de onda de complete. (BISTAFA, 2006).

Portanto, tem-se a frequência definida por:

𝑓 =1 𝑇 [𝐻𝑧]

Na equação acima, está representada matematicamente a frequência em Hertz (Hz), unidade empregada para medição da frequência. O Hertz indica uma oscilação de onda por segundo (MURGEL, 2007). A frequência determina consequentemente a chamada faixa de áudio. Segundo Bistafa (2011), sons com frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz são audíveis pelo ser humano. Murgel (2007) considera a faixa entre 1000 Hz a 4000 Hz a mais audível pelo ser humano. De acordo com Scherer (2005, p. 24) “A acústica arquitetônica considera um intervalo de frequências entre 100 Hz e 4000 Hz, distribuídas em bandas de oitava, onde cada frequência é o dobro da precedente, ou em terços de oitava”.

Como já citado, há uma faixa de frequência considerada mais audível pelo ouvido humano. Portanto, se conclui que “[...] a sensibilidade do ouvido humano é diferente conforme o nível de frequência”. (RIGHI, 2013).

Sons de baixa frequência são chamados de grave, enquanto sons de alta frequência são chamados de agudos. Para entendimento do conceito de oitava, Costa (2003, p. 4) define “[...] o nome de oitava ao conjunto de notas que vai do dó de uma escala ao dó da escala seguinte, a qual apresenta uma frequência que é o dobro da frequência do dó da escala anterior”. A tabela 1 traz as relações de frequência entre as notas de uma oitava qualquer: Tabela 1 – Relação de frequências entre as notas musicais.

Dó Ré Mi Fá Sol Lá Si Dó

1 9/8 5/4 4/3 3/2 5/3 15/8 2

Fonte: Costa (2003, p. 4).

2.1.3 Pressão Sonora e Decibel (dB)

Como dito anteriormente, o som pode ser definido por uma variação da pressão ambiente sendo audível pelo ouvido humano. Bistafa (2011, p. 18) diz:

Ao nível do mar, a pressão ambiente é de 101.350 Pascal (Pa). A menor variação de pressão ambiente detectável pelo sistema auditivo é da ordem de 2 x 10−5 _{Pa. Essa}

24 pressão chama-se limiar da audição. E a variação de pressão ambiente capaz de provocar dor é o limiar da dor. Diferentes valores de pressão são atribuídos ao limiar da dor desde 20 a 200 Pa.

Dessa forma, de acordo com Murgel (2007) se a medição de som fosse feita pela pressão, teríamos uma escala difícil de trabalhar, levando em conta todas as variações sonoras audíveis. Então, foi criada uma unidade chamada Bel (B), com o intuito de comprimir em escala logarítmica a grande variação sonora. Desse modo, 1 bel seria log10, 2 bel seria

log100, e assim por diante. Porém, em um bel há uma grande variação de intensidade sonora,

portanto é usado o decibel, que é um décimo de bel, tornando mais fácil a medição. A escala varia de 0 dB (log1), sendo esse o limiar de audição já citado, até 140 dB, o limiar da dor. (MURGEL, 2007).

2.1.3.1 Nível de Pressão Sonora (NPS)

Segundo Scherer (2005, p. 25), a medida mais comum de um nível sonoro é o Nível de Pressão Sonora (NPS), expresso em decibéis. “O NPS, é a relação do valor eficaz de pressão sonora medida em Pa, e a menor pressão recebida pelo ouvido humano na frequência de 1000 Hz”.(OLIVEIRA, 2007, p. 22). O NPS é expresso pela fórmula:

𝑁𝑃𝑆 = 20𝑙𝑜𝑔 𝑃

𝑃_𝑟𝑒𝑓

Onde, P é a pressão sonora a ser medida, e 𝑃𝑟𝑒𝑓 a pressão de referencia (0,00002

Pa). A tabela 2 traz uma relação de pressão sonora em Pa e o NPS em dB para sons cotidianos, apresentando o limiar de audição e o limiar da dor:

25 Tabela 2 – Pressões sonoras e níveis de pressão sonora para sons do cotidiano, e correspondentes sensações subjetivas de intensidade associadas.

Sensação subjetiva de

intensidade Descrição Pressão sonora (Pa) Nível de pressão sonora (dB)

Estrondoso

Perigo de ruptura de tímpano - Avião a jato

- Fogo de artilharia

200 140

Limiar da dor

- Tambor de graves a 1 metro (m) - Avião a jato a 5 m

63 130

Muito Barulhento

Limiar do desconforto auditivo - Avião a pistão a 3 m

- Broca pneumática

20 120

-Metrô

-Próximo a uma britadeira 6,3 110

- Indústria barulhenta

- Dentro de um avião 2 100

Barulhento

- Banda ou orquestra sinfônica - Rua barulhenta

Obs: Ambientes com níveis de pressão sonora superiores a 85 dB são considerados insalubres

0,63 90

- Dentro de um automóvel em alta velocidade

-Escritório barulhento - Aspirador de pó

0,2 80

Moderado

- Rua de barulho médio

- Pessoa falando a 1 m 0,063 70

- Escritório de barulho médio

- Rádio com volume médio 0,02 60

Tranquilo

- Restaurante tranquilo

- Escritório aberto (com tratamento acústico)

0,006 50

- Sala de aula (ideal)

- Escritório privado (ideal) 0,002 40

Silencioso - Teatro vazio - Quarto de dormir 0,0006 30 - Movimento de folhagem - Estúdio de rádio ou TV 0,0002 20 Muito silencioso

- Deserto ou região polar

- Respiração normal 0,00006 10

- Laboratório de acústica (câmara anecóica)

- Limiar da audição 0,0002 0

Fonte: Bistafa (2011, p. 32). 2.1.4 Potência sonora

A potência sonora é dependente apenas da fonte sonora, independente do meio de propagação em que se encontra a fonte. Um som emitido por uma máquina terá a mesma

26 potência sonora em diversos ambientes, porém poderá ter diversas pressões sonoras se houver a mudança de ambiente dessa fonte. (GERGES, 2000).

