AVALIAÇÃO DO CONFORTO ACÚSTICO DE RESIDÊNCIAS POPULARES UTILIZANDO ANÁLISE ESTATÍSTICA DE ENERGIA
Luiz Carlos Gomes de Alcantara
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Mecânica.
Orientador: Jules Ghislain Slama
Rio de Janeiro Dezembro de 2010
AVALIAÇÃO DO CONFORTO ACÚSTICO DE RESIDÊNCIAS POPULARES UTILIZANDO ANÁLISE ESTATÍSTICA DE ENERGIA
Luiz Carlos Gomes de Alcantara
DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA MECÂNICA.
Examinada por:
_____________________________________________________ Prof. Jules Ghislain Slama, D. Sc.
_____________________________________________________ Prof. Max Suell Dutra , Dr.Ing.
_____________________________________________________ Prof. Webe João Mansur, Ph.D.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL DEZEMBRO DE 2010
iii Alcantara, Luiz Carlos Gomes de
Avaliação do conforto acústico de residências populares utilizando análise estatística de energia / Luiz Carlos Gomes de Alcantara, - Rio de Janeiro: UFRJ / COPPE, 2010.
XII, 81 p.: il.; 29,7 cm
Orientador: Jules Ghislain Slama
Dissertação (Mestrado) – UFRJ / COPPE / Programa de Engenharia Mecânica, 2010.
Referências Bibliográficas: p. 56 – 57
1. Acústica de Salas. 2. Análise Estatística de Energia. 3. Conforto Acústico. I. Slama, Jules Ghislain . II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Mecânica. III. Título
iv “A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao seu tamanho original”.
v
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, agradeço a Deus pois sem ele eu não teria chegado até aqui. Aos meus queridos pais Paulo e Helena por tudo que sou hoje.
À minha querida esposa Bárbara, companheira de todas as horas, agradeço pelo incentivo, força e compreensão durante esta caminhada.
Aos meus sogros Linete e Ivanildo e meu cunhado Bruno pelo apoio e pelas palavras de incentivo.
À minha irmã Mariana.
Ao estimado Prof. Dr. Sc. Jules Ghislain Slama pela paciência, ensinamentos, sugestões, críticas durante o meu mestrado.
Ao Prof. Dr. Ing. Ennes Sarradj da Brandenburgische Technische Universität Cottbus pelas contribuições na compreensão acerca do Free Sea.
Ao Engenheiro Fábio Quintella Cupello pela cessão dos equipamentos de medição e auxilio nas medições realizadas.
Ao amigo Rodrigo Oliveira dos Reis pela cessão da sua residência para medição e realização deste trabalho.
A família Silva pela cessão da suas residências para medição e realização deste trabalho.
A COPA Engenharia e Construções pela autorização da medição no condomínio em construção.
Aos meus amigos do LAVI: Luiz André, Raphael, e Tarcilene que de alguma forma me ajudaram nessa caminhada.
Ao Técnico de Laboratório Anderson pelas ajudas e esclarecimentos quanto a uso de aparelhos e medições.
À secretária Vera pela sua paciência e dedicação aos alunos.
Aos meus amigos, pelas palavras de força e incentivo durante este curso. À toda minha família.
vi Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M. Sc.)
AVALIAÇÃO DO CONFORTO ACÚSTICO DE RESIDÊNCIAS POPULARES UTILIZANDO ANÁLISE ESTATÍSTICA DE ENERGIA
Luiz Carlos Gomes de Alcantara
Dezembro/2010
Orientador: Jules Ghislain Slama Programa: Engenharia Mecânica
Estudar o conforto acústico em residências de baixo custo é de suma importância, tendo em vista os efeitos acarretados pelo ruído ao bem-estar humano. Fazer uma análise do isolamento sonoro dessas habitações é importante para avaliar se o mesmo está de acordo com os valores previstos nas normas vigentes.
Neste trabalho, discutem-se os principais aspectos relacionados à transmissão sonora, a partir da metodologia de Análise Estatística de Energia. O trabalho apresenta os resultados obtidos através de medições in situ em residências populares e faz a comparação destes valores com os resultados obtidos utilizando o modelo computacional Free SEA desenvolvido pelo professor Ennes Sarradj .
Constatou-se que, nas residências avaliadas, os índices de redução sonora entre os cômodos analisados apresentaram valores abaixo dos aceitáveis. Também verificou-se não haver diferença significativa entre os coeficientes de isolamento sonoro medidos nas residências com os medidos através da simulação com o Free SEA.
vii Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
EVALUATION OF THE ACOUSTIC COMFORT OF POPULAR RESIDENCES USING STATISTICAL ANALYSIS OF ENERGY
Luiz Carlos Gomes de Alcantara
December/2010
Advisor: Jules Ghislain Slama
Department: Mechanical Engineering
To study the acoustic comfort in low cost residences is of addition seen importance the effects carted by the noise to the human well-being. To do an analysis of the resonant isolation of those houses is important to evaluate the same is in agreement with the values foreseen in the effective norms.
