Acústica para Auditórios de Música. Acústica para Auditórios de Música

Acústica para Auditórios de Música

35 Acústica para Auditórios de Música

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imprescindível discutir a parte teórica de acústica de salas fazendo a ligação entre a linguagem dos músicos e a linguagem técnica. Leo Beranek o faz em seu livro “Concert and Opera Halls - How They Sound”. E esta foi, juntamente com a apostila “Qualidade Acústica de Salas - Fundamentos, Modelagem Numérica e Técnicas de Medição” do Laboratório de Acústica e Vibrações da UFRJ preparada pelo prof. Roberto Tenenbaum, a fonte para todas as afirmações teóricas deste capítulo, muitas delas traduzidas - como o próprio Tenenbaum o faz em sua apostila - diretamente do livro de Beranek. A decisão de “copiar” o conteúdo desses autores se baseou no fato de eu não possuir o embasamento e competência necessários à elaboração dos parâmetros a seguir. Apresentá-los superficialmente e em outras palavras apenas para mascarar a pesquisa destas fontes seria pretensiosidade e, no fim, apenas prejudicaria a densidade do material exposto.

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ALIDADE ACÚSTICA DE SAL

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principalmente da sua utilização. Uma sala de aula ou anfiteatro, por exemplo, deve ser pouco reverberante e propiciar boa inteligibilidade da fala, para atender à sua função. Alguns atributos para o favorecimento da inteligibilidade são: clareza, ausência de

eco, baixo ruído de fundo e audibilidade, entre outros. Mas uma

sala de concertos demanda outros atributos, como:

presença, reverberação mediana, calor, envolvimento do ouvinte, qualidade tonal e uniformidade, entre outros. Os parâmetros

acústicos mais importantes que influenciam a qualidade acústica de uma sala são: tempo de reverberação, intensidade do

som direto, audibilidade, primeiras reflexões, tempo de decaimento inicial e distribuição da energia sonora.

Som Direto

Se o ouvinte senta-se numa arquibancada de um estádio aberto ou no interior de uma grande câmara anecóica, onde não há reflexões, portanto não há reverberação, o som que ele ouvirá será exclusivamente o som direto. É a condição de campo livre. Se a fonte sonora for uma pessoa falando, ao silenciar o discurso, quase imediatamente há um silêncio na platéia. Em um recinto fechado, o som direto é aquele que chega primeiro aos ouvidos, devendo ser o mais intenso possível. O som direto deverá ser também o mais uniforme possível.

Reverberação

A reverberação de uma sala não é uma característica positiva ou negativa em si. Na realidade, em toda sala alguma reverberação é desejável. Uma grande reverberação é desejável para a boa performance de música de órgão, cujo sentido majestoso é dado justamente pela superposição das notas musicais. Uma média reverberação (2s) é desejável numa sala de concertos, o que promove outros atributos acústicos como vivacidade, espacialidade ou envolvimento,

fundamentais ao prazer na audição. Uma curta reverberação é necessária em auditórios ou teatros, onde a inteligibilidade é essencial.

Tempo de reverberação

O tempo de reverberação é o mais conhecido e utilizado parâmetro acústico de uma sala, correspondendo ao tempo de decaimento, em segundos, de 60dB a partir da interrupção da fonte. Usualmente, o TR é medido ou calculado para bandas de oitava nas freqüências centrais entre 125Hz e 4000Hz para a sala ocupada pela audiência e para a sala vazia.

O TR nas médias freqüências, RT_M, é a média dos

tempos de reverberação nas bandas de oitava de 500 e 1000Hz. O tempo de reverberação médio para salas de concerto consideradas de qualidade acústica superior é de 1,9s (+0,2s).

Primeiras reflexões

Quando uma fonte emite um som, além do som direto, uma seqüência de reflexões, oriundas das paredes e do teto, atingem o ouvinte. À medida que o tempo passa, maior é o número dessas reflexões e maior é sua freqüência de chegada ao ouvinte. Define-se o som inicial como o som direto acrescido das primeiras reflexões durante um intervalo de 80ms a partir da chegada do som direto. Essa definição baseia-se na característica do ouvido humano de perceber como um som único qualquer superposição de sons dentro de um intervalo de 80 a 100ms. As primeiras reflexões, portanto, dão a impressão de reforço ao som direto, não sendo ouvidas como eco. Quando as reflexões vêm das laterais, elas dão a impressão de que a fonte é mais larga do que é de fato. A sala retangular provê reflexões laterais suficientes para o ouvinte, enquanto a sala em forma de leque não, porque as reflexões chegam ao ouvinte via teto ou fundo, correspondendo

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ALIDADE ACÚSTICA DE SAL

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Corresponde ao tempo de decaimento dos primeiros 10dB após a interrupção da fonte, multiplicada por 6. Como o decaimento inicial é, naturalmente, mais notado pela audiência do que a reverberação total, ele desempenha um importante papel na qualidade acústica de uma sala e é de 2,5s nas salas de concerto de qualidade superior (sem platéia).

