Conforto Acústico em Salas de Aula
Climatizadas
Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica na Especialidade de Energia e Climatização de Edifícios.
Ana Catarina Queimado Costa
Orientadora: Professora Doutora Cláudia Dias Sequeira
iii Copyright by Ana Catarina Queimado Costa, Março, 2014
Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado em Energia e Climatização de Edifícios - Departamento de Engenharia Mecânica, Instituto Superior de Engenharia da Universidade do Algarve, Faro, Portugal, 2014.
v Aos meus Avós, Armanda e Jorge, Vicência e Joaquim.
‘Nem todos podem ser ilustres, mas todos podem ser bons’ Confúcio
vii Agradecimentos
Ao realizar esta dissertação, não posso deixar de expressar o meu profundo agradecimento a todas as pessoas que, directa ou indirectamente, contribuíram para que o meu percurso me trouxesse até aqui. Os meus primeiros agradecimentos vão para os meus pais, Adélia e Rui, por todo o amor e carinho com que me criaram, por todo o apoio, incentivo e força que sempre me transmitiram nos momentos de desânimo e por todos os valores que me transmitiram e que fizeram de mim o que sou hoje.
Quero também agradecer ao Professor Eng. Eduardo Volta e Sousa e à sua esposa, a Professora Isabel Volta e Sousa, pelos preciosos ensinamentos, pela disponibilidade e pelo grande apoio.
Mais do que professores são verdadeiros amigos.
Agradeço igualmente ao Professor José Dourado e ao seu colaborador André Domingos, pelo empréstimo dos equipamentos necessários à realização desta tese, pela paciência e pela disponibilidade prestada.
Por fim, agradeço à orientadora desta dissertação, a Drª Cláudia Sequeira.
ix Resumo
O presente trabalho pretende analisar e caracterizar a qualidade acústica de salas de aula de dois edifícios escolares, construídos em diferentes épocas, pertencentes ao Instituto Superior de Engenharia, situado no Campus da Penha da Universidade do Algarve.
O ambiente escolar é destinado à formação intelectual e profissional de cada cidadão.
As salas de aula são espaços onde os ocupantes permanecem grande parte do seu dia e onde uma boa acústica é fundamental para a aprendizagem e concentração.
A voz é o principal meio de transmissão de conhecimento, o que torna essencial uma perfeita compreensão entre alunos e professores.
Assim sendo, o ruído pode tornar-se extremamente incomodativo e prejudicial.
É também de extrema importância analisar e caracterizar o ruído proveniente de equipamentos de Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado.
Estes equipamentos são de uso habitual e aconselhado pois permitem manter e controlar a temperatura e humidade em níveis adequados à produtividade e bem-estar dos ocupantes do espaço. No entanto, estes equipamentos podem também tornar-se fontes de Ruído devido a deficiências de projecto, má instalação ou manutenção desadequada.
Palavras-Chave: Acústica, Ruído, Acústica em salas de aula, Tempo de Reverberação, Inteligibilidade da Palavras, Ruído de Equipamentos.
xi Abstract
The present work aims to analyze and characterize the acoustic quality of classrooms of two school buildings, built at different times, belonging to the Institute of Engineering, situated on the Campus of Penha of the University of Algarve.
The school environment is for the intellectual and professional formation of every citizen.
The classrooms are spaces where occupants remain a large part of their day and where good acoustic is fundamental for learning and concentration.
The voice is the primary mean of knowledge transmission, which makes it essential to a perfect understanding between students and teachers.
Therefore, the noise can become extremely troublesome and harmful.
It is also of extremely importance to analyze and characterize the noise from Heating, Ventilation and Air Conditioning equipment.
This equipment is recommended for regular use and allow to maintain and control the temperature and humidity at appropriate levels of productivity and well - being of the occupants of the space. However, this equipment may also become sources of noise due to deficiencies in design, inadequate maintenance or improper installation.
Key Words: Acoustics, Noise, Acoustics in Classrooms, Reverberation Time, Word Intelligibility, Noise Equipment.
Índice de Tabelas ...7 Símbolos e Abreviaturas...9 1. Introdução ...1 1.1. Enquadramento e Motivação ...1 1.2. O Ambiente Escolar ...2 1.3. Objectivo ...3 1.4. Estrutura da Dissertação ...3 2. Fundamentos Teóricos ...5 2.1. Características do Som ...6 2.1.1. Frequência ... 6 2.1.2. Intensidade ... 11 2.1.3. Timbre ... 12 2.1.4. Duração ... 12
2.2. Pressão, Intensidade e Potência Sonora ... 12
2.3. Propagação do Ruído ... 15 2.4. Fontes de Ruído ... 17 2.4.1. Ruído Externo ... 17 2.4.2. Ruído Interno ... 17 2.4.3. Ruído de Equipamentos ... 17 3. Acústica de Edifícios ... 22 3.1. Sons Aéreos ... 23 3.2. Sons de Percussão ... 28 3.3. Transmissão Sonora ... 32
3.3.1. Transmissão Marginal a Sons Aéreos ... 33
3.3.2. Transmissão Marginal de Sons de Percussão ... 35
4. Qualidade Acústica de Salas de Aula ... 38
4.1. Tempo de Reverberação ... 38
4.2. Inteligibilidade da Palavra ... 42
4.2.1. AI – Índice de Articulação ... 44
4.2.2. SIL – Nível de Interferência na Conversação ... 46
4.2.3. RASTI ... 46
4.3. Ruído de Fundo ... 48
2
4.5. Tempo de Decaimento Inicial ... 51
4.6. Definição e Clareza ... 52
4.7. Geometria e Reflexões Úteis ... 52
5. Legislação ... 56 5.1. Portugal ... 56 5.2. Outros Países ... 59 5.2.1. França ... 59 5.2.2. Alemanha ... 60 5.2.3. Espanha ... 60 5.2.4. Reino Unido ... 61 5.2.5. Estados Unidos ... 64 5.2.6. Brasil ... 66 6. Caso de Estudo ... 68 6.1. Amostra em Estudo ... 68 6.2. Equipamentos de Medição ... 69 6.3. Metodologia ... 72 6.3.1. Ruído de Fundo ... 72 6.3.2. Tempo de Reverberação ... 74
6.3.3. Isolamento Sonoro a Ruídos Aéreos entre salas... 75
6.4. Resultados ... 79
6.4.1. Sala 2.14 ... 79
6.4.2. Sala 161 ... 91
6.4.3. Comparação entre Salas ... 103
6.5. Estudo Estatístico ... 104
6.5.1. Tempo de Reverberação ... 104
6.5.2. Isolamento a ruídos aéreos entre salas Dn,T ... 104
6.5.3. Isolamento a ruídos de percussão L,nT ... 106
6.5.4. Isolamento a ruídos aéreos de fachada, D2m,nT ... 107
7. Conclusões ... 110
7.1. Conclusão ... 110
7.5. Desenvolvimentos Futuros ... 111
5
Índice de Figuras
FIGURA 1-ESPECTRO SONORO [57] ... 5
FIGURA 2-FREQUÊNCIAS DO SOM [21] ... 6
FIGURA 3-LARGURA DA BANDA ... 7
FIGURA 4-CURVAS ISOFÓNICAS ... 9
FIGURA 5-EXEMPLO DE PONDERAÇÃO ... 10
FIGURA 6-CURVAS DE PONDERAÇÃO [21] ... 11
FIGURA 7-INTENSIDADES DO SOM [22] ... 12
FIGURA 8-NÍVEL DE PRESSÃO SONORA [23] ... 14
FIGURA 9-PROPAGAÇÃO DO SOM ... 15
FIGURA 10-REFRACÇÃO E DIFRACÇÃO DO SOM ... 17
FIGURA 11-CURVAS NC(NOISE CRITERION)[24] ... 19
FIGURA 12-CURVAS NR(NOISE RATING)[26] ... 20
FIGURA 13-CURVAS RC(ROOM CRITERIA) ... 21
FIGURA 14-SONS AÉREOS [27] ... 23
FIGURA 15-SONS AÉREOS EXTERNOS E INTERNOS ... 24
FIGURA 16-ENSAIO DE CARACTERIZAÇÃO DO ISOLAMENTO A SONS AÉREOS [53] ... 25
FIGURA 17-TRANSMISSÃO DE SONS AÉREOS ... 27
FIGURA 18-SOLUÇÃO ATRAVÉS DO AUMENTO DE MASSA ... 28
FIGURA 19-SOLUÇÃO ATRAVÉS DA DUPLICAÇÃO DO ELEMENTO ... 28
FIGURA 20-SONS DE PERCUSSÃO [27] ... 29
FIGURA 21-FONTES DE SONS DE PERCUSSÃO ... 29
FIGURA 22-MEDIÇÃO DOS RUÍDOS DE PERCUSSÃO [53] ... 30