In this work, the main aspects related to the resonant transmission are discussed, starting from the methodology of Statistical Analysis of Energy. The work presents the obtained results, through measurements in situ in popular residences and he/she makes the comparison of these values, with the obtained results using the model computacional Free SEA developed by teacher Ennes Sarradj.
It was verified that, in the appraised residences, the indexes of resonant reduction among the analyzed rooms presented values below the acceptable ones. It was also verified there not to be significant difference among the coefficients of resonant isolation measured in the residences with the measured ones through the simulation with Free SEA.
viii
ÍNDICE
1. Introdução ... 1 1.1 Contextualização ... 1 1.2 Objetivo ... 5 1.3 Estrutura da dissertação... 62. Conceitos Fundamentais em acústica de salas... 7
2.1 Perda da Transmissão Sonora ... 8
2.2 Coeficiente de Absorção Sonora... 10
2.3 Nível de Pressão Sonora ... 12
2.4 Diferença de Nível de Pressão Sonora... 14
2.5 Tempo de Reverberação... 14 3. Isolamento Acústico... 18 3.1 Isolamento de Paredes ... 18 3.1.1 Paredes Simples ... 18 3.1.2 Paredes Duplas ... 19 3.1.3 Paredes Compostas... 20 3.2 Isolamento de Portas ... 21 3.3 Isolamento de Janelas ... 21
3.4 Número Único para Isolamento Acústico... 22
4. Análise Estatística de Energia (SEA)... 25
4.1 Parâmetros Utilizados na SEA ... 25
4.2 Fundamentos do Método SEA ... 27
5. Metodologia ... 34 5.1 Desenvolvimento do Trabalho ... 35 5.2 O Free SEA ... 39 6. Resultados ... 44 6.1 Residência 1 ... 44 6.2 Residência 2 ... 48
ix
6.3 Residência 3 ... 51
7. Considerações Finais ... 54
Referências Bibliográficas ... 56
Apêndice A: Resultados das medições in situ ... 58
Apêncice B: Coeficientes de Isolamento conforme a NBR 101 ... 65
x LISTA DE NOTAÇÕES E SÍMBOLOS
LAeq Nível de Pressão Sonora Equivalente
Perda de Transmissão Sonora Coeficiente de Transmissão Sonora Coeficiente de Absorção do material Redução de Ruído
Coeficiente de direcionalidade Área do material 1
Área do material 2
Perda de Transmissão no material 1 Perda de Transmissão no material 2
Coeficiente de isolação sonora da parede dupla
Coeficiente de isolação sonora da parede simples Distância entre as duas paredes
Tipo de acoplamento entre as paredes
Tipo de material que preenche o espaço entre as paredes
Coeficiente de isolamento resultante da parede composta Coeficiente do material que apresenta maior isolamento Coeficiente do material que apresenta menor isolamento
Área do material que apresenta menor isolamento Área total da parede composta
Índice de redução sonora entre salas Nível sonoro na sala emissora Nível sonoro na sala receptora
xi S Área da parede que divide as salas
Tempo de reverberação Volume da sala receptora Fator de perda W Potência Energia Freqüência Densidade modal Número de modos
Largura da faixa de freqüência Massa total do subsistema Velocidade rms
Pressão sonora rms
Energia armazenada no subsistema Densidade do meio
Velocidade do som no meio Volume do subsistema Energia modal
Potência de entrada no subsistema 1 Potência de entrada no subsistema 2
Potência transferida do subsistema 1 para o subsistema 2 Potência transferida do subsistema 2 para o subsistema 1 Potência dissipada pelo subsistema 1
xii Energia total do subsistema 1
Energia total do subsistema 2
Fator de perda interna do subsistema 1 Fator de perda interna do subsistema 2
Fator de perda por acoplamento do subsistema 1 para o subsistema 2 Fator de perda por acoplamento do subsistema 2 para o subsistema 1
Número de modos do subsistema 1 Número de modos do subsistema 2 Energia modal do subsistema 1 Energia modal do subsistema 2 Diferença de nível
Diferença de nível padrão Diferença de Nível padronizada
1
Capítulo 1
Introdução
O ruído afeta a saúde do homem e gera desconforto de diversas maneiras. Os efeitos do ruído são diversos e interligados, como: perda permanente ou temporária da audição, aumento da pressão arterial e dos batimentos cardíacos, distúrbio no sono, interferência na comunicação, mascaramento do som, comprometimento da inteligibilidade e dificuldade na realização de tarefas. Estudar o conforto acústico em residências populares é de suma importânci, tendo em vista os efeitos acarretados pelo ruído ao bem-estar humano. Fazer uma análise do isolamento sonoro dessas habitações é importante para avaliar se o mesmo está de acordo com os valores previstos nas normas vigentes.