Inteligibilidade

Característica acústica referente à maior ou menor facilidade de compreensão de um texto falado em voz alta. A energia das primeiras reflexões, comparada à energia reverberante é um fator preponderante na inteligibilidade de uma sala. Portanto, está ligada à clareza dessa sala.

PARÂMETROS OBJETIVOS DE ACÚSTICA

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matematicamente e, portanto, são denominados

objetivos. São eles:

Fator de Clareza, C

Razão entre a energia das primeiras reflexões (0 a 80ms) e a energia reverberante (80 a 3000ms). Quanto maior a energia contida nos primeiros 80ms, maior clareza terá o som para o ouvinte, ao passo que quanto maior a energia do som reverberante, menor será a definição. Em salas de concerto, C=0dB é considerado suficiente mesmo para passagens musicais rápidas, enquanto C=-3dB é considerado o mínimo tolerável (em salas para comunicação verbal, o fator de clareza deve ser alto, aumentando a inteligibilidade).

Fator de Ganho, G

Razão, em dB, entre a pressão sonora em um ponto da sala com uma fonte onidirecional situada no palco e a pressão sonora fornecida pela mesma fonte em uma câmara anecóica a 10m de distância. Traduz a capacidade da sala de intensificar ou atenuar o som da fonte.

Razão de Baixos, BR

Razão entre tempos de reverberação em baixas e médias freqüências. Indica a capacidade da sala de enfatizar uma ou outra região de freqüências.

Fator de Suporte, STI

Razão, em dB, entre a energia do sinal de pressão sonora medido no intervalo de 0 a 10ms e a energia do sinal no intervalo de 20 a 100ms. Ambos os sinais são medidos por um microfone situado a 1m do centro da fonte sonora, onidirecional, situada no palco ou no poço da orquestra, emitindo um sinal impulsivo. O fator de suporte dá uma estimativa do quanto um músico de uma orquestra ouve a si mesmo e a seus companheiros,

estando, portanto, relacionado com o "conjunto" (ver parâmetros subjetivos).

Fração de Energia Lateral, LF

Razão entre a energia do sinal captado por um microfone direcional de 5 a 80ms e a energia do sinal captado por um microfone não-direcional de 0 a 80ms. O microfone direcional pondera a energia incidente segundo cos²φ onde φ=0 corresponde à direção do som direto. Sua direcionalidade, portanto, equivale à figura de um oito. A integral do numerador começa em τ=5ms, para assegurar a eliminação do som direto. A LF é um indicador da contribuição das paredes laterais no reforço ao som direto, relacionando-se com a sensação de "intimidade" e "envolvimento" (parâmetros subjetivos) que uma sala proporciona.

Correlação Cruzada Inter-aural, IACC

Função de correlação cruzada entre os sinais captados em dois microfones de uma cabeça artificial imersa no campo sonoro de uma sala, normalizada pela média da energia acústica. Como o tempo característico de retardo entre os dois lados de uma cabeça humana (incidência transversal) é de cerca de 1ms, avalia-se IACF para -1<t<1. O valor máximo para esse intervalo constituirá o coeficiente de correlação cruzada inter-aural, IACC. Dependendo do período de integração,

tem-se o IACC_A (0 a 1s), IACC_E (0 a 80ms) e IACC_L

(80ms a 1s). O IACC_E mede a largura aparente da fonte

(ASW) e o IACC_L é uma medida do envolvimento do

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PARÂMETROS SUBJETIVOS DE ACÚSTICA

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percepção dos ouvintes e intérpretes, não podendo ser dimensionados objetivamente. Estes são os parâmetros subjetivos, apresentados a seguir:

Intimidade (intimacy or presence)

Também chamado de presença, caracteriza a impressão acústica de pequenez de uma sala. Uma sala possui intimidade acústica se a música ali executada dá a impressão ao ouvinte de estar sendo executada em uma sala de menores dimensões. A intimidade é desejável para audição de música de câmara. Ela depende do atraso inicial (initial time delay gap) da sala num determinado ponto e da audibilidade geral da sala. Isso significa que uma sala pode sugerir intimidade em alguns pontos e não em outros.