Segundo Magalhães (2013), a potência sonora é o parâmetro acústico mais adequado para medir a capacidade de uma fonte sonora, devido ao fato de que a mesma não varia com a distância nem com o ambiente de propagação, ao contrário da pressão sonora, que depende de todos os fatores citados.

Silva (2002) afirma que a potência sonora ou acústica é emitida por uma energia acústica é geralmente muito pequena. Para efeitos de comparação, pode-se usar os exemplos da potência aferida em Watts (W), de uma voz humana feminina é de 0,002 W, enquanto a de um avião a jato é de 10000 W.

2.1.5 Intensidade sonora

A Intensidade sonora é medida em Watts/cm², sendo a quantidade de energia que atravessa um centímetro quadrado de área. (SILVA, 1990).

Bistafa (2011) define que a quantidade média de energia que atravessa uma área unitária perpendicular a propagação da onda é a intensidade sonora ou acústica I, dada pela equação:

𝐼 =𝑊

𝑆 [𝑊/𝑐𝑚²]

Onde S, é a superfície onde incide a onda em cm², e W é a potência sonora em Watts.

2.1.6 Propagação do som

A propagação da onda sonora se dá pela vibração elástica, sejam meios aéreos, líquidos ou sólidos. Diferente de outros tipos de vibrações e energia, a onda sonora não se propaga no vácuo. Segundo Gerges (1992 apud OLIVEIRA, 2007, p. 20):

Na comunicação humana e no dia-a-dia, o ar representa o meio elástico mais comum para a propagação do som, em que as colisões sucessivas das moléculas umas contra as outras originam regiões de compressão e rarefação no meio de propagação, em todas as direções sem que haja deslocamento de matéria, apenas propagação de energia sonora.

27 Apesar de ser o meio mais usual, o ar não é um meio perfeitamente elástico e consequentemente há uma perda de energia no meio aéreo. Essa perda é difícil de quantificar, pois é dependente de vários fatores como ventos, umidade e temperatura. Entretanto, é de conhecimento da ciência que quanto mais alta a frequência do som, maior a perda, e consequentemente maior a atenuação do som. O vento tem influência direta na propagação do som. Isso porque quando a massa de ar se desloca, as ondas sonoras se movem de forma proporcional. Então, se um vento se desloca da fonte ao receptor, o ultimo tem a sensação de aumento do nível do som resultante. O inverso também é verdadeiro. (MURGEL, 2007).

A velocidade do som também é dependente do meio de propagação. Segundo Gerges (2000) a velocidade do som no ar em uma temperatura de 20 Graus Celsius (°C), é de 343 metros por segundo (m/s). Ainda de acordo com Gerges (2000, p. 5):

Se uma onda sonora encontra um obstáculo com dimensões menores do que o seu comprimento de onda, o efeito não é perceptível, ocorrendo o oposto se a dimensão do obstáculo for compatível ao comprimento de onda de som. Portanto, para impedir a passagem de som, barreiras devem ser colocadas perto da fonte ou do receptor, e suas dimensões devem ser três a cinco vezes o comprimento de onda do som envolvido.

2.1.6.1 Fenômenos relativos à propagação do som

Alguns fenômenos ocorrem em relação a propagação do som. O isolamento sonoro em ambientes depende do entendimento geral desses fenômenos.

2.1.6.1.1 Reflexão e refração do som

Quando uma onda sonora encontra um obstáculo a energia sonora se divide. Uma se reflete, a outra parte da energia penetra no segundo meio, sendo considerada absorvida por ele. Se o segundo meio é ilimitado, a energia é totalmente convertida em calor, porém, se for uma parede com espessura definida, por exemplo, ou qualquer outra estrutura com limitação, a energia é transmitida por refração. Pode-se dizer que a refração é dependente do coeficiente de absorção do material do obstáculo encontrado pela onda. (COSTA, 2003).

Para que ocorra a reflexão é necessário que o obstáculo tenha superfície maior que o comprimento da onda do som. Dessa forma, sons de baixa frequência sofrem menos reflexões que os sons de alta frequência. A reflexão é muito utilizada em auditórios e teatros, a fim de aumentar a intensidade sonora no ambiente. (SOUZA, 2011).

28

2.1.6.1.2 Absorção do som

Como dito anteriormente, a parcela de energia que se transforma em calor é caracterizada como coeficiente de absorção. Essa energia é absorvida devido ao atrito e a viscosidade do ar. Pode-se dizer que a absorção depende diretamente da natureza do material que a onda está incidindo. (COSTA, 2003). Segundo Souza (2011, p. 36), “[...] quanto mais poroso o material, maior a absorção”. De acordo com Costa (2003), além da porosidade, vários outros aspectos tem influência no coeficiente de absorção dos diferentes materiais, como frequência, espessura, fracionamento e disposição adotada.

