REAÇÃO DOS SERES HUMANOS AO SOM

(1)

REAÇÃO DOS

SERES HUMANOS

AO SOM

(2)



SOM



GRANDEZAS FÍSICAS



SENSAÇAO



GRANDEZAS

PSICOACÚSTICAS



LIMIAR DIFERENCIAL:



Variação apenas perceptível

–

JND

ou limiar diferencial



Limiar diferencial do Nível de

Pressão Sonora

(3)

(4)

(5)

REAÇÃO DOS SERES HUMANOS

AO SOM



Uso do dB



limiar diferencial do

NPS



1 dB



sons de 30 a 40 dB

nas médias e altas freqüências



Para sons elevados



limiar é de

1/3 a ½ dB para qualquer

freqüência

(6)

REAÇÃO DOS SERES HUMANOS

AO SOM



Área de audição dos seres

humanos:



Curva A



som audível



Curva B



som desconfortável



Curva A



limiar da audibilidade



Curva B



limiar do desconforto



Região entre as curvas A e B



área da audição

(7)

Área de audição de seres humanos é delimitada

pelo limiar de audibilidade (curva A) e pelo limiar

de desconforto (curva B)

(8)

REAÇÃO DOS SERES HUMANOS

AO SOM



Sensação subjetiva de intensidade de

som



Loudness



Nível de audibilidade em fones



Grandeza psicoacústica



nível de

audibilidade



1933



Fletcher e Munson



Unidade do nível de audibilidade



fone



Curvas isofônicas

(9)

Curvas isofônicas

(10)

REAÇÃO DOS SERES

HUMANOS AO SOM



SONE



1 sone



audibilidade de um tom

puro com nível de audibilidade de

40 fones



N = audibilidade (sones) e LN = nível de

audibilidade (fones)





10

40

2 



N

L

N

40 log

2 ,

33 



N

L

_N

(11)

Relação entre o aumento do nível de

audibilidade e o aumento subjetivo de

intensidade para sons de mesma banda crítica

Aumento do nível de audibilidade

(fones)

Aumento subjetivo de intensidade

sonora

3 Apenas perceptível (limiar

diferencial)

5 Claramente perceptível

10 Duplicação

20 Quadruplicação

(12)



Grandeza psicoacústica



audibilidade



SONE



1 sone



audibilidade de um tom

puro com nível de audibilidade de

40 fones

(13)



N = audibilidade (sones) e LN =

nível de audibilidade (fones)





10

40

2 



L

N

40 log

2 ,

33 



N

L

_N

(14)

Relação entre sensação e nível de

sensação

Relação entre sensação e nível de sensação

0.01 0.1 1 10 100 1000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Nível de sensação (phon)

Sen saçã o (so n ) Sensação a 1000 Hz

(15)

Índices de ruidosidade por

banda: sones e fones

(16)

Problema das baixas

freqüências



Exemplo do palco:



A 4 m do palco



mesmo nível de

audibilidade de 80 fones



30 Hz



100 dB



1000 Hz



80 dB



A 40 m do palco



Atenuação = 10log(4/40)

2 = - 20 dB



30 Hz



80 dB



40 fones



1000 Hz



60 dB



60 fones

(17)

Problema das baixas

freqüências



4 m (16 sones)



40 m 30 Hz



1 sone



1000 Hz



4 sones

(18)

Incômodo do ruído



Atributo extremamente subjetivo



Fatores:



Conteúdo espectral e níveis sonoros

associados



Complexidade do espectro e presença de

tons puros



Duração



Amplitude e freqüência das flutuações de

nível



Tempo de subida de tons impulsivos

(19)



Ruidosidade percebida



noy



1 noy



1 kHz



40 dB



NOY



SENSAÇÃO SUBJETIVA

EM ESCALA LINEAR

(20)

Instrumentos de

medições

acústicas

(21)

Propostas das medições



Identificar e localizar fontes sonoras

dominantes



Favorecer a seleção de dispositivos de

controle, métodos e materiais para o

saneamento acústico.



Avaliar e comparar medidas de controle de

ruído



Determinar adequação com critérios e

normas sobre ruído



Quantificar a potência de uma fonte sonora



Determinar a qualidade acústica de uma sala

e sua disponibilidade para vários usos

(22)

Características de

desempenho



Microfones ± 2dB



Faixa dinâmica - Razão de amplitudes entre

o nível máximo de entrada e o piso de ruído

interno do instrumento (ou auto-ruído).



Tempo de resposta

–

o intervalo de tempo

requerido para um instrumento responder a

uma escala completa de entrada.