Vivacidade (reverberation or liveness)

Uma sala reverberante é designada como viva enquanto uma sala com tempo de reverberação curto é denominada morta ou seca. A vivacidade de uma sala está relacionada, basicamente, aos tempos de reverberação para médias e altas freqüências (acima de 350Hz). Se uma sala for reverberante também nas baixas freqüências, é dita ser uma sala quente. O excesso de vivacidade é prejudicial à inteligibilidade de uma sala.

Clareza

É o grau em que os sons discretos de uma apresentação musical se distinguem uns dos outros. Depende criticamente de fatores musicais e de habilidades dos intérpretes, mas também está relacionado à resposta acústica da sala.

Calor (warmth)

Define-se o calor de uma sala como sua vivacidade

nas baixas freqüências (entre 350 e 1400Hz). Músicos costumam atribuir a designação escura a uma sala em que os sons graves ressoam fortemente enquanto os agudos são muito atenuados. Salas com muito material poroso para promover absorção sonora amortecem altas e médias freqüências e são, portanto, quentes. Um exemplo é a Festspielhaus de Bayreuth.

Brilho

Um som claro, intenso em alta freqüência, rico em harmônicos, é denominado brilhante. Uma sala que proporciona um som brilhante é chamada também de majestosa, pomposa ou magnífica. Grandes catedrais são, reconhecidamente, majestosas. Uma acústica majestosa é adequada à música de órgão mas totalmente inadaptada à execução de música de câmara ou à compreensão da palavra. Em uma sala com brilho, o amortecimento nas altas freqüências deve-se quase que exclusivamente à absorção natural do ar. Amplificação eletrônica mal regulada pode promover excesso de brilho.

Envolvimento (listener envelopment)

Traduz a impressão do ouvinte a respeito da intensidade e direção que o som reverberante parece chegar. O envolvimento do ouvinte, é considerado alto quando o som reverberante na sala chega de todas as direções, envolvendo-o. A impressão de envolvimento é dada pelas pequenas diferenças dos sinais sonoros nos dois ouvidos. Salas muito amortecidas não dão a impressão de envolvimento. Música de órgão e música sinfônica são os gêneros que mais demandam salas com envolvimento.

Audibilidade (loudness)

A audibilidade de uma sala é o "volume" sonoro que ela proporciona. É, portanto, uma função da energia sonora total distribuída entre o público presente. O som emitido num sala para 1000 pessoas deveria ser mais alto do que

PARÂMETROS SUBJETIVOS DE ACÚSTICA

numa sala para 3000 pessoas com o mesmo tempo de reverberação. Quanto mais reverberante a sala, maior sua audibilidade. Uma sala morta proporcionará menor audibilidade. A audibilidade para um ouvinte em particular pode ser dividida entre as primeiras reflexões (até 80ms) e audibilidade reverberante (após 80ms).

Balanço

O balanço de uma sala refere-se à sua característica de enfatizar mais ou menos igualmente distintas seções de uma orquestra ou entre orquestra e coro. Um bom balanço depende do projeto da caixa de palco ou do fosso da orquestra que deve evitar superfícies refletoras parciais. O balanço é um dos atributos que mais dependem dos músicos e do maestro. Numa casa de ópera, o balanço entre os cantores e a orquestra é alcançado pelo desenho do palco, das superfícies refletoras próximas a ele, o desenho do fosso, além do controle do maestro.

Mistura (blend)

Harmonização dos sons de diversos instrumentos de uma orquestra. A mistura depende em parte da disposição da orquestra. Do ponto de vista acústico, a mistura depende muito do formato das superfícies refletoras próximas ao palco. Quando uma sala possui uma boa mistura, sua reverberação rapidamente torna o som difuso, espalhando-o na sala. A mistura é importante tanto para o palestrante ou executante (retorno) como para a audiência. A mistura é fundamental para promover bom conjunto.