1.1 Contextualização
O ruído é considerado qualquer tipo de som ou qualquer interferência que venha a prejudicar a transmissão e a recepção de uma mensagem (SCHAFER, 1991). Contudo, essa definição apresenta uma conotação subjetiva, já que um ruído pode ser agradável para uma pessoa e extremamente desagradável para outra. Existem outras definições encontradas na literatura que definem o ruído como sendo uma vibração irregular, intermitente ou estatisticamente aleatória.
Nas últimas décadas, os ruídos se transformaram em uma das formas de poluição que afeta a maior quantidade de pessoas. A partir de 1989, a Organização Mundial da Saúde (OMS) passou a tratar o ruído como problema de saúde pública. Este fato é ainda mais crítico em países como o Brasil, que ao contrário de países como a Espanha, França, Alemanha e Estados Unidos, não possui normas que
2 especifiquem os valores mínimos de isolamento acústico que as moradias devam apresentar.
No Rio de Janeiro, o problema da poluição sonora é grave e é provocado principalmente pelos meios de transportes. Segundo a ONU, a poluição sonora é a terceira maior poluição do meio-ambiente, menor, apenas, do que a da água e do ar (VIEGAS, 2004).
O Brasil carece também de uma norma que apresente um método para efetuar a simulação do nível de isolamento acústico de uma residência, ainda na fase de projeto. A legislação que trata do conforto acústico e do controle da poluição sonora no Brasil, de modo geral, tem como referência órgãos internacionais. Ela é composta por normas técnicas da ABNT, por resoluções do CONAMA e por normas do Ministério do Trabalho e Emprego (MTE). Os critérios para avaliação dos níveis de ruído são estabelecidos para duas aplicações distintas: ruído comunitário de vizinhança e de habitações e ruído ocupacional.
Os índices de poluição sonora aceitáveis em comunidades são estabelecidos pela Resolução CONAMA (de 8 de março de 1990) e são determinados de acordo com o tipo de zona e horário pela NBR 10151. Conforme as zonas, são estabelecidos níveis de pressão sonora equivalentes LAeq , nos períodos diurnos e
noturnos (das 22h às 7h), apresentados na Tabela.1. O LAeq é o nível obtido a partir do
valor médio quadrático da pressão sonora, com a ponderação A, referente a todo intervalo de medição (ABNT, 2000).
Tabela 1. Níveis de pressão sonora equivalentes LAeq máximos para ambientes externos
Tipos de Áreas Diurno
dB(A)
Noturno dB(A)
Áreas de sítios e fazendas 40 35
Área estritamente residencial urbana, hospitais ou escolas 50 45
Área mista, predominantemente residencial 55 50
Área mista, com vocação comercial e administrativa 60 55
Área mista, com vocação recreacional 65 55
Área predominantemente industrial 70 60 Fonte: ABNT 2000
3 Já a norma da ABNT NBR 10152, que estipula níveis máximos de ruído admissíveis para a garantia do conforto acústico em recintos internos, baseia-se em um número único chamado de critério de ruído – NC (Noise Criteria). O NC é determinado pela comparação do nível de pressão sonora do ruído em cada banda de oitava com as curvas NC padrão. A curva de NC mais baixa, que não exceda o espectro de ruído plotado no gráfico, corresponde ao NC do ruído. Este critério contempla mudanças na sensibilidade do ouvido humano, valorizando freqüências importantes para a comunicação falada e o incômodo de ruído de baixa freqüência.
A Figura.1 mostra algumas curvas NC padrão. Na maioria das publicações, estas curvas são apresentadas em intervalos de cinco para economizar espaço, mas o NC pode ser dado por qualquer outro número intermediário e não apenas em múltiplos de cinco.
4 A Tabela 2 apresenta os valores estabelecidos pela NBR 10152 para conforto acústico em habitações.
Tabela 2. Níveis de pressão sonora em dB(A), para conforto em ambientes internos.