FIGURA 23-TRANSMISSÃO SONORA ... 32
FIGURA 24-INFLUÊNCIA DA TRANSMISSÃO MARGINAL EM ELEMENTOS HOMOGÉNEOS ... 33
FIGURA 25-REVERBERAÇÃO DO SOM [28] ... 39
FIGURA 26-TEMPO DE REVERBERAÇÃO ... 39
FIGURA 27-TEMPO DE REVERBERAÇÃO VS VOLUME DO ESPAÇO ... 40
FIGURA 28-RELAÇÃO SINAL/RUÍDO ... 51
FIGURA 29-ELEMENTOS PREJUDICIAIS À PROPAGAÇÃO DA ONDA SONORA ... 53
FIGURA 30-PLACAS REFLECTORAS ... 54
FIGURA 31-SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS PARA SALAS DE AULA... 54
FIGURA 32-ARRANJOS BONS E MAUS PARA PORTAS ... 55
FIGURA 33-VALORES DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO ÓTIMO NA FREQUÊNCIA DE 500HZ EM FUNÇÃO DO VOLUME E TIPO DE COMPARTIMENTO CONFORME A NORMA NBR ... 67
FIGURA 34-SALA 161 ... 69
FIGURA 35-SALA 2.14 ... 69
FIGURA 36–SONÓMETRO ... 70
FIGURA 37-FONTE SONORA ... 71
FIGURA 38-MÁQUINA DE MARTELOS ... 71
FIGURA 39-PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO RUÍDO DE FUNDO NA SALA 2.14 ... 73
FIGURA 40-PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO RUÍDO DE FUNDO NA SALA 161 ... 73
FIGURA 41-PONTOS DE MEDIÇÃO DO RUÍDO DE FUNDO COM A SALA 2.14 OCUPADA ... 73
FIGURA 42-PONTOS DE MEDIÇÃO DO RUÍDO DE FUNDO COM A SALA 161 OCUPADA ... 74
FIGURA 44-PONTO DE EMISSÃO (FS) E PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO NA SALA 161 ... 75
FIGURA 43-PONTO DE EMISSÃO (FS) E PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO NA SALA 2.14 ... 75
FIGURA 45-PONTOS DE EMISSÃO (FS1 E FS2) E DE MEDIÇÃO NA SALA EMISSORA (SALA 2.16) E NA SALA RECEPTORA (SALA 2.14) PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA ... 76
6
FIGURA 46-PONTOS DE EMISSÃO (FS1 E FS2) E DE MEDIÇÃO NA SALA EMISSORA (SALA 162) E NA SALA RECEPTORA (SALA 161) PARA A DETERMINAÇÃO
DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA ... 76
FIGURA 47-POSIÇÕES DA MÁQUINA DE PERCUSSÃO NA SALA EMISSORA (SALA 2.16) E PONTOS DE MEDIÇÃO NA SALA RECEPTORA (SALA 2.14) PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO... 77
FIGURA 48-POSIÇÕES DA MÁQUINA DE PERCUSSÃO NA SALA EMISSORA (SALA 162) E PONTOS DE MEDIÇÃO NA SALA RECEPTORA (SALA 161) PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO... 77
FIGURA 49-PONTO DE EMISSÃO (FS) E PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA DA FACHADA DA SALA 2.14 ... 78
FIGURA 50-PONTO DE EMISSÃO (FS) E PONTOS DE MEDIÇÃO PARA A DETERMINAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA DA FACHADA DA SALA 161 ... 79
FIGURA 51–ENSAIO DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS AÉREOS DE FACHADAS ... 79
FIGURA 52-RUÍDO DE FUNDO COM EQUIPAMENTO AVAC DESLIGADO NA SALA 2.14 ... 81
FIGURA 53-RUÍDO DE FUNDO COM EQUIPAMENTO AVAC LIGADO NA SALA 2.14 ... 82
FIGURA 54-RUÍDO DE FUNDO COM SALA 2.14OCUPADA ... 83
FIGURA 55–COMPARAÇÃO ENTRE O RUÍDO DE FUNDO COM AVAC DESLIGADO, O RUÍDO DE FUNDO COM AVAC LIGADO E SALA COM OCUPAÇÃO ... 83
FIGURA 56-NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS,LAR,NT, DA SALA 2.14 ... 85
FIGURA 57-TEMPO DE REVERBERAÇÃO NA SALA 2.14 ... 86
FIGURA 58-ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA,DNT, DA SALA 2.14 ... 87
FIGURA 59-ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO,L’N, DA SALA 2.14 ... 88
FIGURA 60-ISOLAMENTO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS,D2M'N, DA SALA 2.14 ... 89
FIGURA 61-RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC DESLIGADO PARA A SALA 161... 92
FIGURA 62-RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC LIGADO PARA A SALA 161 ... 93
FIGURA 63-RUÍDO DE FUNDO COM A SALA 161OCUPADA... 94
FIGURA 64-COMPARAÇÃO ENTRE O RUÍDO DE FUNDO COM AVAC DESLIGADO, O RUÍDO DE FUNDO COM AVAC LIGADO E COM A SALA 161OCUPADA 95 FIGURA 65-NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS,LAR,NT, DA SALA 161 ... 96
FIGURA 66-TEMPO DE REVERBERAÇÃO PARA A SALA 161... 97
FIGURA 67-ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA,DNT, DA SALA 161 ... 98
FIGURA 68-ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO,L’N, DA SALA 161 ... 99
7
Índice de Tabelas
TABELA 1-BANDAS DE FREQUÊNCIA ... 8
TABELA 2-CLASSIFICAÇÃO DOS VALORES DE LAR ... 18
TABELA 3-VALORES RECOMENDADOS PARA AS CURVAS NC PARA DIFERENTES TIPOS DE ESPAÇOS ... 19
TABELA 4-VALORES RECOMENDADOS PARA CURVAS NR PARA DIFERENTES TIPOS DE ESPAÇO ... 20
TABELA 5-VALORES RECOMENDADOS PARA CURVAS RC PARA DIFERENTES TIPOS DE ESPAÇOS ... 21
TABELA 6-VALORES PARA O ISOLAMENTO SONORO NAS CONDIÇÕES DE AUDIBILIDADE... 22
TABELA 7-ÍNDICE DE ISOLAMENTO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS D’2M,NT,W ... 27
TABELA 8-ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA,DNT,W ... 27
TABELA 9-ÍNDICE DE ISOLAMENTO A SONS DE PERCUSSÃO,L'NT,W ... 31
TABELA 10-CORRECÇÃO AO VALOR DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO A SONS DE PERCUSSÃO DEVIDO À TRANSMISSÃO MARGINAL ... 36
TABELA 11–TEMPOS DE REVERBERAÇÃO RECOMENDADOS PARA SALAS DE AULA EM DIFERENTES PAÍSES ... 42
TABELA 12-FACTORES QUE CONTRIBUEM PARA A VARIAÇÃO DA EMISSÃO DA VOZ ... 44
TABELA 13-MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA INTELIGIBILIDADE DA PALAVRA ... 44
TABELA 14-EXEMPLO DE QUADRO PARA OBTENÇÃO DE AI ... 45
TABELA 15-VALORES DOS NÍVEIS DE CONVERSAÇÃO E DOS PESOS RELATIVOS A CADA FREQUÊNCIA PARA BANDAS DE 1/3 E 1/1 OITAVA ... 45
TABELA 16-GRAU DE INTELIGIBILIDADE ... 46
TABELA 17-VALORES DE SIL ... 46
TABELA 18-CLASSIFICAÇÃO RASTI ... 47
TABELA 19–NÍVEIS DE RUÍDO DE FUNDO RECOMENDADOS PARA SALAS DE AULA EM DIVERSOS PAÍSES ... 49
TABELA 20- VALORES LIMITES DE EXPOSIÇÃO E VALORES DE ACÇÃO SUPERIORES E INFERIORES REFERENTES À EXPOSIÇÃO PESSOAL DIÁRIA OU SEMANAL DE UM TRABALHADOR E NÍVEL DE PRESSÃO SONORA DE PICO ... 50
TABELA 21-VALORES MÍNIMOS DE ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA DE PAREDES EXTERIORES (D’2M,NT,W) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE ... 56
TABELA 22-VALORES MÍNIMOS DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE ... 57
TABELA 23-VALORES MÁXIMOS DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO (L’NT,W) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE ... 57
TABELA 24-VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500,1000 E 2000HZ EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE ... 57
TABELA 25-VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL DE AVALIAÇÃO DO RUÍDO PARTICULAR DOS EQUIPAMENTOS (LAR, NT) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O RRAE ... 58
TABELA 26- VALORES LIMITES DE EXPOSIÇÃO E VALORES DE ACÇÃO SUPERIORES E INFERIORES REFERENTES À EXPOSIÇÃO PESSOAL DIÁRIA OU SEMANAL DE UM TRABALHADOR E NÍVEL DE PRESSÃO SONORA DE PICO ... 58
TABELA 27-VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS AVAC EM DIFERENTE LOCAIS SEGUNDO O DECRETO-LEI 92/1444,FRANÇA ... 59
TABELA 28-VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500,1K,2K EM DIFERENTES LOCAIS SEGUNDO O DECRETO -LEI 92/1444,FRANÇA ... 60
TABELA 29-VALORES MÁXIMOS DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS AVAC PELA NORMA ALEMÃ DIN4109 ... 60
TABELA 30-VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500 E 1 KHZ EM DIFERENTES LOCAIS MOBILADOS E OCUPADOS SEGUNDO A NORMA ALEMÃ DIN18041 ... 60
TABELA 31-VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500,1K E 2KHZ EM DIFERENTES LOCAIS SEGUNDO O DECRETO-LEI 1371/2007,ESPANHA... 61