Conjunto

Refere-se à maior ou menor facilidade dos músicos tocarem em uníssono, iniciando e terminando as notas musicais simultaneamente, como se fossem um só. A condição que propicia maior conjunto é a possibilidade

de os músicos de uma orquestra se ouvirem uns aos outros, o que depende da existência de superfícies refletoras próximas aos executantes. É muito importante o projeto acústico cuidadoso do fosso de orquestra. Mesmo para música de câmara, mostra-se conveniente a colocação de refletores para promover o conjunto.

Ataque

Do ponto de vista dos músicos, uma sala deve dar ao intérprete a impressão de responder imediatamente a uma nota. Os músicos conhecem, em geral, as indicações das partituras para distintas formas de ataque musical, ou seja, a maior ou menor rapidez da transição entre o silêncio e a nota. A curva de subida de uma nota musical depende da interpretação mas muito também do instrumento (pianos têm mais ataque que violinos, por exemplo). A rapidez de resposta está relacionada à maneira como as primeiras reflexões do fundo do palco chegam aos músicos. Se as reflexões ocorrem muito depois da nota ser tocada, elas serão ouvidas como um eco. Se forem ouvidas apenas a partir das paredes ao redor do palco, o músico não conseguirá sentir a acústica da sala como um todo. Salas excessivamente grandes não proporcionam, em geral, ataque adequado, a menos que haja boa reflexão do palco.

Textura

É uma impressão subjetiva dos ouvintes relativa à seqüência temporal de chegada das primeiras reflexões. Numa sala com boa textura, há um grande número de reflexões nos primeiros 80ms, distribuídos de modo razoavelmente uniforme ao longo do tempo. Numa sala em que há falhas na seqüência de chegada das primeiras reflexões, ou alguma reflexão de maior

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PARÂMETROS SUBJETIVOS DE ACÚSTICA

intensidade, dominando as outras, a impressão subjetiva é de uma textura desagradável. Observe que, embora o ouvido não discrimine os sons nesse intervalo de tempo, resulta uma sensação de difícil definição, porém inconfundível, de maior ou menor textura.

Variação de Dinâmica e Nível de Ruído de Fundo A variação de dinâmica é o intervalo de níveis sonoros que podem ser percebidos numa sala. Esse intervalo vai desde o menor nível de ruído de fundo, produzido pela platéia e pelo sistema de ar condicionado, por exemplo até o maior volume sonoro produzido pelos intérpretes. Quaisquer fontes sonoras estranhas - como as geradas pelo tráfego no exterior do prédio - são perturbadoras e DEVEM ser evitadas.

Uniformidade Sonora

A uniformidade diz respeito à maior ou menor distribuição do som em toda a audiência. Uma boa uniformidade é um dos atributos mais importantes para a qualidade acústica de uma sala, como um todo. Há perda de uniformidade quando há pontos mortos na sala - quando há lugares na platéia onde o som não chega com a mesma intensidade ou clareza. A uniformidade sonora de uma sala depende quase que completamente do projeto acústico/arquitetônico. Normalmente, o som sob balcões longos e baixos apresenta perda de qualidade em relação ao restante da sala.

Qualidade Tonal

A beleza do som de uma nota depende de sua qualidade tonal. Uma sala, assim como um instrumento musical, por suas características construtivas, pode apresentar boa ou má qualidade tonal. Essa qualidade pode ser prejudicada por ressonâncias metálicas, por distorções adicionadas ao sinal sonoro ou por focalização de reflexões que mascaram a verdadeira orientação da

fonte. Em geral, a qualidade tonal de uma sala pode ser melhorada com a aplicação de amortecimento em placas ou outros elementos metálicos e pela adoção de irregularidades em pequena escala nas superfícies refletoras, para aumentando a difusão.

ESTUDO DA ACÚSTICA DE SAL

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características acústicas de uma sala: simulação numérica, modelos reduzidos e medição in

situ. Em linhas gerais, a simulação numérica tem como

vantagens o baixo custo (dispondo-se de um programa de simulação), a rapidez e a facilidade de se testarem novas configurações. As maiores desvantagens são a dificuldade de se modelar corretamente a difração e o comportamento em baixas freqüências. A análise com modelos reduzidos tem a vantagem de reproduzir o fenômeno com maior precisão e desvantagens na modelagem da absorção e no comportamento de altas freqüências. A análise a partir da medição in situ tem as vantagens óbvias de se estudar o próprio objeto, não se prestando, porém, a grandes alterações geométricas (pois o objeto já está construído).

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resposta acústica de uma edificação:

dimensões, forma e materiais.