Local NPS
dB(A)
Curva NC Hospitais
Apartamentos, Enfermarias, Berçários, Centro cirúrgico
Laboratórios, Áreas para uso público Serviços 35-45 40-50 45-55 30-40 35-45 40-50 Escolas Bibliotecas
Salas de aula, laboratórios Circulação 35-45 40-50 45-55 30-40 35-45 40-50 Hotéis Apartamentos Restaurantes
Portaria, recepção, circulação
35-45 40-50 45-55 30-40 35-45 40-50 Residências Dormitórios Salas de estar 35-45 40-50 30-40 35-45 Auditórios
Salas de concerto, teatros Salas de conferência 30-40 35-45 25-30 35-45 Restaurante 40-50 35-45 Escritórios Salas de reunião Sala de gerência Salas de computadores 30-40 35-45 45-65 25-30 30-40 40-60 Igrejas e templos 40-50 35-45
Locais para esportes 45-60 40-55
Fonte(ABNT,1997).
Se levarmos em consideração que tanto o ruído de tráfego como o ruído da vizinhança causam incômodo às pessoas no interior de suas residências, é possível imaginar que estas, em geral, não apresentam bom isolamento acústico e, desta forma, não estão satisfazendo uma de suas finalidades, que seria a de possibilitar melhor conforto acústico a seus ocupantes.
5 O aumento do conforto acústico no interior das habitações pode ser obtido a partir de vários procedimentos, dos quais se destaca o aumento de isolamento acústico dos elementos de construção que constituem a fachada do edifício. É preciso ressaltar que em virtude da diversidade de habitações existentes no nosso país e devido a situação de ruído proveniente do exterior das habitações, este procedimento é o que conduz a um aumento mais acentuado nas condições de conforto acústico no interior das habitações.
1.2 Objetivo
Segundo o projeto de norma da ABNT, CB-02:136.01, a edificação deve “apresentar adequado isolamento acústico dos ambientes e das vedações externas, a fim de proporcionar condições adequadas para repouso, atividades intelectuais, lazer doméstico em sala de estar e privacidade em qualquer cômodo, no que diz respeito aos ruídos provenientes do exterior da habitação e de outros ambientes no interior da mesma”. Este trabalho consistiu na realização de medições dos coeficientes de isolamento de ruído in situ, seguindo os preceitos das normas ISO 140-5 (ISO, 1998), para fachadas, e ISO 140-4 (ISO, 1998), para isolamento entre os cômodos das edificações. Estes resultados são apresentados em forma de números únicos, conforme estabelece a norma ISO 717-1 (ISO, 1996).
O objetivo da realização destas medições é avaliar o desempenho quanto ao isolamento acústico de fachadas e de partições internas de residências de programas de habitação financiadas pela Caixa Ecônomica Federal, compostas por elementos construtivos muito utilizados na construção civil brasileira, tomando como modelo o universo construtivo da cidade de Duque de Caxias.
Faz parte também dos objetivos deste trabalho efetuar a comparação dos resultados medidos com resultados simulados, a partir da utilização do programa Free SEA, que utiliza o método de cálculo da norma européia de predição acústica EN
6 12.354 (E.N., 2000). Esta comparação tem o intuito de verificar o resultado da aplicação da referida norma, para simular os coeficientes de isolamento do ruído nas edificações brasileiras.
Levando em conta que as residências no Brasil apresentam diferenças significativas das edificadas na Europa, esta avaliação se torna importante para que se possa verificar a possibilidade de uso desta ferramenta no país, bem como para analisar o desempenho que este método apresenta quando utilizado no Brasil.
1.3 Estrutura da Dissertação
Este trabalho está estruturado em sete capítulos, sendo o primeiro introdutório, onde se apresenta o panorama geral da questão do ruído e seus efeitos, as legislações vigentes e a importância do estudo do isolamento sonoro, além de apresentar os objetivos do trabalho.
No segundo capítulo são tratados alguns conceitos básicos de acústica aplicada a edificações.
No terceiro capítulo são abordados alguns conceitos referentes ao estudo do isolamento sonoro.
No quarto capítulo são apresentados os conceitos fundamentais da Análise Estatística de Energia.
O quinto capítulo trata da metodologia empregada neste trabalho. São apresentados estudos de casos, as etapas das medições e a apresentação do programa Free Sea.
No sexto capítulo são apresentados os resultados dos estudos de casos tanto das medições in situ como os simulados pelo Free Sea.
Finalmente, no capítulo sete apresentam-se as conclusões deste trabalho e sugestões para futuros trabalhos.
7
Capítulo 2
Conceitos Fundamentais de Acústica de Salas
A Acústica de Salas é a área específica da Acústica destinada ao estudo do som em recintos fechados, a começar pelos fenômenos físicos, chegando até as sensações psicoacústicas. Ao contrário do que acontece em campo livre, onde não há obstáculos à propagação do som, as superfícies de uma sala introduzem uma complexidade no campo sonoro, os quais alteram a propagação do som. No campo sonoro presente em uma sala existem dois tipos de campos que se superpõem: o campo direto e o campo reverberante.