2.1.6.1.3 Difração do som

Quando a onda sonora se encontra com um obstáculo que não seja grande em relação ao seu comprimento de onda, a mesma contorna o obstáculo não alterando de modo sensível a sua qualidade. A porção que contorna a pequena abertura é considerada uma nova fonte sonora. (COSTA, 2003).

Ainda de acordo com Costa (2003, p. 39), “[...] no caso de pequenas aberturas, como pequenas janelas, vazios de ventilação, portas e janelas imperfeitamente fechadas, etc., o som se propaga uniformemente em todas as direções a partir do outro lado da abertura”. Dessa forma Silva (2002) afirma que é preciso ter atenção e cuidado com a presença de pequenas frestas e orifícios, pois esses sempre se transformaram em centros reirradiadores de som.

2.1.6.1.4 Reverberação

Normalmente em um local aberto, um indivíduo isolado no espaço emite uma voz com 60 dB, a 11 metros de distância essa voz é considerada inaudível. Porém, sabe-se que é possível ouvir a distâncias superiores a citada. O ouvido humano tem a capacidade integradora, que permite ouvir vários impulsos sonoros que se somam e atingem o mesmo por reflexão ou por novas fontes, durante um intervalo de 1/15 segundos. Dessa forma, sons refletidos somados a novas fontes sonoras geram um prolongamento da audição dessa onda sonora. (COSTA, 2003).

Costa (2003, p. 44) afirma que “A persistência do som residual no ambiente, depois que a fonte tenha cessado de emiti-lo, toma o nome de reverberação ou

29 circunsonância”. Dessa forma, há um intervalo de tempo, desde o momento da emissão da onda, até o momento que ela é extinta do ambiente. Esse tempo é chamado de tempo de reverberação, que na prática corresponde a uma queda de 60dB no nível sonoro. (SOUZA, 2011). O tempo de reverberação apesar de antigo é o mais confiável parâmetro para caracterização da reverberação. Navarro (2004 apud, ALCANTARA, 2010, p. 16) afirma que: Dependendo do espaço utilizado, a reverberação poderá ser boa, em doses moderadas, e má, em excesso. Tipicamente, o tempo de reverberação em uma sala varia pouco nas frequências médias e normalmente diminui com o aumento das dimensões da sala. O tempo de reverberação deve ser calculado em cada banda de oitava, pois ele está sujeito a variações de frequência, em virtude de que os coeficientes de absorção sonora variam com a mesma. Ele geralmente é maior em frequências baixas, pois estas, em razão dos grandes comprimentos de onda, são mais difíceis de serem absorvidas do que as altas frequências.

De forma resumida, o cálculo do tempo de reverberação é descrito pela formula de Sabine. A fórmula proposta relaciona o tempo de reverberação ao volume da sala de reverberação, as áreas de absorção e ao coeficiente de absorção sonora dos materiais. (GUEDES, 2007, p.18).

𝑇 = 0,161𝑉 𝐴 [𝑠]

Onde:

V é o volume da sala em m³;

A é a absorção total do recinto que é dada pela multiplicação do coeficiente de absorção de uma material pela sua área de absorção correspondente.

2.2 RUÍDO

A classificação de ruído não possui uma característica física ou teórica. O ruído denomina-se todo e qualquer som que seja indesejável pelo receptor. No convívio arquitetônico o ruído será classificado como importante a partir do momento que interferir o ambiente de trabalho e convívio social dentro de edificações. O ruído pode ser de maneira simples causadora de danos imediatos ao receptor, até danos permanentes por exposição prolongada a determinadas fontes emissoras de ruído. (DE MARCO, 1990).

De acordo com Gerges (2000) som e ruído não são sinônimos, um ruído é apenas um tipo de som, mas um som não é necessariamente um ruído.

30 O ruído é um som caracterizado por não possuir harmonia, no qual pode despertar a percepção imediata do receptor. Dessa forma diversas funções úteis são atribuídas ao ruído, como a sirene de uma ambulância ou carro de polícia, que incide a informar aos condutores sobre a passagem desses veículos, ou até um alarme de incêndio de uma edificação. (BISTAFA, 2011).

Quando um som possui emissões sonoras de alta intensidade com duração menor de 1s (segundo), e que se repetem em ciclos com intervalos maiores que 1s, são denominadas como ruído com caráter impulsivo, alguns exemplos são; martelagens, bate-estacas, explosões. Quando um som apresenta uma pressão constante, é denominado ruído com componentes tonais, como por exemplo, apitos, zumbidos buzinas, etc. Ruídos intermitentes são compostos por som cíclicos em intervalos menores que 1s, como por exemplo, as sirenes (COSTA, 2003). Ainda de acordo com (2003 p. 72):

O conhecimento da pressão sonora dos sons e ruídos é importante para estabelecer um critério de controle dos mesmos, a fim de preservar o desconforto e mesmo risco de danos à audição e eventualmente a diversos aspectos da saúde humana, causados pelo seu valor excessivo.

Dessa forma, a tabela 3 a seguir traz os níveis de som, comparando potência, intensidade e pressão sonora, relacionados com a distância da fonte emissora.