Dimensões

Influenciam o tempo de reverberação. Em uma sala maior, o som leva mais tempo para atingir as paredes sucessivamente. A reverberação é mais longa. É por esse motivo que as grandes catedrais possuem um tempo de reverberação alto. Apesar de ideal para a música para órgão, esse tempo faz com que as palavras dos oradores percam completamente a definição. As casas de ópera procuram atingir um tempo de reverberação de cerca de 1 segundo, enquanto as salas de concerto preferem de 1,5 a 2 segundos.

Forma

Define como o som será distribuído para os ouvintes e retornado para o executante. A forma clássica e ideal é a da "caixa de sapato", com o palco em uma das extremidades menores. As paredes laterais, mais aproximadas, vão garantir uma reflexão rápida do som para a platéia, gerando uma amplificação do som sem perda de clareza. Deve-se evitar formas curvas porque elas tendem a direcionar o som para o centro de seus raios. A forma em leque, tão famosa, é muito ruim, porque praticamente elimina essas reflexões laterais que precisam ser devolvidas à platéia para uma boa sensação sonora. Há projetos em "terraços", como o da Filarmônica de Berlim, que também produzem muitas reflexões laterais em diferentes direções. Mesmo assim, a distribuição do som corre o risco de não ser tão homogênea quanto na forma de caixa.

Materiais

Definem a absorção, reflexão ou difusão do som e, portanto, também o tempo de reverberação. Materiais de absorção

são a madeira, quando vibrante, carpete (em determinadas situações e freqüências, dependendo da sua espessura) e os materiais porosos e fibrosos em geral. Um elemento muito importante de absorção é o próprio público da sala. De reflexão são as superfícies lisas e duras, como placas rígidas de madeira densa que não vibram, reboco simples, superfícies metálicas. Já a difusão é um "espalhamento de som" em várias direções, causada por uma superfície com irregularidades. Nesse ponto vemos a importância da ornamentação nas salas antigas que, além de elemento decorativo, funcinava como difusor. Um dos perigos de não se usarem difusores de som é gerar eco na sala. Os materiais influenciam o tempo de reverberação porque definem a quantidade de som que continuará sendo refletido de uma superfície para a outra. É por isso que salas vazias (superfícies refletoras) produzem excesso de reverberação, enquanto salas mobiliadas (materiais de absorção) produzem uma sensação acústica confortável.

Compreendidos os elementos acima, qual seria o

tamanho ideal de uma sala de concertos ou de um auditório de uma casa de ópera? Dependerá da

inter-relação entre as dimensões da sala e seus materiais de revestimento. Quanto maior a sala, mais os ouvintes das poltronas posteriores dependem das reflexões secundárias para compreenderem o que está sendo executado (o som direto chega com volume suficiente apenas às primeiras poltronas). Como nas salas maiores as superfícies que vão refletir o som se encontram mais distantes da fonte, o tempo de reverberação será maior. Para o controle desse TR, precisaremos utilizar materiais de absorção, que eliminarão a reflexão do som de que dependem aqueles ouvintes das poltronas posteriores. Entra-se num paradoxo. A clareza do som se perderá e a sala não terá bom desempenho. É por isso que as melhores salas acomodam uma média entre 2000 e 3000 pessoas.

RESPOST

A ACÚSTICA DE SAL

CONTROLE DE RUÍDOS NA SAL

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das dimensões, forma e materiais, é de suma importância considerar a interação da sala com meio externo, evitando tanto o vazamento de som quanto a entrada de ruídos estranhos. O vazamento de som está associado aos materiais e técnicas construtivas da sala, podendo ser considerado um fator interno à sala. Já a entrada de ruídos estranhos é um ponto crítico, pois, além do ruído do tráfego e vibrações externas, está também associada aos mecanismos de ventilação, e climatização da sala, elementos que exigem cuidado especial no projeto e na instalação. Deve-se, por exemplo, lançar mão de recursos como descontinuidades estruturais ou isoladores de vibração para minimizar a transmissão de vibrações das centrais de ar condicionado. É preciso também conhecer o nível máximo de ruído que pode ser gerado pela saída do ar nas grelhas de ventilação, fator que pode ser calculado e ajustado através da velocidade de saída do ar. O próprio ruído gerado pelo público também deve ser considerado, já que sempre será existente e não pode ser controlado através de ajustes no projeto. A norma brasileira (NBR 10152) define em 30dBA o nível aceitável e em 40dBA o nível máximo de ruído de fundo para auditórios.