O campo direto é aquele resultante da propagação direta do som ao receptor, sem qualquer superfície refletora presente no percurso. Este tipo de campo obedece à lei de propagação em campo livre, isto é, sua amplitude decai proporcionalmente ao aumento da distância à fonte (BERANEK, 1992).
O campo difuso ou reverberante, estudado neste trabalho, é um modelo de campo sonoro criado a partir das múltiplas reflexões do som nas superfícies da sala, a qual possui uma determinada quantidade de ondas sonoras se propagando em todas as direções, fazendo com que a intensidade sonora, longe da fonte e das paredes, seja nula e a pressão sonora seja constante em qualquer parte do espaço. A densidade de reflexões é tão elevada, que não se distinguem reflexões individuais. Devido a tais reflexões, o nível sonoro na sala é superior ao nível correspondente à propagação em campo livre. Sua amplitude decai com o aumento da distância entre fonte e receptor a uma taxa que depende das propriedades acústicas da sala e do tipo de fonte (BERANEK, 1992). Sob a condição de campo difuso, pode-se dizer que o nível sonoro é constante em qualquer que seja a posição do receptor, não variando em função da distância.
8 Dentre os diversos fatores que controlam os campos sonoros em salas, podem-se citar a absorção do som pelo ar e pelas superfícies, as reflexões sobre as superfícies, as difrações das várias paredes e dos elementos internos, as fontes sonoras com seus espectros e direcionalidade, a geometria da sala, os efeitos das aberturas no ambiente, entre outros. Neste trabalho, a absorção do som pelo ar não é considerada, em virtude de sua pouca influência relativa no campo sonoro em salas de pequena a média dimensões.
Notoriamente, os modelos teóricos mais conhecidos para a predição de campos sonoros em salas baseiam-se na teoria de campo difuso. Esta teoria é amplamente aplicada devido à sua simplicidade. Sua aplicação é, no entanto, também limitada às restrições que são assumidas para seu emprego (BERANEK, 1992). Este capítulo trata de alguns dos conceitos fundamentais para o entendimento do fenômeno físico do comportamento de ondas acústicas em salas.
2.1 Perda da Transmissão Sonora
A perda da transmissão sonora ( ) de uma superfície é calculada em função do coeficiente de transmissão sonora . Ela é uma característica do material e é definida como a razão entre a energia transmitida e a incidente:
(2.1)
(2.2)
Um material que apresenta alto valor de PT oferece uma baixa transmissão de energia acústica, resultando um alto isolamento. Uma superfície composta de dois
9 materiais, de diferentes áreas e valores de PT, pode ter sua perda da transmissão calculada pela Eq.2.3 (GERGES, 1992).
(2.3)
Onde:
S1 e S2 são as áreas dos materiais 1 e 2
PT1 e PT2 as perdas de transmissão dos materiais 1 e 2
A PT de uma amostra de material é medida em laboratórios de ensaios acústicos, por meio de dois métodos principais: medição com duas câmeras reverberantes e medição através de medidor de intensidade acústica (GERGES, 1992). No primeiro método, a amostra do material é colocada na interface entre duas câmeras reverberantes. Em uma delas, posiciona-se uma fonte sonora. O sinal de pressão sonora é medido em ambos os ambientes e, através de manipulação conhecida na literatura clássica, encontra-se o valor de PT do material. O segundo método possui a vantagem de não necessitar do emprego de duas câmeras reverberantes; somente uma é utilizada e nela é instalada a fonte sonora (GERGES, 1992).
Em laboratório tem-se a condição ideal, pois a transmissão sonora para sala receptora se dá somente pela partição que está sendo testada. No entanto, se a mesma amostra constituir parte de um edifício, o som pode ser transmitido por muitos caminhos, como mostra a Figura. 2 (BERANEK, 1992).
10
Figura 2 . Caminhos de transmissão entre salas adjacentes (BERANEK, 1992).
A trajetória “1” representa o caminho direto de transmissão, que se caracteriza pela PT da partição que separa as salas, disponível por medições em laboratório. Os outros caminhos “2”, “3” e “4” representam transmissões laterais (flanking transmissions), as quais são geradas da seguinte forma: o campo sonoro na sala que contém a fonte excita as paredes laterais fazendo-as vibrarem; a vibração é transmitida pelas junções entre paredes para as paredes da sala receptora e estas irradiam potência sonora à sala receptora, somando-se à potência transmitida pela partição, aquela do caminho direto “1” (BERANEK, 1992).