Tabela 3 - Níveis de som e ruídos internos.

Fonte Distancia (m) Potencia (µW) Intensidade (µW/cm²) 𝐋𝑨𝒆𝒒 𝐃𝐁𝑨 Conversação Normal Forte 1 1 5 − 20 100 − 1.000 10−5− 10−4 10−3_{− 10}−4 50 − 60 70 − 80 Canto Médio Forte 1 1 200 − 2.000 104_{− 5𝑥10}4 10−3_{− 10}−2 10−1 70 − 80 80 − 100 Piano Médio Forte 1 1 − 3 500 − 2.000 100 − 1.000 10−2_{− 10}−1 1 − 10 70 − 80 80 − 110 Órgão Forte 1 − 5 107 _{100 120} Orquestra Forte 5 − 10 107_{− 10}8 _{100 − 110 110 − 130} Rádio Médio Forte 1 − 3 1 − 3 100 − 1.000 5𝑥103_{− 3𝑥10}4 10−3− 10−2 10−2_{− 10}−1 70 − 80 90 − 100 Fonte: Costa (2003, p. 73).

31

2.2.1 Tipos de Ruído.

2.2.1.1 Ruído branco e ruído rosa.

Segundo Noceti Filho (2002) o ruído branco é por definição aquele que tem a sua potência distribuída uniformemente no espectro de frequência, ou seja, é uma constante. O nome ruído branco advém da analogia com o espectro eletromagnético na faixa de luz branca que contém todas as frequências do espectro visível. Na natureza, encontramos ruídos com essa característica constante até cerca de 1.000 GHz. Para frequências mais altas, a amplitude do ruído decresce. Já ruído rosa é aquele cuja densidade espectral de potência é proporcional ao inverso da frequência. O nome ruído rosa vem também do espectro luminoso. A luz vermelha possui a mais baixa frequência do espectro visível e o ruído rosa tem mais energia nas baixas frequências.

Segundo Bistafa (2011), para ensaios acústicos são utilizados estes dois tipos de ruídos. Onde um gerador de sinais emite através de um alto-falante um sinal característico de ruído rosa ou branco, no qual excita o sistema. O ruído rosa é utilizado quanto a análise de sistemas acústicos, se utilizam filtros com larguras de bandas de porcentagem constante, para garantir a mesma quantidade de energia no sistema. Assim sendo possível analisar as repostas para diferentes bandas.

Segundo PUJOLLE (1978, apud OLIVEIRA, 2007, p.23):

Os ensaios em laboratório são realizados em câmara reverberante com fonte sonora normalizada a qual emite um ruído com a mesma quantidade de energia em todas as frequências analisadas. A esse ruído que apresenta tais características, chama-se ruído rosa.

2.2.1.2 Ruído de fundo e efeito de mascaramento

Alguns autores trazem a definição de ruído de fundo e efeito de mascaramento, Souza (2011, p. 60) define de forma didática e pontual:

As atividades humanas envolvem sempre, por menor que seja, a geração de sons, e, por isso mesmo, os ambientes urbanos têm como uma de suas características a presença do que se denomina ruído de fundo. O ruído de fundo tende a ser mais intenso durante o dia e menos intensos nos horários da madrugada. Para que o som possa ser ouvido, é necessário que seu nível de intensidade esteja acima do nível de intensidade do ruído de fundo.

32 De forma mais técnica, Gerges (2000) traz que o ruído de fundo é um nível de pressão sonora gerada pelo ambiente, para efeitos de estudo o ruído de fundo não deve mascarar o sinal de ensaio. Isso remete que o nível do sinal a ser estudado deve estar 3 dB acima do nível de fundo, porém, uma correção deve ser aplicada para que o resultado tenha confiabilidade.

O ruído de fundo não pode mascarar o ruído objeto de estudo de ensaio, ou mesmo na audição de um ser humano qualquer, um ruído de fundo pode atrapalhar a audição normal de outros sons desejáveis. Para Silva (2002), isso se chama efeito de mascaramento. Para Bistafa (2011, p. 79), “Ocorre mascaramento quando um som interfere na percepção do outro. [...] Diz-se que o tom indesejável (chamado de mascarante), mascara o tom desejável (chamado de mascarado)”.

2.2.2 Efeito do ruído no homem

Como já citado, o som e o ruído se diferenciam de forma sútil. Todo ruído é um som, porém nem todo som é um ruído. Murgel (2007), afirma que a avaliação de ruído, ou ruído indesejável é bastante subjetiva. Enquanto uma música pode ser agradável a uma pessoa, a outra pessoa pode ser indesejável e leva-la ao estresse. Um cão latindo constantemente pode gerar estresse, enquanto o de uma cachoeira pode ser agradável, mesmo os dois ruídos tenso níveis bastante elevados.

Murgel (2007, p. 37) os níveis de aceitação do ruído variam conforme cada indivíduo e ao ruído de fundo existente.

Em geral, uma comunidade reage negativamente a uma fonte sonora, a partir de 65 dB(A), quando surgem raras reclamações. Estas se tornam generalizadas quando o nível de ruído atinge 75 dB(A), e a poluição sonora torna-se inaceitável a partir dos 80 dB(A). [...] considera-se que um ruído provoca pequena perturbação quando está 3 dB(A) acima do ruído de fundo preexistente; com mais de 5 dB(A), o nível de incômodo é médio; sendo alta a perturbação provocada por fones sonoras com mais de 10 dB(A) acima de ruído de fundo.