TABELA 32-VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS AVAC SEGUNDO O DECRETO-LEI 1371/2007,ESPANHA ... 61
TABELA 33-VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO CONTÍNUO EQUIVALENTE DO RUÍDO DE FUNDO (L AEQ) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB93 .. 62
TABELA 34-VALORES MÍNIMOS DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA (D NT,W) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB93 ... 63
TABELA 35-VALORES MÁXIMOS DO ÍNDICE DE ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO (L’ NT,W) EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB93 ... 63
8
TABELA 36-VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500,1000 E 2000HZ EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O
BB93 ... 63
TABELA 37-VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500,1000 E 2000HZ EM EDIFÍCIOS ESCOLARES SEGUNDO O BB93(CONTINUAÇÃO ... 64
TABELA 38-VALORES MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS AVAC PELA NORMA ANSI/ASAS12.60 65 TABELA 39-VALORES MÁXIMOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO MÉDIO NAS FREQUÊNCIAS DE 500,1K,2K HZ EM DIFERENTES LOCAIS SEGUNDO A NORMA ANSI/ASAS12.60 ... 65
TABELA 40-VALORES MÍNIMOS DO ÍNDICE DE REDUÇÃO SONORA (R W) ENTRE SALAS DE AULA E DIFERENTES ESPAÇOS ADJACENTES SEGUNDO A ANSI12.60 ... 65
TABELA 41-VALORES MÍNIMOS DO ÍNDICE DE REDUÇÃO SONORA (R W) ENTRE DIFERENTES ESPAÇOS ADJACENTES SEGUNDO A ANSI12.60 ... 66
TABELA 42-VALORES DE CONFORTO E MÁXIMOS DO NÍVEL SONORO DO RUÍDO DE FUNDO PROVOCADO PELOS EQUIPAMENTOS DE AR-CONDICIONADO EM DIFERENTES LOCAIS SEGUNDO A NORMA NBR6401 ... 66
TABELA 43-CARACTERÍSTICAS DAS SALAS ... 68
TABELA 44-RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC DESLIGADO PARA A SALA 2.14 ... 80
TABELA 45-RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC LIGADO PARA A SALA 2.14 ... 81
TABELA 46-RUÍDO DE FUNDO COM SALA 2.14 OCUPADA. ... 82
TABELA 47-NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS,LAR,NT, DA SALA 2.14 ... 84
TABELA 48-RESULTADOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO PARA A SALA 2.14 ... 85
TABELA 49-RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA,DNT, NA SALA 2.14 ... 87
TABELA 50–RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO,L’N, DA SALA 2.14 ... 87
TABELA 51-RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO,L’N, DA SALA 2.14(CONTINUAÇÃO) ... 88
TABELA 52-RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS,D2M,N, DA SALA 2.14 ... 89
TABELA 53-CUMPRIMENTO DO LIMITE REGULAMENTAR DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO DA SALA 2.14 ... 90
TABELA 54-CUMPRIMENTO DO LIMITE REGULAMENTAR DO NÍVEL DE AVALIAÇÃO DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS DA SALA 2.14 ... 90
TABELA 55-RESULTADOS DO ENSAIO NA SALA 2.14 ... 90
TABELA 56-RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC DESLIGADO PARA A SALA 161 ... 92
TABELA 57-RESULTADOS DO RUÍDO DE FUNDO COM O EQUIPAMENTO AVAC LIGADO PARA A SALA 161 ... 93
TABELA 58-RUÍDO DE FUNDO COM A SALA 161OCUPADA... 94
TABELA 59-NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS,LAR,NT, DA SALA 161 ... 95
TABELA 60-NÍVEL DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS,LAR,NT, DA SALA 161(CONTINUAÇÃO) ... 96
TABELA 61-RESULTADOS DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO PARA A SALA 161 ... 97
TABELA 62-RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA,DNT, DA SALA 161 ... 98
TABELA 63-RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A RUÍDOS DE PERCUSSÃO,L’N, DA SALA 161 ... 99
TABELA 65-RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS,D2M,N, DA SALA 161 ... 100
TABELA 66-RESULTADOS DO ISOLAMENTO SONORO A SONS DE CONDUÇÃO AÉREA DE FACHADAS,D2M,N, DA SALA 161(CONTINUAÇÃO) ... 100
TABELA 67–CUMPRIMENTO DO LIMITE REGULAMENTAR DO TEMPO DE REVERBERAÇÃO DA SALA 161 ... 101
TABELA 68–CUMPRIMENTO DO LIMITE REGULAMENTAR DO NÍVEL DE AVALIAÇÃO DO RUÍDO PARTICULAR DE EQUIPAMENTOS DA SALA 161 ... 102
TABELA 69–RESULTADOS DO ENSAIO NA SALA 161 ... 102
TABELA 70-ÍNDICES OBTIDOS EM CADA SALA ... 103
TABELA 72–TR OBTIDO EM CADA SALA ... 104
9
Símbolos e Abreviaturas
A – Absorção sonora equivalente (m2) A0 – Absorção sonora de referência (m2) AC – Articulation class
AI – Articulation Index
ANSI – American National Standards Institute
AVAC – Aquecimento, Ventilação e Ar-Condicionado BB87 – Building Bulletin 87
BB93 – Building Bulletin 93
BEST – Building Excellent Schools Today BSF – Building Schools for the Future c – Celeridade (m/s)
C50 – Claridade (dB, base 50 ms) CR – Curva de referência
D2m,n – isolamento sonoro a ruídos de condução aérea de fachadas normalizado (dB) D2m,nT – Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea de fachadas padronizado (dB)
D2m,nT,w – Índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea de fachadas padronizado (dB) D50 – Definição (dB, base 50 ms)
Dn – Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea normalizado (dB) DnT – Isolamento sonoro a ruídos de condução aérea padronizado (dB)
DnT,w – Índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea padronizado (dB) f – Frequência (Hz)
f0 – Frequência central de uma banda de frequências (Hz)
10
f2 – Frequência limite superior de uma banda de frequências (Hz) FS – Fonte sonora
I – Intensidade sonora (W/m2)
I0 – Intensidade sonora de referência (W/m2) ISO – International Organization for Standardization
L’n – Falta de isolamento sonoro a ruídos de percussão normalizado (dB) L’nT – Falta de isolamento sonoro a ruídos de percussão padronizado (dB) L’nT,w – Índice de isolamento sonoro a ruídos de percussão padronizado (dB) L1,2m – Nível médio de pressão sonora no exterior a 2 m da fachada (dB) LA – Nível sonoro (dB)
LAeq – Nível sonoro contínuo equivalente (dB)
LAr,nT – Nível de avaliação do ruído particular de equipamentos padronizado (dB) Leq – Nível de pressão sonora continuo equivalente (dB)
Lp – Nível de pressão sonora (dB)
m – Absorção sonora do ar em função da humidade relativa (m-1) NC – Noise Criterion
NR – Noise Rating p – Pressão sonora (Pa)
p0 – Pressão de referência (Pa) r – Distância (m)
RASTI – Rapid Speech Transmission Index RF – Ruído de fundo (dB)
RGR – Regulamento Geral do Ruído
RRAE – Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios Rw – Índice sonoro (dB)
11 S – Superfície real do material (m2)
SFP – School Facility Program SIL – Speech Interference Levels STC – Sound Transmission Class STI – Speech Transmission Index T – Temperatura do meio (K)
T0 – Tempo de reverberação de referência (s) TR – Tempo de reverberação (s)
TR[500, 1k, 2k Hz] – Média entre TR[500 Hz], TR[1k Hz] e TR[2k Hz] (s) V – Volume do compartimento (m3)
W – Potência sonora (W)
W0 – Potência sonora de referência (W)
α – Coeficiente de absorção sonora do material αW – Coeficiente de absorção sonora ponderado λ – Comprimento de onda (m)
ρ – Massa volúmica do ar (kg/m3)
n - Número de decaimentos em cada ponto de medição na obtenção do tempo médio de reverberação N - Número de combinações independentes entre sistema microfone-fonte, na obtenção do tempo médio de reverberação
- Incerteza padrão do tempo de reverberação médio, obtido por decaimentos de 20 dB,
por banda de frequência
- Incerteza combinada do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, por banda de frequência.