2.2 Coeficiente de Absorção Sonora
Os problemas referentes ao ruído em recintos fechados geralmente estão relacionados com a capacidade de isolação sonora das vedações, que controla o ruído de fundo, e com a capacidade dos materiais aplicados no interior da edificação em absorver o ruído interno, para controlar o ruído proveniente da reverberação no local. A característica de absorção sonora é inerente a todos os materiais, o que ocorre em graus variados. Normalmente a absorção é maior para as altas freqüências e menor para baixas freqüências. Além de depender da freqüência, o coeficiente de absorção depende também do ângulo de incidência da onda.
11 A absorção sonora de cada material é determinada através de seu coeficiente de absorção sonora (α), que representa a capacidade do material em absorver a energia sonora. A absorção sonora total de um ambiente é definida através da Eq.2.4 (HARRIS, 1994):
(2.4)
Onde:
representa a absorção total.
é a área de cada um dos materiais existentes no ambiente.
o coeficiente de absorção de cada um destes materiais.
A absorção sonora atua diretamente no campo reverberante de um ambiente, pois quanto maior a absorção total da sala, menor a energia sonora de um campo reverberante. A redução de ruído em um ambiente, após um tratamento acústico por absorção, é quantificada pela Eq.2.5 (HARRIS, 1994).
(2.5)
Onde:
representa a de redução do ruído em dB.
o total de absorção da sala depois do tratamento acústico o total de absorção da sala antes do tratamento acústico.
12
2.3 Nivel de Pressão Sonora
O nível de pressão sonora (NPS) é a medida mais utilizada quando se trata de medições da amplitude da onda sonora. Sua importância se deve a duas razões fundamentais: o ouvido humano é sensível às variações de pressão e a pressão é uma quantidade simples de ser medida.
O NPS é expresso em escala logarítmica devido a dificuldade de representar diferentes ordens de grandeza em uma escala linear. Ele é definido pelo quadrado da razão entre a pressão sonora efetiva p e a pressão sonora de referência p0 , segundo
a Eq. 2.6. Embora não esteja explícito na Eq. 2.6, o NPS é uma função da freqüência (NPS( f ) ), isto é, a pressão sonora efetiva possui um valor diferente para cada banda de freqüência analisada.
A pressão de referência p0 corresponde ao limiar da audição humana a
1000 Hz e seu valor é de 20 μPa. Pela teoria do campo difuso, pode-se estimar o valor do NPS resultante em uma sala, em função das características da sala e da fonte sonora excitadora, através da Eq. 2.7 (GERGES, 1992).
Onde NWS é o nível de potência sonora da fonte dado pelo logaritmo da razão entre a potência sonora da fonte W e a potência de referência W0 =10-12W, multiplicado pelo
fator 10. Q é o coeficiente de direcionalidade da fonte, r é a distância entre receptor e fonte e R é a constante da sala, definida pela seguinte relação:
13
A importância das contribuições dos campos sonoros direto e reverberante na determinação do nível de pressão sonora de certo ambiente depende da magnitude dos termos
e
, respectivamente. Quando o ouvinte estiver próximo da fonte
sonora, o primeiro termo predominará sobre o segundo, ou seja, o campo sonoro direto será maior que o reverberante e implicará um NPS predominantemente devido à radiação direta. À medida que a distância entre a fonte e o ouvinte aumentar, a densidade de energia do campo direto diminuirá até que o campo sonoro total será predominantemente composto pelo campo reverberante, que havia coexistido com o direto e, assim, a absorção sonora do ambiente será o principal fator na determinação do NPS.Quando o coeficiente de absorção médio do ambiente é pequeno, pode-se aproximar o denominador da Eq. 2.8 para o valor 1 e, neste caso, a constante da sala é dada pela Eq. 2.9.
A distância em que o campo reverberante é numericamente igual ao campo direto é chamada de distância crítica. A aplicação de materiais absorventes em um determinado local somente poderá modificar o campo sonoro longe da fonte de ruído para distâncias superiores à distância crítica ( ) e seu valor depende da direcionalidade da fonte e da constante da sala, como mostrado na Eq. 2.10.
14
2.4 Diferença de Nível de Pressão Sonora
A diferença de nível de pressão sonora (D) é um conceito alternativo à PT, também utilizado na avaliação do isolamento sonoro obtido com a aplicação de um novo componente que ofereça redução de ruído. É o resultado da subtração entre os
níveis de pressão sonora antes e depois da colocação do dispositivo isolador (Eq. 2.11).
Ao contrário da PT, a diferença de nível de pressão sonora não se baseia somente em características inerentes aos materiais, pois sofre influência dos locais onde são medidos os NPS. Ela depende das características do ambiente, como o volume, absorção sonora, orifícios existentes do local de medição etc. Portanto, é um parâmetro de um dispositivo específico (GERGES,1992).