(23)

Medidores de nível sonoro



Tipo 0 Padrão de referência para laboratórios,

dedicado inteiramente para calibração de outros

medidores



Tipo 1 Medidor de precisão, dedicado para uso em

laboratório ou para uso em campo onde, onde o

ambiente acústico pode ser controlado.



Tipo 2 Proposta geral, dedicado para uso geral em

campo e para registro de dados de níveis de ruído

para posterior análise em frequência.

(24)



A norma IEC 61672 prevê três tipos

de medidores, correspondendo a

duas especificações de desempenho:

classes 1 e 2. Os limites de tolerância

para os da última classe são maiores

do que os para a primeira.

(25)



O medidor de nível sonoro mais básico terá

uma saída digital ou analógica de nível de

pressão sonora ponderada ou não

ponderada. Características adicionais

podem incluir filtros de bandas de 1/3 de

oitava, rede de ponderação (A,C, D, Lin),

ponderador temporal e interface com um

PC para armazenamento de dados e

impressão.

(26)



Ponderador temporal: Medidores de

nível sonoro comumente apresentam

configurações de: “Fast”

- resposta

de 125 ms; “Slow

- resposta de 1 s.



Se o ruído for do tipo impulsivo

(duração muito curta, elevação e

decaimento súbitos)



resposta

“Peak” .

(27)

Redes de ponderação:



Redes de ponderação em freqüência



fornecer uma resposta que tenta

se aproximar do modo que a orelha

humana responde aos tons puros.



Estas curvas de ponderação são

diretamente derivadas das curves

isofônicas propostas por

Fletcher/Munson.

(28)

Características das redes de ponderação

comumente empregadas em medidores de nível

sonoro.

(29)

Freqüência

central da

banda (Hz)

Ganho do filtro

A (dB)

Ganho do filtro

B (dB)

Ganho do filtro

C (dB)

Ganho do filtro

(dB)

(30)

Freqüência

central da

banda (Hz)

Ganho do filtro

A (dB)

Ganho do filtro

B (dB)

Ganho do filtro

C (dB)

Ganho do filtro

(dB)

800 -0,8

0

0 -0,6

1000

0

0 1250

0,6

0

0 2,0

1600

1,0

0 -0,1

4,9

2000

1,2

-0,1

-0,2

7,9

2500

1,3

-0,2

-0,3

10,6

3150

1,2

-0,4

-0,5

11,5

4000

1,0

-0,7

-0,8

11,1

5000

0,5

-1,2

-1,3

9,6

6300

-0,1

-1,9

-2,0

7,6

8000

-1,1

-2,9

-3,0

5,5

10000

-2,5

-4,3

-4,4

3,4

12500

-4,3

-6,1

-6,2

-1,4

16000

-6,6

-8,4

-8,5

-

20000

-9,3

-11,1

-11,2

-

(31)

Análise em freqüência (1/n

Oitava)



Banda de oitavas



Mede a energia acústica

total dentro do passa-banda de um filtro de

banda de passagem.



O termo oitava denota uma duplicação em

freqüência.



Referimos à banda de oitava por sua

freqüência central.



As freqüências centrais de banda de oitavas



:

31.5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000,

8000 e 16000 Hz.



Largura de banda de um filtro é a largura em

freqüência entre

_–

3 dB pontos.

(32)



A largura dos filtros de oitava

progressivamente cresce com a

freqüência.



Colocados em um gráfico na escala

logarítmica, a forma da resposta da

banda é independente da

freqüência. A saída de uma

porcentagem de largura de banda

de um filtro é: dB/largura da banda.

(33)

(34)

Filtro de bandas de oitava

(35)

Associações entre filtros de

oitava

c

l

f



₂



1

2 c

u

f



₂

1

2 i

i

c

f

2

1 



Freqüências centrais dos filtros adjacentes



l

f

Freqüência de corte inferior Hz



u

f

Freqüência de corte superior Hz

(36)

Associações de filtros de 1/3

de bandas de oitava

c

l

f



₂



1

6 c

u

f



₂

1

6 i

i

c

f

2

1

3

1 ,

26

1 





Freqüências centrais dos filtros

adjacentes

(37)

Associação geral para

filtros de 1/n de oitavas:

c

n

l

f



₂



1

2 c

n

u

f



₂

1

2 i

i

c

n

c

f

2

1

1 



Freqüências centrais dos filtros

adjacentes

(38)

Freqüências centrais e de corte (Hz) para filtros padrão de

oitava e 1/3 de oitava:

(39)

Análise FFT



A transformada de Fourier

–

FFT é uma análise a banda

estreita, largura constante. A resolução em freqüência

não muda na faixa de freqüências.