- Incerteza combinada do nível sonoro de percussão padronizado, por banda de frequência
- Incerteza combinada do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado, de
uma fachada, por banda de frequência
12
- Incerteza-padrão do nível sonoro médio na sala recetora, corrigido do efeito do ruído de
fundo, por banda de frequência
- Incerteza-padrão do nível sonoro médio medido a 2 m em frente da fachada, por banda de frequência
- Incerteza-padrão associada ao arredondamento
- Incerteza-padrão do nível sonoro médio residual na sala recetora, por banda de frequência - Incerteza-padrão do nível sonoro médio total na sala recetora, por banda de frequência
- Incerteza-padrão do nível sonoro médio na sala recetora, resultante de uma ação mecânica de percussão normalizada, corrigido do efeito do ruído de fundo, por banda de frequência
- Incerteza padrão associada ao sonómetro
- Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado,
de uma fachada, em ordem ao tempo de reverberação médio obtido por decaimentos de 20 dB, por banda de frequência
- Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado,
de uma fachada, em ordem ao nível sonoro médio residual na sala recetora, por banda de frequência
- Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado,
de uma fachada, em ordem ao nível sonoro médio total na sala receptora por banda de frequência
- Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado,
em ordem ao tempo de reverberação médio, obtido por decaimentos de 20 dB, por banda de frequência
- Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea, padronizado,
em ordem ao nível sonoro médio residual na sala recetora, por banda de frequência
- Coeficiente de sensibilidade do isolamento sonoro a sons de condução aérea padronizado, em
ordem ao nível sonoro médio total na sala recetora por banda de frequência
- Coeficiente de sensibilidade do nível sonoro de percussão padronizado, em ordem ao
13
- Coeficiente de sensibilidade do nível sonoro de percussão padronizado, em ordem ao nível
sonoro médio total na sala recetora por banda de frequência
- Coeficiente de sensibilidade do nível sonoro de percussão padronizado, em ordem ao nível
1
1. Introdução
1.1. Enquadramento e Motivação
Desde a Revolução Industrial, o mundo tem vindo a ser conduzido a uma crescente mecanização em todas as indústrias e actividades económicas.
Paralelamente ao aumento contínuo da industrialização, verificou-se também um enorme crescimento urbano e a consequente multiplicação de estradas, ferrovias, aeroportos e actividades industriais, aumentando assim a exposição da população à poluição sonora.
Qualquer poluição, além de prejudicar gravemente a saúde, a segurança e o bem-estar do ser humano, é também uma fonte de degradação ambiental.
Segundo a Organização Mundial de Saúde, a poluição sonora é a terceira causa entre os principais problemas ambientais, sendo apenas superada pela poluição do ar e da água.
O ruído pode ser responsável por doenças cardiovasculares, doenças no sistema digestivo e no sistema neurológico. Constitui também uma causa de incómodo para o trabalho e um obstáculo à comunicação.
Nas últimas décadas, o Homem tem-se vindo a tornar cada vez mais exigente em relação à qualidade de vida, e a preocupar-se com a problemática do ruído, o que conduziu à criação de regulamentação, actualmente em vigor, que procura limitar os níveis de Ruído e definir exigências de isolamento sonoro.
No entanto, o Homem não se tornou exigente apenas em relação à poluição sonora, tornou-se também exigente em relação ao conforto higrotérmico, sentindo uma constante necessidade de sentir este tipo de conforto tanto no local que habita como no local em que trabalha.
Entende-se por conforto higrotérmico a sensação experimentada pelo organismo, em determinadas condições ambientais de temperatura e humidade em que o ser humano não precisa fazer uso do seu sistema termorregulador para manter a sua temperatura na faixa dos 36,5ºC, tendo em conta factores como a idade, roupa, actividade.
Assim sendo, nos dias que correm, qualquer edifício, seja ele habitacional ou de serviços, tornou-se uma complexa máquina destinada ao conforto humano, possuindo equipamentos que tornam o ambiente mais agradável e confortável.
Estes equipamentos, conhecidos por AVAC, Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado, devido às oscilações térmicas entre as estações do ano e à constante necessidade de manter o ambiente em níveis adequadas à produtividade, saúde e bem-estar dos ocupantes, tornaram-se imprescindíveis.
2
Contudo estes equipamentos não apresentam só vantagens, e se por um lado proporcionam conforto e bem-estar, por outro, devido a deficiências de projecto, má instalação ou manutenção inadequada, podem gerar ruído e até mesmo doenças.
Neste contexto, a presente dissertação tem por objectivo alertar para a problemática do ruído, em particular no ambiente escolar, e para a importância de serem elaborados projectos adequando o ambiente acústico dos espaços às exigências regulamentares de conforto e alertar também para a necessidade de escolher equipamentos adequados, com baixos níveis de Ruído e com instalações bem dimensionadas.
1.2. O Ambiente Escolar
A escola é um local destinado à instrução e educação, à produção cultural e à formação do cidadão, ou seja, é um local desenvolvido para maximizar as potencialidades do ser humano.
Neste sentido, é imprescindível que o ambiente escolar seja adequado à finalidade a que se destina.
No entanto, verifica-se que este ambiente pode tornar-se extremamente Ruídoso, não só devido a ruídos externos, como o Ruído do tráfego, barulho nos corredores, etc, como também devido a ruídos internos, como o arrastar de cadeiras, conversas paralelas, equipamentos AVAC, entre outros.
Sendo a voz a base para toda a comunicação e o principal instrumento de transmissão de conhecimento, torna-se muito difícil providenciar uma educação apropriada com excesso de Ruído, o que além de ser um incómodo, interfere no rendimento das actividades de ensino e compromete o sucesso escolar.
O Ruído compete com a fala do professor, encobrindo alguma palavras, o que torna o seu discurso incompreensível.
Numa sala ruidosa, o professor tem necessidade de superar os ruídos, elevando a sua voz, o que, com o passar dos anos, pode provocar rouquidão, dores nas cordas vocais e na laringe e, até, problemas psicológicos devido à incapacidade de exercer a sua profissão de forma adequada. É do senso comum que são as crianças, com idade compreendida entre os 6 e os 12 anos, os mais vulneráveis a esta poluição sonora nas salas de aula e, por isso, as mais prejudicadas devido ao facto de ainda se encontram em fase de aquisição de vocabulário e não conseguirem compreender claramente as palavras proferidas pelo professor.
Assim, devido ao número de fontes produtoras de Ruído ser cada vez maior e às suas consequências para a saúde do ser humano serem cada vez mais prejudiciais aliado a uma
3 crescente importância politica e social da educação, a questão da qualidade acústica nas escolas tem vindo a adquirir cada vez mais enfase.
É de suma importância que o Ruído seja controlado nas salas de aula, promovendo um ambiente apropriado à aprendizagem. O Ruído deve ser tão baixo quanto possível.
Para tal, é fundamental que as salas de aula cumpram os requisitos acústicos presentes na lei, ter em conta tanto a localização como a arquitectura da escola e o uso de equipamentos com emissão sonora mínima.
1.3. Objectivo
O objectivo desta dissertação é analisar e caracterizar a qualidade acústica de duas salas de aula climatizadas, cada uma situada em dois edifícios escolares, construídos em épocas diferentes, através de medições de parâmetros acústicos e tendo em conta o Regulamento dos Requisitos Acústicos em Edifícios [decreto-Lei 96/2008].