2.5 Tempo de Reverberação
A reverberação natural em um recinto é produzida pelas reflexões de sons em superfícies que dispersam o som, enriquecendo-o por meio da sobreposição de suas reflexões. A quantidade e a qualidade da reverberação que ocorre em um ambiente natural são influenciadas por diversos fatores: o volume e as dimensões do espaço, o tipo de material que compõe o ambiente, a forma e o número de superfícies com que o som se encontra.
Considerando hipoteticamente uma fonte sonora instalada em uma sala sem móveis e com paredes perfeitamente lisas e sólidas:no momento t1 , a fonte sonora é
ativada e começa a emitir um sinal. A energia acústica proveniente da fonte se espalhará por todas as direções da sala. Ao incidirem pelas paredes, os raios sofrerão
15 múltiplas reflexões, sobrepondo-se aos raios emitidos pela fonte no instante seguinte e contribuindo para um aumento na intensidade acústica da sala. Em um determinado momento, o campo da sala atingirá um estado estacionário e, nesta condição, a energia emitida pela fonte será igual à energia absorvida pelas paredes e pelo ar. Segundo GERGES (1992), a absorção pelo ar é desconsiderável para pequenas salas, especialmente em baixas freqüências.
O nível de intensidade acústica e seu crescimento até o estado estacionário dentro da sala são controlados pela absorção das paredes. Se a energia absorvida é grande, o estado estacionário estabiliza-se rapidamente. Por outro lado, se a energia absorvida é pequena, o crescimento da intensidade é lento (GERGES, 1992).
O crescimento do nível de pressão sonora da sala idealizada é mostrado na Figura. 2.1. No instante t2, a fonte é desligada e o decaimento do NPS é observado.
Figura 2.1 . Crescimento e decaimento do NPS em um recinto (GERGES, 1992).
O tempo de reverberação é o mais antigo e ainda o índice objetivo mais importante em acústica de salas para a caracterização da reverberação. Várias fórmulas analíticas vêm sendo propostas para avaliá-lo. A mais conhecida e utilizada até hoje é a de Sabine.
Durante suas medições realizadas no Museu de Arte Fogg, em Harvard, no final do século XIX, Sabine definiu o tempo de reverberação como aquele necessário para o som tornar-se inaudível depois de cessada a emissão da fonte. Atualmente,
16 acredita-se que o tempo de reverberação é o tempo necessário para que a energia decaia a um milionésimo do seu valor inicial, ou seja, 60 dB (MEDRADO, 2002).
Após diversos ensaios em três anos de pesquisa, Sabine descobriu que o tempo de reverberação (T) dependia diretamente do volume da sala (V ) e dos materiais que constituíam suas superfícies, obtendo empiricamente, para a hipótese de campo difuso, a relação conhecida como fórmula de Sabine (GERGES, 1992):
Onde é área área equivalente de absorção de todas as superfícies presentes na sala dada pela equação 2.4 vista anteriormente.
Dependendo do espaço utilizado, a reverberação poderá ser boa, em doses moderadas, e má, em excesso. Tipicamente, o tempo de reverberação em uma sala varia pouco nas freqüências médias e normalmente diminui com o aumento das dimensões da sala. O tempo de reverberação deve ser calculado em cada banda de oitava, pois ele está sujeito a variações de freqüência, em virtude de que os coeficientes de absorção sonora variam com a mesma. Ele geralmente é maior em freqüências baixas, pois estas, em razão dos grandes comprimentos de onda, são mais difíceis de serem absorvidas do que as altas freqüências (NAVARRO, 2004).
Vale lembrar que uma sala deve ter seu tempo de reverberação projetado de acordo com o tipo de uso a que se destina. Tempos de reverberação muito longos conferem menor inteligibilidade à fala e dissonância à música, além de produzirem níveis mais altos de ruído de fundo. Uma sala com pequeno tempo de reverberação abafa o ruído de fundo, mas amortece a fala e torna a música “seca” e “morta”, com notas definidas e separadas (ABNT, 1998). A Figura. 2.2 apresenta a faixa em que o tempo de reverberação a 500 Hz é ideal para diferentes tipos de aplicação de sala, em função de seu volume.
17
Figura 2.2 . Crescimento e decaimento do NPS em um recinto (ABNT, 1998).
Para a determinação do tempo de reverberação ideal em outras freqüências diferentes, deve-se multiplicar o valor do tempo de reverberação ideal para 500 Hz, da Figura. 2.2, pelo fator de multiplicação apresentado na Figura. 2.3. Observa-se que o tempo de reverberação mantém-se constante para freqüências acima de 500 Hz, necessitando somente de correção para as freqüências inferiores (SILVA, 1997).