FFT se refere ao algoritmo numérico usado para calcular

a transformada de Fourier em tempo real.



A definição matemática de uma transformada de Fourier

é:

(40)

Análise FFT

Domínio do tempo:

x(i



t) = amplitude a

intervalos de tempo

de



t segundos , N

dados de amostra.

Domínio

da

freqüência: X(j



f) =

amplitude

(complexa)

a

intervalos

de

freqüência

de



f

(Hz),



f = 1/(N



t)

N/2 pontos válidos

(41)

Ruído de indução de motor veicular (2,5 litros, 4 cilindros a

3000 rpm, carburador aberto). a) sinal no domínio do tempo

captado pelo microfone, b) espectro sonoro obtido via FFT

.

(42)

Combinação de duas ou

mais bandas de freqüência

(43)

Combinação de duas ou

mais bandas de freqüência



A potência total em uma banda de

oitava está relacionada às bandas de

1/3 de oitava através de :

(44)

Combinação de duas ou

mais bandas de freqüência



Exemplo:



Os níveis sonoros, medidos em 1/3 de bandas de

oitavas, nas freqüências de 400, 500 e 630 Hz foram

72, 74, 68 dB respectivamente. Qual é o nível de banda

de oitava para a banda de 500 Hz?

(45)

Conversão de uma largura

de banda em outra

Energia na banda é

proporcional à área da curva

(46)

Características dos filtros de

1/1 e 1/3 de oitava para fc =

1000 Hz.

n

1/n

fc(Hz)

fi(Hz)

fs(Hz)



_f



_f/fc(%)

1 1/1

1000

707 1414

707

71

3 1/3

1000

891 1122

231

23

(47)

Medições de tons puros com

filtros de oitava ou 1/3 de oitava



Tom puro combinado com ruído de

fundo

(48)

Medições de tons puros com

filtros de oitava ou 1/3 de oitava



A potência total na banda é

proporcional a:



sobre a banda



ruído de fundo( )





2

2 p

P

banda





P

2 tompuro



2 P

(49)

Sintetizando bandas de oitava

ou 1/3 de oitava de dados

discretos FFT



Utilização de analisador FFT para medir e

registrar um espectro de ruído (a amplitude

da pressão sonora, espaçada em intervalos

de freqüência



f).



Em algumas situações pode ser

conveniente a utilização de um analisador

FFT para construir ou “sintetizar” os dados

de banda de oitavas.

(50)

Análise FFT



Cada ponto de dados FFT



saída

de um filtro ( largura



f Hz).



Onde: Pi2 = média da pressão acústica ao quadrado

dos dados pontuais - FFTi



n = número dos dados pontuais FFT que caem na

banda de largura do filtro sintetizado





f = incremento em frequência FFT ou dimensão “bin”

(Hz)

(51)

Análise FFT

–

em dB

(52)

Análise FFT



Exemplo:



O ruído de uma serra circular portátil é

medido com um microfone e um analisador

FFT. Para fins de comparação, os níveis de

pressão sonora nas bandas de 1/3 de oitava

foram simultaneamente medidos usando um

medidor sonoro tipo I. O espectro FFT da

saída do microfone de 0

–

5000 Hz é

mostrado na figura a seguir. Calcule o nível

em bandas de 1/3 de oitavas nas bandas 100

- 200 Hz. Particularidades do analisador FFT:

N=800 pontos, Fs=12800 Hz,



f=6,25 Hz.

(53)

Espectro do ruído para uma

serra circular

(54)

Dados parciais FFT para a serra circular:

(55)

Ruídos branco e rosa



Ruído branco

é definido como aquele

que tem a mesma amplitude em todas

as freqüências.

(56)

Saída de filtros de banda de oitava para entrada

de ruído branco



cada banda de oitava sucessiva se eleva em

3dB

(57)

Saída de filtros de banda de oitava para

entrada de ruído branco



Ruído rosa é especialmente projetado

para gerar amplitude constante ao

longo das bandas de oitava.



Em uma escala linear, ele decresce

em amplitude à medida que a

frequência aumenta na taxa de -3

dB/oitava, para compensar o

incremento de largura dos filtros de

oitava.

(58)

Saída de filtros de banda de oitava para

entrada de ruído branco

(59)

Espectro de ruído rosa, em

bandas de oitava.