2.2.2.1 A perda auditiva e efeitos do ruído em outros orgãos

Gerges (2000, p. 46) define que “qualquer redução na sensibilidade de audição é considerada perda de audição”.

33 Existem basicamente dois tipos de perdas de audição. A perda condutiva ocorre quando algo impede que o som chegue a orelha interna. Pessoas com esse tipo de perda auditiva costumam ouvir bem a própria vez devido a condução óssea, porém ouvem outras vozes e forma prejudicada, e tendem a falar no mesmo nível sonoro que ouve as vozes de outras pessoas. A perda auditiva neurossensorial ocorre quando se tem lesões nas fibras nervosas. Indivíduos com esse tipo de perda tendem a falar mais alto, tentando ouvir melhor a sua própria voz. (BISTAFA, 2011).

Gerges (2000) afirma que um longo tempo de exposição a ruídos de altos níveis sonoros causam sobrecarga cardíaca, levando a aumento da pressão sanguínea, estreitamento de vasos sanguíneos e aceleração da pulsação. Isso leva o organismo humano a secretar quantidades anormais de hormônios e causa tensos musculares também anormais. Sem saber a causa, o indivíduo submetido ao estresse por altos níveis de ruídos tem baixa produtividade no trabalho, frustração, irritabilidade e queixas de dificuldades mentais e emocionais. A figura 2 lista alguns dos problemas causados pela exposição continua ao ruído.

Figura 2 - Efeitos do ruído no organismo humano.

+

34 2.3 AUDIBILIDADE

De Marco (1990) de forma didática define que o ouvido humano deve funcionar como um transformador, que mudam as variações de pressão que chegam ao ouvido humano em variações de tensão elétrica que serão transmitidos ao cérebro. De forma técnica e também de fácil entendimento, Bistafa (2011), enumera os seguintes acontecimentos no ouvido humano para que seja possível ouvir um som:

a) O som é gerado;

b) Som se propagada até a aurícula, e posteriormente para o interior do conduto auditivo externo;

c) Ocorre a vibração do tímpano;

d) Na orelha média, ocorre a vibração dos ossículos;

e) Ondas de pressão são transmitidas para o liquido no interior da cóclea, que codifica o som e envia ao cérebro via nervo auditivo.

Anatomicamente, tem-se uma divisão geral do ouvido humano em três partes, que até hoje não tem todas as suas funções descritas de forma clara, devido a complexidade do sistema auditivo. Segundo De Marco (1990) as principais partes do ouvido são:

a) Ouvido externo: Pavilhão externo até a membrana do tímpano;

b) Ouvido médio: Composto pelos ossículos, cuja função é transmitir e amplificar a vibração do tímpano;

c) Ouvido interno: Canal enrolado em espiral, composto por células sensíveis capazes de transmitir impulsos eletroquímicos para o nervo auditivo.

A figura 3 traz uma ilustração para melhor entendimento da anatomia do ouvido humano.

35 Figura 3 - Ilustração da anatomia do ouvido humano.

Fonte: Melhor Saúde (2017).

2.3.1 Sensação auditiva

Costa (2003, p. 19) define sensação auditiva como “[...] a maior ou menor impressão causada em nosso ouvido pelo som”.

O ouvido humano tem limites de audibilidade inferior e superior, como já comentado anteriormente. São chamados de limiar da dor, e limiar da audibilidade, sendo o último, o limite inferior que começa, por convenção, em zero dB. Essa capacidade de ouvir varia de acordo com a frequência, onde um som de determinada intensidade, pode ser captado pelo ouvido humano em certa frequência, porém não em outra frequência. Isso levou os profissionais do Bell Telephone Laboratories, estudarem as diferentes faixas para as quais a capacidade auditiva é eficaz para certos sons. A figura 4 mostra o resultado desse estudo. (SILVA, 2002).

36 Figura 4 - Audibilidade média do ouvido humano.

Fonte: Cardoso e Saft, (2016).

2.3.1.1 Sensação auditiva equivalente

A sensação auditiva equivalente surgiu da necessidade de se estabelecer uma nova grandeza que forneça a sensação auditiva para qualquer frequência, já que a sensação auditiva convencional se refere a frequências de 1000 Hz. A sensação auditiva equivalente é o nível sonoro de um som puro de frequência igual a 1000 Hz, que produz no ouvido humano o mesmo efeito de uma frequência qualquer em exame. (COSTA, 2003).

Em 1933, Fletcher e Munson começaram a estudar essas sensações com grupos de pessoas, e verificaram que há um lugar geométrico de igual nível audiométrico, as chamadas curvas isofônicas. O resumo desse estudo mostra as curvas onde o ser humano percebe igualmente o som, mesmo de intensidade e frequências distintas, medindo o nível de audibilidade em Fones, que é a função do nível sonoro e da frequência do som. (SILVA, 2002).

O estudo foi realizado com ouvintes treinados que eram solicitados a ajustar o nível sonoro de um tom puro em determinada frequência que eles julgassem tão intensa quanto um tom puro em 1000 Hz. Resumidamente, o experimento revelou que é necessária mais energia sonora nas baixas frequências do que nas altas para se ter o mesmo nível de audibilidade. (BISTAFA, 2011).