As salas foram escolhidas apenas por serem as duas salas onde são leccionadas a grande maioria das aulas do curso de Engenharia Mecânica.
Os edifícios em estudo estão situados na cidade de Faro e pertencem ao Instituto Superior de Engenharia, no Campus da Penha, da Universidade do Algarve.
1.4. Estrutura da Dissertação
A presente dissertação encontra-se dividida em 8 capítulos.
No Capítulo 1 é feito um enquadramento do problema, os objectivos a que este se propõe e é caracterizado o ambiente escolar.
No Capítulo 2 faz-se uma abordagem teórica aos conceitos de som e ruído, o que os diferencia e algumas das suas características.
No Capítulo 3 apresentam-se os conceitos relativos à acústica de edifícios, como o isolamento acústico, correcção acústica, sons aéreos e de percussão e transmissões sonoras.
No Capítulo 4 aborda-se a qualidade acústica de salas de aula e os principais parâmetros com os quais se pode avaliar o desempenho acústico de qualquer compartimento.
No Capítulo 5 fala-se sobre a legislação aplicável em Portugal e noutros países, estabelecendo algumas comparações.
4
No Capítulo 6 é descrito o caso de estudo e os ensaios realizados bem como os valores obtidos. No Capítulo 7 apresentam-se as principais conclusões referentes a todo o trabalho.
Pro fim, no Capítulo 8, lista-se as referências bibliográficas consultadas para a realizar esta dissertação.
5
2. Fundamentos Teóricos
A Acústica é a ciência que estuda os fenómenos físicos ligados à sensação do som [1].
O som pode ser definido como uma onda que se propaga ao longo de um determinado meio. Este meio sofre repetidas compressões e expansões, produzindo variações de pressão segundo a direcção da propagação. A onda sonora é, assim, uma onda produzida por uma fonte ou elemento vibrador, tridimensional, mecânica e portanto necessita, obrigatoriamente, de um meio elástico para se propagar, como o ar, a água, ou qualquer outro meio sólido, líquido ou gasoso. Isto porque não existindo matéria, não há o que possa ser deslocado para propagar a energia sonora. Tal explica o facto do som não se propagar no vazio [2] [3].
Se esta onda se propagar até ao ouvido, irá provocar a vibração do tímpano e a estimulação dos nervos auditivos. Assim, é transmitido ao cérebro uma sensação percebida como som [2] [3].
No entanto, não são todas as ondas sonoras que, ao atingirem o ouvido humano, provocam uma sensação auditiva. O ouvido humano apenas detecta ondas com frequências compreendidas entre os 20 Hz e os 20 kHz. [2] [3] [4]
Ondas com frequências inferiores a 20 Hz são designadas infrassons e ondas com frequências superiores a 20 kHz são designadas ultrassons [4].
Figura 1- Espectro Sonoro [57]
A gama de valores analisada na Acústica de Edifícios é idêntica à gama de audição do ser humano e é dividida em três zonas de frequências: frequências graves que variam de 20 a 355 Hz, frequências médias que vão de 355 a 1.410 Hz e frequências agudas de 1.410 a 20.000 Hz. [2] [3] [4]
Os termos som e ruído são muitas vezes utilizados indistintamente, no entanto são conceitos diferentes. [2] [3] [4]
6
No entanto, muitas fontes sonoras podem emitir simultaneamente muitas vibrações de diferentes frequências e amplitudes. [2] [3] [4]
Quando esses diversos movimentos oscilatórios se combinam e produzem um movimento resultante, cuja oscilação não se dê de forma harmónica, tem-se o que é chamado de ruído.
Assim, o ruído caracteriza-se pela existência de muitas amplitudes e frequências ocorrendo ao mesmo tempo de maneira não harmónica, enquanto o som se caracteriza por poucas amplitudes e frequências, geralmente harmónicas. [2] [3] [4]
Se por um lado o termo som se refere a uma situação agradável, o termo ruído refere-se a uma situação desagradável. [2] [3] [4]
Assim, a fronteira entre som e ruído não pode ser definida com precisão, pois, cada indivíduo apresenta uma reação diferente ao som ou ao ruído, que depende, dentre outros fatores, de seu estado emocional e da sua personalidade. [2] [3] [4]
2.1. Características do Som
Os sons são representados graficamente por ondas periódicas, que podem ser caracterizadas por 4 parâmetros: frequência, intensidade, timbre e duração. [5] [6] [7]
São estes parâmetros que fazem com que os sons não sejam todos percebidos da mesma maneira pelo ouvido. [5] [6] [7]
2.1.1. Frequência
A frequência é a característica através da qual o ouvido distingue se um som é agudo ou grave, e corresponde ao número de ciclos que ocorrem num segundo. A unidade de medida da frequência no Sistema Internacional (SI) é o Hertz (Hz) [5] [6] [7].
7 Na figura 2 estão representados dois sons, um com uma frequência mais baixa, ciclos mais compridos e em menor quantidade, portanto um som grave, e um som com uma frequência mais alta, ciclos de menor comprimento e em maior quantidade, portanto um som mais agudo [5] [6] [7].
Como referido, o ser humano saudável nas suas capacidades máximas apresenta uma gama de audição entre os 20 e os 20.000 Hz.
Contudo, o ser humano não é capaz de distinguir pequenas diferenças de frequências. A capacidade de distinção vai-se deteriorando para as altas frequências. [5] [6] [7]
Devido à imensa quantidade de frequências, foi necessário agrupar as frequências em bandas com dimensões normalizadas. Na Acústica de Edifícios são utilizadas unicamente as bandas de 1/1 oitava e de 1/3 de oitava. A largura que a banda possui é a diferença entre o valor de limite superior (f2) e o limite inferior (f1) (Figura 3) [8].
Estas frequências limites podem ser obtidas através da frequência central (f0) que toma
valores de: 16, 31, 63, 125, 250, 500, 1k, 2k, 4k, 8k e 16k Hz caso se trate da banda de 1/1 oitava ou então através da banda de 1/3 oitava que toma valores de: 20, 25, 31, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1k, 1.250, 1.600, 2k, 2.500, 3.150, 4k, 5k, 6.300, 8k, 10k, 12.500, 16k e 20k Hz através das seguintes equações: [9] [10]
Sendo:
- Frequência central da banda (Hz); - Frequência inferior da banda (Hz); - Frequência superior da banda (Hz);
K- constante (=1 para bandas de 1/1 oitava e =1/3 para bandas de 1/3 de oitava)
8
Frequência Central (Hz) Banda de 1/3 oitava Banda 1/1 oitava
20 17,8-22,4 25 22,4-28,2 31 28,2-35,5 22,4-44,7 40 35,5-44,7 50 44,7-56,2 63 56,2-70,8 44,7-89,1 80 70,8-89,1 100 89,1-112 125 112-141 89,1-178 160 141-178 200 178-224 250 224-282 178-355 315 282-355 400 355-447 500 447-562 355-708 630 562-708 800 708-891 1000 891-1120 708-1410 1205 1120-1410 1600 1410-1780 2000 1780-2240 1410-2820 2500 2240-2820 3105 2820-3550 4000 3550-4470 2820-5620 5000 4470-5620 6300 5620-7080 8000 7080-8910 5620-11200 10000 8910-11200 12500 11200-14100 16000 14100-17800 11200-22400 20000 17800-22400
9 Como resposta ao fato de o ouvido humano não registar com igual fidelidade as pressões sonoras para qualquer frequência surgiram as curvas de ponderação. Isto é, caso o ser humano seja exposto a ruídos com a mesma intensidade sonora apresentará maior sensibilidade para os ruídos que se situem nas frequências próximas de 2.500 Hz e menor sensibilidade para as muito baixas e muito altas frequências [9] [10].
Estas curvas, as curvas isofónicas, representam a sensação auditiva provocada por um som no ouvido humano, estabelecendo uma relação entre a frequência e a intensidade de dois sons sinusoidais de modo a que sejam recebidos com a mesma intensidade, isto é, todos os pontos na mesma curva isofónica têm a mesma intensidade [9] [10].
A curva inferior, a tracejado, representa o limiar da audição. Verifica-se um acentuado encurvamento nas baixas frequências o que significa a gradual perda de sensibilidade do ouvido humano para essas frequências [9] [10].