37 Anos mais tarde, Robinson e Dadson repetiram o mesmo estudo, com um número maior de pessoas, e conseguiram atualizar a curva, tornando-a teoricamente mais precisa. Em 1961, a curva isofônica foi normatizada, tendo atualizações até chegar a versão mais atual, a ISO 226/2003, como mostra a Figura 5. (SCHARINE et. al, 2009).

Figura 5 - Curvas Isofônicas.

Fonte: Scharine et al. (2009).

Apesar da sua simplicidade, não se pode deixar de mencionar o caráter convencional da escala de sensações equivalentes. Estudos mais modernos mostram que a sensação auditiva verdadeira é bem maior que as demonstradas nas curvas isofônicas, Com aparelhos de alta tecnologia, foi possível a composição dos circuitos de escalas ponderadas A, B, C e D de acordo com a pressão sonora ou quantidade energética do som ilustrada na figura 6 (COSTA, 2003).

Gerges (2000), afirma que apesar das quatro curvas de ponderação, apenas a curva A é amplamente utilizada. Isso se deve ao fato de que as curvas B e C não fornecem boa relação com testes subjetivos. A curva D foi criada especialmente para medição em aeroportos. A tabela 4 traz os valores de correção para atenuação auditiva A, B e C.

38 Tabela 4 - Valores de correção para atenuação auditiva.

Frequência (Hz) Curva A dB(A) Curva B dB(B) Curva C dB(C)

10 -70,4 -38,2 -14,3 12,5 -63,4 -33,2 -11,2 16 -56,7 -28,5 -8,5 20 -50,5 -24.2 -6,2 25 -44,7 -20,4 -4,4 31,5 -39,4 -17,1 -3,0 40 -34,6 -14,2 -2,0 50 -30,2 -11,6 -1,3 63 -26,2 -9,3 -0,8 80 -22,5 -7,4 -0,5 100 -19,1 -5,6 -0,3 125 -16,1 -4,2 -0,2 160 -13,4 -3,0 -0,1 200 -10,9 -2,0 0,0 250 -8,6 -1,3 0,0 312 -6,6 -0,8 0,0 400 -4,8 -0,5 0,0 500 -3,2 -0,3 0,0 630 -1,9 -0,1 0,0 800 -0,8 0,0 0,0 1000 0 0,0 0,0 1250 0,6 0,0 0,0 1600 1,0 0,0 -0,1 2000 1,2 -0,1 -0,2 2500 1,3 -0,2 -0,3 3150 1,2 -0,4 -0,5 4000 1,0 -0,7 -0,8 5000 0,5 -1,2 -1,3 6300 -0,1 -1,9 -2,0 8000 -1,1 -2,9 -3,0 10000 -2,5 -4,3 -4,4 12500 -4,3 -6,1 -6,2 16000 -6,6 -8,4 -8,5 20000 -9,3 -11,1 -11,2 Fonte: Gerges (2000).

39 Figura 6 - Curvas de compensação de audibilidade

Fonte: Gerges (2000).

2.4 ISOLAMENTO DE RUÍDOS

O isolamento acústico nos ambientes é um dos parâmetros mais importantes para a manutenção do conforto acústico nos edifícios. Esse fator deve ser pensado ainda em projeto, tendo em vista que atenuações acústicas durante o uso dos ambientes pelo usuário final podem trazer transtornos desnecessários. (SILVA, 2000).

O isolamento sonoro refere-se a capacidade de alguns materiais formarem uma barreira a fim de impedir que uma onda sonora passe de uma recinto para o outro.(PISANI, 2008).

Scherer (2005), afirma que de acordo com a propagação são considerados dois tipos de isolamento:

a) Isolamento dos ruídos aéreos: Quando a fonte atua diretamente sobre o ar, sendo transmitidas por portas, janelas, paredes e painéis.

b) Isolamento dos ruídos de impacto: Quando a fonte sonora é uma vibração, e se transmite por meio sólido, como vigas, lajes e pilares.

40 Figura 7 - Ruído transmitido pelo ar e pela estrutura.

Fonte: Gerges (2000).

2.4.1 Isolamento aéreo de ruídos

Souza, Almeida e Bragança (2006, apud PISANI, 2008, p. 37) afirmam que as janelas, portas, paredes, pisos, tetos e frestas existentes nos ambientes são elementos responsáveis pela transmissão de ruídos aéreos para o interior de um ambiente.

Méndez et al. (1994, apud OLIVEIRA, 2007, p. 26), descreve a transmissão do ruído aéreo. Uma onda sonora incidente sobre uma divisória imprime um movimento vibratório sobre a divisória gerando compressões e expansões nas moléculas de ar na camada oposta divisória. O elemento de divisória atua como se fosse uma nova fonte sonora.

Ainda segundo Méndez et al. (1994, p 106, apud SCHERER, 2005, p.30) “quando uma onda sonora de energia Ei incide sobre uma superfície, divide-se em duas, uma energia refletida Er e uma energia absorvida Ea. Esta última, por sua vez, se decompõe em energia dissipada no interior do fechamento Ed e uma energia transmitida Et”.

Gerges (2000) cita a grandeza Perda de Transmissão (PT), que afere qual perda de transmissão de emissão sonora. Valores altos de perda de transmissão, significam baixa transmissão de energia acústica. Dessa forma, se tem o coeficiente de transmissão de energia sonora que se dá pela relação da energia transmitida e a energia incidente:

41

𝜏 = 𝐸𝑡 𝐸𝑖

Com o coeficiente obtido, se calcula a Perda de Transmissão (PT), dada por:

𝑃𝑇 = 10𝑙𝑜𝑔1 𝜏

Para se obter o isolamento acústico entre recintos, se deve obter a diferença de pressão sonora dos recintos, ou a diferença de nível, dada por:

𝐷 = 𝑁𝑃𝑆1− 𝑁𝑃𝑆2

Onde:

a) 𝑁𝑃𝑆₁ é o nível de pressão sonora no recinto onde a fonte sonora se encontra; b) 𝑁𝑃𝑆2 é o nível de pressão sonora no recinto receptor

Segundo Pisani (2008), para a avaliação do desempenho acústico de dispositivos de vedação como, portas, divisórias, janelas, e fachadas, faz-se a relação da perda de transmissão sonora (PT) com a diferença de nível, obtendo-se o índice de redução sonora R, dado por:

𝑅 = 𝐷 + 10𝑙𝑜𝑔𝑆 𝐴

Onde:

a) S é a área (m²) de superfície do componente construtivo que está sendo avaliado;

b) A é a área (m²) de superfície de teto, paredes e piso, e todo material receptor no recinto de recepção da energia sonora.

2.4.2 Isolamento sonoro de janelas

As esquadrias em geral, tem função de vedação da obra, evitando a entrada de água e vento na edificação. Porém, a esquadria deve ser estudada muito além disso. No caso

42 desse estudo, as janelas são foco principal, e seu desempenho acústico vem sendo discutido recentemente, com a alta demanda por conforto acústico e saúde do usuário final.

É nítido que no Brasil, apesar da NBR 15575/2013, ainda se dá pouca importância quando o assunto é desempenho acústico de uma janela. Quando falamos em esquadrias de alumínio então, é ainda pior. A maioria dos autores e estudos encontrados é sobre as esquadrias de PVC.

Na região de Florianópolis, nos edifícios multi-familiares, a janela de alumínio é amplamente utilizada, e as esquadrias de PVC acabam tendo como consumidores clientes de residências de alto padrão. Porém, é preciso estudar a esquadria de alumínio, seus desempenhos divulgados, para possível equivalência de mercado com outros produtos que já atendem as exigências de mercado. Pisani (2008), lista alguns motivos do porque o uso de janelas com bom desempenho acústico ainda é incipiente:

a) Ausência de uma política pública de incentivo ao desenvolvimento de janelas de melhor qualidade;

b) Baixo poder aquisitivo de grande maioria dos consumidores e desconhecimento no momento da aquisição de um imóvel;

c) Falta de legislação eficiente que exija imóveis com melhor desempenho acústico;

d) Resistência cultural quanto a utilização de janelas pivotantes, ou maxim-ar, que oferecem melhor vedação comparadas a um caixilho de correr.

Como já citado, alguns autores já comprovaram que diferente do que todos acham o vidro não é o principal responsável pela vedação e isolamento acústico de esquadria. O que se busca com esses estudos, é a influência das diferentes tipologias de esquadrias, com suas diferentes bitolas de perfis, tipos de fechamento e materiais de vedação.

2.5 NORMATIZAÇÃO

Na busca bibliográfica pelos ensaios de acústica, investigou-se inicialmente as normas que regem os principais ensaios e valores permitidos. No catálogo Brasileiro de normas técnicas é possível encontrar duas normas sobre acústica para ambientes construtivos. São elas:

a) ABNT NBR 10151/2000 Versão Corrigida: 2003 “EM REVISÃO”: Acústica - Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade – Procedimento: Esta norma traz o procedimento para se executar o ensaio de

43 acústica em um ambiente, sendo ele externo ou interno. Ela trata também dos cuidados que se deve ter ao executar o ensaio, como distâncias da parede, condições climáticas e precisão de equipamento, além dos valores exigíveis para a avaliação da aceitabilidade do ruído em comunidades, independentemente da existência de reclamações.

b) ABNT NBR 10152/1987 Versão corrigida 1992: Níveis de ruído para conforto acústico – Procedimento: Esta norma complementa a anterior trazendo as equações e as constantes necessárias para os cálculos dos valores que constarão dos relatórios acústicos. Além disso, é possível se encontrar, também, a análise de frequências de um ruído e suas correções necessárias. Estas duas normas orientam sobre um ruído ambiente num determinado recinto de uma edificação. Mas a busca por ensaios específicos de acústicas sobre componentes construtivos leva a uma série de normas ISO. A série de normas ISO 10140/2016 - Acústica - Medição laboratorial de isolamento acústico de elementos de construção. Esta série de normas traz os requisitos de teste para elementos e produtos de construção, incluindo requisitos detalhados para preparação, montagem, condições operacionais e de teste, bem como quantidades aplicáveis e informações de teste adicionais para relatórios. A tabela 5 a seguir traz de forma mais detalhada cada uma das partes dessa norma.

44 Tabela 5 - Comparativo das normas ABNT NBR, com as normas série ISO, e seus respectivos detalhamentos. NORMAS ABNT NBR ABNT NBR 10151:2000 Versão corrigida: 2003

Acústica - Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade – Procedimento.