A unidade fone representa todas as sensações auditivas iguais às provocadas por um som cuja frequência é fixada em 1.000 Hz e cujo nível de pressão sonora varia, sendo valor do nível de pressão sonora, em decibéis, de cada som que irá definir a unidade fone, ou seja um som cujo frequência é de 1.000 Hz e o nível de pressão sonora é de 10 dB corresponde a um som de 10 fone [9] [10].
10
As curvas A, B e C correspondem ao inverso das curvas de 40, 70 e 100 fone, respectivamente, ou seja corresponde aproximadamente à diferença entre o valor da curva de referência (40, 70 ou 100 fones) e o nível de pressão sonora para uma frequência fixa. [9] [10]
Por exemplo, supondo que se tem um som com 72 dB a uma frequência de 63 Hz: [9] [10]
Pela visualização da figura anterior conclui-se que um som com 63 Hz para a curva A corresponde a 60dB, para a curva B a 82dB e para a curva C a 109dB.
Para cada curva tem-se o correspondente nível sonoro corrigido: [9] [10] - Curva A (40 fone)
Ponderação = 40 - 60 = -20 dB
Nível pressão sonora = 72 - 20 = 52 dB(A) - Curva B (70 fone)
Ponderação = 70 - 82 = -12 dB
Nível pressão sonora = 72 - 12 = 60 dB(B) - Curva C (100 fone)
Ponderação = 100 - 109 = -9 dB
Nível pressão sonora = 72 - 9 = 63 dB(C)
Sabe-se que o ouvido não responde de forma linear aos estímulos sonoros, mas sim de modo quase logarítmico. [9] [10]
11 De modo a traduzir esta resposta não linear do ouvido humano, foram introduzidos filtros electrónicos nos aparelhos de captação de sons com o intuito de correlacionar os valores medidos com a resposta do ouvido humano [9] [10].
Surgiram, assim, várias curvas que se designam pelas letras de A a D (Figura 5)
A curva A é a mais utilizada para aproximar a resposta dos ouvidos aos ruídos de fraca intensidade (inferior a 55 dB), as curvas B e C são utilizadas para ruídos mais intensos (entre 55 a 85 dB e superior a 85 dB, respetivamente) e a curva D é utilizada para o ruído provocado pelos aviões [9] [10].
Figura 6 - Curvas de Ponderação [21]
2.1.2. Intensidade
A intensidade é a capacidade que um som tem de ser forte ou fraco.
A intensidade de uma onda sonora depende da amplitude dessa onda. Um som com uma maior amplitude é um som forte, enquanto um som com uma pequena amplitude é um som fraco (ver Figura 3). [11] [12] [13] [14]
Os sons fortes transportam uma maior quantidade de energia do que os fracos, no entanto, a onda sonora vai perdendo intensidade no decurso da sua propagação [11] [12] [13] [14].
12
2.1.3. Timbre
O timbre é a característica do som pela qual se reconhece a natureza da fonte sonora e permite distinguir sons com a mesma altura e intensidade mas produzidos por fontes sonoras diferentes. Tomando como exemplo uma mesma nota musical tocada por um piano e por um violino, é possível imediatamente identificar características sonoras muito distintas [11] [12] [13] [14].
2.1.4. Duração
A duração é o intervalo de tempo durante o qual o som é ouvido, isto é, é o tempo durante o qual o som se propaga. [11] [12] [13] [14]
Os sons podem ser curtos ou longos [11] [12] [13] [14].
2.2. Pressão, Intensidade e Potência Sonora
Como já foi referido anteriormente, a onda sonora propaga-se devido à oscilação das moléculas num determinado meio elástico. Este movimento oscilatório provoca variações de pressão nesse meio, e é devido a essas variações de pressão que o ser humano consegue ouvir. Daí a importância de medir a variação de pressão causada pela onda sonora [53].
Além da pressão sonora, existem ainda duas outras grandezas importantes para a análise da propagação das ondas sonoras, a intensidade sonora e a potência sonora [53].
Entende-se por Intensidade Sonora, a quantidade média de energia que, numa dada direcção, atravessa, por segundo, uma área de 1 m2. Esta grandeza exprime-se em W/m2[53].
A Potência Sonora define-se como a energia total que num segundo atravessa uma esfera fictícia, de raio qualquer, centrada na fonte. É uma característica da fonte sonora e exprime-se em W[53]. Estas três grandezas relacionam-se entre si, como mostra a seguinte expressão: [53]
13
(1) Sendo, I – Intensidade Sonora (W/m2); W – Potência Sonora (W); r – distância (m);
p – Pressão Sonora (Pa);
- Massa volúmica (ar 1,2 kg/m3); c – celeridade ( 340 m/s).
Contata-se, então, que a potência sonora é proporcional à intensidade sonora e ao quadrado da pressão sonora. [53]
Estas três grandezas são fundamentais no estudo do ruído. A potência sonora porque classifica, em termos quantitativos, as fontes de ruído, a intensidade sonora porque permite localizar e qualificar as fontes de ruído e a pressão sonora, o parâmetro mais importante, porque avalia situações de incomodidade ou de risco de trauma auditivo [53].
Já foi mencionado anteriormente que o ouvido humano consegue detectar sons com frequências compreendidas entre os 20Hz e os 20 kHz. Em termos de pressão sonora, a gama audível varia entre 10-5 Pa, limiar da audição, até 100 Pa, limiar da dor.
No entanto, a utilização de uma unidade linear, o Pa, conduziria a escalas muito alongadas. Além disso, sabe-se que o ouvido não responde de forma linear aos estímulos sonoros, mas sim de modo quase logarítmico. [53]
Assim, devido a estes dois factos, a quantificação dos parâmetros sonoros exprime-se numa escala logarítmica, os níveis, que não é mais do que a razão logarítmica entre os valores medidos e os valores de referência. A unidade desta razão logarítmica chama-se decibel (dB) [53].
Assim, para converter a pressão sonora em nível de pressão sonora, utiliza-se a seguinte expressão: [53]
(2)
Sendo,
– Nível de pressão sonora (dB); - Pressão (Pa);
14
Figura 8 - Nível de Pressão Sonora [23]
Em relação às duas outras grandezas, intensidade sonora e potência sonora, também elas podem ser convertidas, respectivamente, em nível de intensidade sonora (expressão 3) e nível de potência sonora (expressão 4). [53]
(3)
(4)
Sendo,
- Nível de intensidade sonora (dB); I – Intensidade sonora (W/m2);
- Intensidade sonora de referência, 10-12 W/m2; – Nível de potência sonora (dB);
W – Potência sonora (W);
15 2.3. Propagação do Ruído
As ondas sonoras propagam-se em meio fluído, homogéneo, isotrópico, não viscoso, segundo a expressão:
(5)
Sendo,
p – Pressão Sonora (Pa) c – celeridade (≈ 340 m/s2)
A equação que permite traduzir a propagação das ondas sonoras em meio sólido, é a seguinte:
(6)
Sendo,
p – Pressão Sonora (Pa) c – celeridade (≈ 340 m/s2) f – Frequência (Hz)
Contudo, existem diversos fenómenos físicos que afectam a propagação do som. Com efeito, quando as ondas sonoras encontram na sua trajectória um obstáculo, e dependendo das características acústicas desse obstáculo, podem ocorrer fenómenos como a transmissão, absorção, reflexão, difusão, refracção e difracção da onda. [11] [12] [13] [14].
A transmissão do som (Figura 5 (a)) ocorre quando as ondas sonoras incidem sobre uma superfície, constituída por determinado material e com características relativamente elásticas, e são transmitidas de um para o outro lado da parede, continuando a sua propagação.
Figura 9- Propagação do Som
16
O fenómeno ocorre porque a onda sonora ao atingir a parede, faz com que ela vibre e, nestas condições, ela actua também como uma fonte geradora de som, e este é transmitido para o lado oposto da parede. Este fenómeno ocorre com materiais transmissores, pouco rígidos e de baixa densidade. A temperatura desempenha um papel importante neste processo [11] [12] [13] [14]. O fenómeno da absorção sonora (Figura 5 (b)) ocorre quando as ondas sonoras são absorvidas pelo material que constitui a parede obstáculo. Os materiais absorventes não permitirem a reflexão nem a transmissão das ondas sonoras, pelo menos em grande extensão. A dissipação da energia sonora depende da frequência da onda, sendo mais elevada para altas frequências e bastante mais baixa para baixas frequências. A eficiência de absorção do som aumenta com a espessura e com a superfície de material absorvedor [11] [12] [13] [14].