- procedimento para se executar o ensaio de acústica em um ambiente (externo ou interno); - cuidados que se deve ter ao executar o ensaio, como distâncias da parede, condições climáticas e precisão de equipamento;

- valores exigíveis para a avaliação da aceitabilidade do ruído.

NBR 10152 ABNT NBR 10152:1987 Versão corrigida 1992

Níveis de ruído para conforto acústico – Procedimento.

- traz as equações e as constantes necessárias para os cálculos dos valores que constarão dos relatórios acústicos;

- análise de frequências de um ruído e suas correções necessárias.

NORMA ISO Parte da ISO

10140 Finalidade principal, conteúdo e uso

ISO 10140-1

Especifica requisitos de teste para elementos e produtos de construção: ⎯ quantidades específicas medidas;

⎯ tamanho do elemento de teste; ⎯ condições de montagem e limite;

⎯ condicionamento, teste e condições de operação; ⎯ especificações adicionais para o relatório do teste.

ISO 10140-2 Especifica procedimento completo para _{medidas de isolamento de som no ar.}

⎯ Definições das principais quantidades medidas;

⎯ Condições gerais de montagem e contorno; ⎯ Procedimento de medição geral;

⎯ Processamento de dados; ⎯ Relatório de teste (pontos gerais);

ISO 10140-3 Especifica procedimento completo para _{medidas de isolamento de som de impacto.}

ISO 10140-4

Especifica todas as bases técnicas de medição e processos: ⎯ Definições;

⎯ Faixa de freqüência; ⎯ Posições do microfone; ⎯ Média espaço e tempo; ⎯ Correção para ruído de fundo; ⎯ Medições do tempo de reverberação; ⎯ Medidas do fator de perda;

⎯ Medições de baixa frequência;

⎯ Potência de som irradiada por medição de velocidade.

ISO 10140-5

Informações necessárias para projetar, construir e qualificar a instalação do laboratório, seus acessórios adicionais e equipamentos de medição (hardware).

- Instalações de teste, critérios de design; - Aberturas de teste;

- Requisitos para equipamento; - Construções de referência.

ISO 354/2003 Traz o ensaio e informações sobre a absorção acústica de materiais em uma sala de _{reverberação.} ISSO

717-1/2013 Converte valores obtidos no ensaio recomendado pela ISO10140/2016, em um único valor, simplificando os resultados para avaliação da performance acústica de um componente.

ISO

3741/1999 Determinação dos níveis de potência sonora e dos níveis de energia sonora de fontes de ruído utilizando pressão sonora - Métodos de precisão para salas de reverberação. Fonte: Catálogo técnico ABNT.

45 2.6 PUBLICAÇÕES SOBRE COMPONENTES CONSTRUTIVOS

Na literatura poucos autores estudam especificamente componentes construtivos. Pode ser citado o trabalho de BASTOS et al. (2010), estes autores estudaram o desempenho acústico de painéis fabricados a partir de fibras vegetais. Para determinar os coeficientes de absorção sonora deste material estes autores trabalharam em uma câmara reverberante em escala reduzida (1,2x1,0x0,8cm). Estes autores mostraram que a minicâmara reverberante apresentou desempenho similar aqueles realizados também em câmaras reverberantes reais. Esta caixa reverberante utilizada por BASTOS et al. (2010) foi proposta por GUEDES (2007), em seu estudo sobre a medição de absorção sonora de painéis fabricados a partir de fibras de coco. GUEDES (2007) apresenta o projeto e construção de uma minicâmara reverberante de compensado na escala de 1:6 de um volume de 200 m³, com qualificação e adequação do campo acústico interno com baseada nas recomendações da norma ISO 354/2003.

O trabalho de SILVA et al. (2008), consiste na reprodução de duas metodologias de ensaio de capacidade de absorção sonora de materiais, indicadas pela ISO 354/2003. Uma das metodologias consiste na realização de ensaios com amostras de grande porte, o que as torna inviável. Surge como alternativa a técnica recomendada na norma ASTM E1050, que traz o ensaio de capacidade de absorção acústica de materiais utilizando um tubo de impedância, com dois microfones e um sistema de análise de frequência digital. Porém a dimensão da amostra pode ser um problema mesmo com o ensaio no tubo de impedância. Dessa forma, o autor traz um método não normatizado de uma caixa de reverberação em escala reduzida, baseada na norma ISO 354/2003.

Outra contribuição foi ANDRADE & MEDEIROS (2012) que estudaram a viabilidade de utilizar o etileno acetato de vinila (EVA), resíduo gerado pela indústria calçadista, como agregado em micro concreto leve. Para testar o comportamento acústico deste material eles confeccionaram uma caixa produzida a partir das placas do novo material com dimensões estabelecidas por eles (em torno de 40x40x20 cm). Dentro da caixa foi colocado uma fonte de som e a caixa foi fechada. A absorção do som emitido pelo material foi testada com um decibelímetro posicionado no lado de fora da caixa.

No trabalho de SCHVARSTZHAUPT et al. (2014) também se encontra o uso de uma câmara reverberante, mas de tamanho normal. Estes autores realizaram seu estudo sobre o desempenho acústico de janelas com persianas, considerando-se como variáveis os mecanismos de fechamento, tipo e espessura de vidro, acionamento de persiana através de ensaios em laboratório. Em seus desenvolvimentos experimentais, os autores utilizaram a