A reflexão da onda sonora (Figura 5 (c)) consiste na mudança de direcção da propagação da energia sonora, através do retorno da energia incidente em direcção à região de onde é originada, após entrar em contacto com uma superfície. A este fenómeno físico dá-se o nome de eco. O ouvido humano só distingue dois sons se estes chegarem com um intervalo de tempo de, pelo menos, 0,1 segundos. No intervalo de tempo de 0,1 s, a distância total que o som percorre no ar é de 34 m, se se assumir que a velocidade do Som é de 340 m/s. Como as ondas sonoras efectuam duas vezes o mesmo percurso, a distância entre a superfície de reflexão do som e a fonte sonora é de apenas 17 m. Então, a distância mínima à qual a superfície de reflexão do som se deve situar para que ocorra eco é de 17 metros. Se a distância entre a superfície de reflexão do som e a fonte sonora for inferior a 17 metros, não haverá eco. Por outro lado, quando se ouvem vários ecos, isto deve-se ao facto de se estar num local com vários obstáculos, todos a distâncias superiores a 17 metros. São ecos múltiplos. Um ambiente que contenha paredes com muita reflexão sonora, terá uma péssima inteligibilidade da linguagem [11] [12] [13] [14].
A difusão do som (Figura 5 (d)) ocorre quando as ondas sonoras, ao incidirem sobre uma parede constituída por determinado material, de características reflectoras e com uma superfície rugosa, são reflectidas em várias direcções, num efeito de dispersão [11] [12] [13] [14].
O fenómeno da refracção (Figura 6) ocorre quando o som passa de um meio material para outro diferente, sendo a sua velocidade de propagação alterada. Sucede, neste caso, que a onda sonora sofre um desvio que é tanto maior quanto mais diferentes forem os meios materiais contíguos de propagação [11] [12] [13] [14].
A difracção ou dispersão sonora (Figura 6) ocorre quando a onda sonora encontra um obstáculo na sua direcção de propagação. A onda sonora contorna o obstáculo e propaga-se para o outro lado [11] [12] [13] [14].
17
Figura 10 - Refracção e Difracção do Som
2.4. Fontes de Ruído
2.4.1. Ruído Externo
O ruído externo é todo o ruído proveniente da envolvente do edifício.
Exemplos de ruídos externos são os ruídos provocados pelo tráfego rodoviário, ferroviário e aéreo, industrias, máquinas e equipamentos provisórios, etc.
Neste sentido, o isolamento sonoro das paredes externas é de extrema importância pois, como visto, muitas actividades ruidosas e potencialmente perturbadoras existem externamente à escola.
2.4.2. Ruído Interno
O ruído interno é todo o ruído associado à vida laboral de um edifício, ou seja, são todos os sons resultantes exclusivamente da actividade no espaço tais como conversas, risos, televisão, música, etc.
Assim, a arquitectura da escola apresenta um peso fundamental, bom como o processo construtivo das paredes, tectos e pisos.
2.4.3. Ruído de Equipamentos
O ruído de equipamentos é todo o ruído proveniente de instalações de água e esgotos, elevadores, aparelhos electrónicos (computadores, retroprojectores, máquinas de lavar…), sistemas AVAC, etc. [25] [26] [27]
Um dos métodos utilizados para avaliar a incomodidade provocada pelo ruído causado por estes grandes equipamentos do edifício (LAr), é obtido através da expressão: [25] [26] [27]
18
(7)
Sendo,
- Nível de Avaliação Padronizado (dB);
- Nível sonoro contínuo equivalente ponderado A, durante um determinado intervalo de tempo;
K – Correcção devido às características tonais do ruído, K=3 dB (A) T – Tempo de reverberação do compartimento receptor (s);
- Tempo de reverberação de referencia, T0 = 0,5 s.
Este nível de avaliação padronizado pode ser classificado de muito incomodativo a muito pouco incomodativo de acordo com os valores do nível sonoro e do funcionamento (contínuo ou intermitente) dos equipamentos. [25] [26] [27]
Classificação Valores de LAR, funcionamento intermitente (dB) Valores de LAR, funcionamento continuo (dB) Muito pouco incomodativo ≤27 ≤22 Pouco incomodativo ]27;30] ]22;25] Incomodativo ]30;35] ]25;30] Muito incomodativo >35 >30
Tabela 2- Classificação dos valores de LAR
A incomodidade provocada pelo ruído de equipamentos mecânicos pode também ser avaliada através das designadas “curvas de incomodidade”, que avaliam os diferentes níveis de pressão sonora conforme a intensidade da fonte sonora. [25] [26] [27]
As principais curvas de incomodidade são as curvas NC (noise criteria), NR (noise rating) e RC (room criteria). [25] [26] [27]
As curvas NC, Noise Criteria, (Figura 7) foram propostas por Leo Beranek em 1957 e foram desenvolvidas com base em questionários efectuados a pessoas que trabalhavam em locais com equipamentos de ar condicionado. [25] [26] [27]
Estas curvas definem os níveis de pressão sonora em função da gama de frequências que se estende dos 63Hz aos 8 kHz. Este critério recorre ao método tangencial, através do qual é possível identificar uma curva NC que corresponde à curva a cujas bandas máximas do espectro de ruído mais se aproximam, sem a ultrapassar. Para se obter o valor de NC de um
19 determinado local, é marcado sobre estas curvas o espectro de um ruído medido nesse local. [25] [26] [27]
Após a marcação verifica-se qual o ponto em que o menor valor da curva NC não é excedido por nenhum valor do nível de pressão sonora do ruído medido. Isto é, a primeira curva NC que excede todos os valores do ruído medido corresponde à classificação NC desse espaço.
Os valores limite máximos recomendados para as curvas Noise Criteria em função de alguns tipos de compartimentos são os apresentados na Tabela 2. [25] [26] [27]
Tipos de espaço NC
Salas de concerto, ópera 20-25
Salas de aula, salas de teatro, igrejas 25-30
Cinemas 30-35
Enfermarias, salas de cirurgia, habitações 25-35
Bibliotecas, tribunais 30-35
Restaurantes, bares, cafés 35-45
Recintos desportivos, piscinas 35-50
Tabela 3 - Valores recomendados para as curvas NC para diferentes tipos de espaços
20
As curvas NR, Noise Rating, foram desenvolvidas em 1962 por Kosten e Van Os que estabeleceram um conjunto de curvas muito similar às curvas NC. [25] [26] [27]
Os valores critério das curvas NR são definidos em função da utilização dos espaços ocupados e podem considerar-se equivalentes aos valores NC. A diferença está na gama de frequências, que abrange desde os 32 Hz aos 8 kHz.O modo de cálculo utilizado é semelhante ao das curvas NC, com recurso ao método da tangente, isto é, a curva escolhida é a menor curva que não é excedida por nenhum nível de pressão sonora nas bandas de 1/1 oitava. [25] [26] [27]
Os valores limite máximos recomendados para as curvas Noise Rating em função de alguns tipos de compartimentos são os apresentados na Tabela 3. [25] [26] [27]
Tipos de espaço NR
Salas de concerto, teatros 20-25
Estúdios de televisão, grandes salas de conferências 20-30 Cinemas, hospitais, salas de aula, pequenas salas de
conferências
25-35
Escritórios, bibliotecas, tribunais 30-40
Restaurantes, bares, cafés 35-45
Ginásios 40-50
Oficinas, centros de reparação automóvel 50-55
Tabela 4 - Valores recomendados para curvas NR para diferentes tipos de espaço
21 As curvas RC, Room Criteria, desenvolvidas em 1981 por Warren Blazier, avaliam o impacto do ruído causado pelos equipamentos de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC). Os valores limite máximos recomendados para as curvas Room Criteria em função de alguns tipos de compartimentos são os apresentados na Tabela 4. [25] [26] [27]
Tipo de espaço RC Quartos privativos 25-30 Salas de cirurgia 25-30 Corredores 30-35 Enfermarias 30-35 Laboratórios 35-40 Salas de aula 25-30 Bibliotecas 35-40
Tabela 5 - Valores recomendados para curvas RC para diferentes tipos de espaços
22
3. Acústica de Edifícios
A Acústica de Edifícios é o ramo da acústica que se dedica ao conforto acústico dos edifícios. O conforto acústico pode ser atingido por dois caminhos distintos: por correcção acústica ou por isolamento sonoro [53] [54] [55] [56] [57].
Quando se pretende corrigir um compartimento para que o som seja perceptível em todo o compartimento sem qualquer distorção, está-se a falar de correcção acústica. Por outro lado, quando se pretende tratar um compartimento para a transmissão de sons para locais contíguos e vice-versa, está-se a falar de isolamento sonoro. O isolamento sonoro é indispensável para que os ruídos provenientes do exterior e de outros locais do edifício não causem incómodo. O edifício deve estar isolado acusticamente do exterior pois o nível sonoro exterior pode tomar valores muito elevados, tal como acontece na proximidade de aeroportos ou vias de comunicação rápidas, ou valores baixos tal como acontece em zonas rurais [53] [54] [55] [56] [57].
O primeiro passo para obter um maior isolamento sonoro está em planificar devidamente os espaços. [53] [54] [55] [56] [57]
Numa primeira fase a escolha da localização dos espaços ruidosos, garante a protecção de espaços mais sensíveis ao ruído. Caso tal não seja possível, terá que se recorrer unicamente ao isolamento sonoro [53] [54] [55] [56] [57].
A tabela 5 apresenta os valores para o isolamento sonoro e seus resultados subjectivos. No caso das escolas, um isolamento sonoro “Bom”, entre os 46 e os 50 dB, é o correcto para que a inteligibilidade da palavra não esteja comprometida. [53] [54] [55] [56] [57]
Isolamento Sonoro
(dB)
Condições de Audibilidade Conclusão <30 A voz normal pode ser compreendida com facilidade
e de modo distinto Muito Mau
30 a 35 A voz é percebida fracamente. A conversa pode ser
ouvida mas não nitidamente compreendida Mau
36 a 40
A voz pode ser ouvida mas as palavras não são compreendidas com facilidade. A voz normal só será
ouvida debilmente.
Sofrível
41 a 45 A voz pode ser ouvida fracamente mas sem ser
compreendida. A conversação normal não é audível. Suficiente 46 a 50 Voz alta pode ser ouvida com pouca dificuldade. Bom 51 a 55 Só sons muito intensos podem ser ouvidos. Muito Bom 56 a 60 Difícil ouvir até sons muito intensos. Só sons do tipo
“discoteca” são audíveis. Excelente
23 O isolamento sonoro encontra-se dividido em duas partes: ruídos aéreos e ruídos de percussão. Isto deve-se ao facto de ser muito importante identificar e separar as duas formas de transmissão de som. [53] [54] [55] [56] [57]
A forma de transmissão do ruído é outro conceito importante, transmissão essa que pode ser por via directa e/ou por via marginal. [53] [54] [55] [56] [57]
Neste contexto é também fundamental definir dois conceitos: zonas sensíveis e zonas mistas. Segundo o Regulamento Geral do Ruído, zona sensível é a área definida em plano municipal de ordenamento do território como vocacionada para uso habitacional, ou para escolas, hospitais ou similares, ou espaços de lazer, existentes ou previstos, podendo conter pequenas unidades de comércio e de serviços destinadas a servir a população local, tais como cafés e outros estabelecimentos de restauração, papelarias e outros estabelecimentos de comércio tradicional, sem funcionamento no período nocturno; e zona mista é a área definida em plano municipal de ordenamento do território, cuja ocupação seja afecta a outros usos, existentes ou previstos, para além dos referidos na definição de zona sensível. [53] [54] [55] [56] [57]
3.1. Sons Aéreos
Sons aéreos são sons que derivam única e exclusivamente da excitação directa do ar decorrente de fontes sonoras [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57].
Este tipo de sons transmite-se sem qualquer solicitação mecânica na estrutura do edifício e, portanto, a sua propagação dá-se apenas através do ar e dos elementos construtivos. A energia envolvida é exclusivamente função das vibrações causadas pela fonte sonora [16] [18] [53] [56] [57].
24
Os sons aéreos podem ser classificados segundo a sua origem: sons aéreos exteriores e sons aéreos interiores. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57].
Os sons provenientes do exterior devem-se à circulação rodoviária e ferroviária, instalações industriais e de divertimento público, obras de construção, entre outros. Os sons aéreos interiores são devidos à utilização do próprio edifício, tendo origem nas múltiplas solicitações associadas ao seu uso pelos ocupantes, como por exemplo, equipamentos mecânicos colectivos, sistemas de ventilação, utensílios domésticos, etc [16] [18] [53] [56] [57].
Figura 15 - Sons Aéreos Externos e Internos
Neste enquadramento, os sons aéreos exteriores determinam o tipo de isolamento sonoro da envolvente dos edifícios e os sons aéreos interiores determinam o tipo de isolamento sonoro necessário a ser assegurado pelos elementos de compartimentação [16] [18] [53] [56] [57].
A avaliação do isolamento a sons aéreos pode ser efectuada com base em dois tipos de métodos: métodos de previsão, normalmente aplicados na fase de projecto, e métodos de medição, que podem ser realizados tanto em laboratório com In Situ. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57].
Os métodos de previsão compreendem a lei experimental da massa e da frequência e o método gráfico de previsão [16] [18] [53] [56] [57].
25 A Lei experimental da Massa e da Frequência descreve o isolamento sonoro a sons aéreos de elementos construtivos sob a forma de uma curva de atenuação sonora em função da frequência [16] [18] [53] [56] [57].
O método gráfico permite a previsão de um valor global do isolamento a sons aéreos de um elemento construtivo em função da sua massa superficial. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57].
A determinação, por via experimental, do isolamento a sons aéreos de divisórias é realizada de acordo o descrito na Norma NP EN 20140-3 para ensaios a realizar em laboratório, na Norma EN ISSO 140-4 para o isolamento sonoro entre compartimentos adjacentes e na Norma EN ISSO 140-5 para o isolamento sonoro de fachadas e de elementos de fachada [16] [18] [53] [56] [57].
Os ensaios são realizados de modo a avaliar os níveis de pressão sonora emitidos na sala emissora, os recebidos no recinto receptor, os níveis de pressão sonora do ruído de fundo no recinto receptor e o tempo de reverberação do mesmo recinto, como mostra a figura 14 [16] [18] [53] [56] [57].
Figura 16 - Ensaio de caracterização do isolamento a sons aéreos [53]
De acordo com o RRAE, e consoante se trate de sons aéreos exteriores ou interiores, o isolamento sonoro pode ser definido pelas expressões 8 e 9, respectivamente: [16] [18] [53] [56] [57]
(8)
Sendo,
D2m,nT – isolamento sonoro a ruídos de condução aérea, padronizado a 2 m da fachada exterior
(dB);
26
L2 – nível de pressão sonora medido no local de recepção;
10log (T/T0) – correcção devida às condições de reverberação do compartimento receptor;
T – tempo de reverberação do compartimento receptor (s);
T0 – tempo de reverberação de referência, em geral T0 =0,5 s mas pode tomar outro valor definido
no projecto de dimensionamento.
(9)
Sendo,
DnT – isolamento sonoro a ruídos de condução aérea, padronizado (dB);
L1 – nível médio de pressão sonora medido no compartimento emissor;
L2 – nível de pressão sonora medido no compartimento de recepção;
10log (T/T0) - correcção devida às condições de reverberação do compartimento receptor;
T – tempo de reverberação do compartimento receptor (s);
T0 – tempo de reverberação de referência, em geral T0 =0,5 s mas pode tomar outro valor definido
no projecto de dimensionamento.
Estes índices apresentam diferentes símbolos consoante o local das medições. Assim, os valores que são obtidos em laboratório representam-se por D2m,nT e DnT. Se, por outro lado, são obtidos in situ representam-se por D’2m,nT e D’nT. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57].
A partir dos valores de DnT e D2m,nT calculados utilizando as expressões anteriores, por banda de frequência obtém-se, respectivamente, o índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea (DnT,w) e o índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas (D2m,nT,w) através do ajuste dos valores reais a uma curva de referência [16] [18] [53] [56] [57].
Após a obtenção de D2m,nT e DnTou D’2m,nT e D’nT para cada banda de frequências, ajusta-se esses valores com a curva de referência (CR) para que a soma dos desvios positivos (CR-DnT) a dividir pelo número de bandas de frequências utilizadas seja o maior possível mas sem nunca ultrapassar 2,0. Só são considerados os afastamentos inferiores, ou seja, quando a CR está abaixo da curva dos D’2m,nT e D’nT[16] [18] [53] [56] [57].
Assim, o índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea e o índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas correspondem ao valor da ordenada para a frequência de 500Hz. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57].
Seguidamente são apresentadas duas tabelas onde são apresentados os valores recomendados para o índice de isolamento a ruídos de condução aérea de fachadas (D2m,nT,w) e para índice de isolamento sonoro a ruídos de condução aérea (DnT,w), segundo o RRAE. [16] [18] [53] [54] [55] [56] [57].