Figura 2.3 . Fator multiplicativo para conversão do tempo de reverberação ideal para
18
Capítulo 3
Isolamento Acústico
3.1 Isolamento de Paredes
3.1.1 Paredes Simples
Classificam-se paredes simples, como paredes homogêneas que apresentam espessuras constantes. O nível de isolamento para esta classe de parede é dado em função da massa do elemento que a compõe e da freqüência do som que incide sobre ela. Na figura 3 é apresentada a curva típica de perda por transmissão de uma parede simples.
19 Quando desejamos predizer o coeficiente de isolamento em paredes simples, utilizamos como base teórica a Lei da massa, que de acordo com alguns autores como (BERANEK, 1960) e (SILVA, 2000), apresenta um bom desempenho. Também é possível determinar o coeficiente de isolamento através do método de Análise Estatística de Energia, que será tratado mais adiante.
3.1.2 Paredes Duplas
De acordo com (GERGES, 1992) o uso de paredes duplas é a melhor alternativa quando se deseja obter alta perda de transmissão, sem utilização de paredes com grande massa.
Os fatores determinantes para a qualidade de uma parede dupla são: o material, o tipo de acoplamento entre elas, a espessura da lâmina de ar e o coeficiente de absorção do material colocado entre elas para diminuir a ressonância.
Outra sugestão segundo autores como (GERGES, 1992) e (MEISSER, 1973) para garantir a eficiência do isolamento neste tipo de parede, seria utilizar materiais com rigidez e massa diferentes, para garantir que as paredes não tenham a mesma freqüência crítica. Isto faria as paredes vibrarem em uníssono e produzir ressonância, causando uma baixa perda de transmissão ao conjunto.
A transmissão sonora deste tipo de estrutura é difícil de ser formulada matematicamente por uma expressão simples, pois depende de diferentes mecanismos de transmissão. Entretanto, concentrando-se na transmissão de certo caminho ou grupo de caminhos, foram formulados alguns modelos simplificados e com limitações, como método da Análise Estatística de Energia de Craik & Wilson, Sharp e Meisser.
Uma estimativa para os coeficientes de isolamento neste tipo de estrutura foi sugerido por (LIPS, 1999) através da equação 3.1.
20
Onde:
R’’W = Coeficiente de isolação sonora da parede dupla;
R
*
W = Coeficiente de isolação sonora da parede simples;
d = Distância entre as duas paredes [m]; a = Tipo de acoplamento entre as paredes:
a = 1 se acoplamento rígido; a= 1,5 se acoplamento elástico;
a = 2 se as paredes não possuem meio de ligação. x = Tipo de material que preenche o espaço entre as paredes:
x = 0,8 se câmara de ar;
x= 1 se câmara preenchida com material de absorção.
3.1.3 Paredes Compostas
As paredes compostas sãocaracterizadas por possuírem mais de um material, como no caso de uma porta inserida em uma parede de alvenaria. Segundo (LIPS, 1999) podemos utilizar a equação 3.2 para calcular os coeficientes de isolamento acústico resultantes das paredes compostas.
Onde:
R’W,res= Coeficiente de isolamento resultante da parede composta;
21 R’W,2= Coeficiente do material que apresenta menor isolamento;
S’2= Área do material que apresenta menor isolamento;
Stotal= Área total da parede composta.
3.2 Isolamento de Portas
As portas são na maioria das vezes elementos acusticamente fracos, pois habitualmente seus índices de isolação são menores que os das paredes em que elas se encontram inseridas. Um dos fatores que reforçam esta afirmação se deve ao fato de que elas possuem massas superficiais menores que as das paredes e, também, devido às frestas que existem entre as portas e esquadrias.
O principal caminho de transmissão de ruído por este tipo de elemento se dá através das frestas, principalmente, segundo (SILVA, 2000), da fresta inferior que, geralmente, apresenta para as portas usuais uma abertura da ordem de 1 cm, o que faz com que o índice de isolamento deste tipo de porta não ultrapasse 20 a 25 dB(A), qualquer que seja o material que a componha.
Para se conseguir desempenho melhor, devem-se utilizar portas com sistema construtivo e de vedação especiais, denominadas no Brasil de portas acústicas.
3.3 Isolamento de Janelas
Em residências, as janelas são geralmente os pontos mais vulneráveis a passagem do som nas fachadas. São, portanto, elementos importantes para definir o coeficiente de isolamento ao ruído externo das edificações.
De acordo com (RECCHIA, 2001), os principais elementos responsáveis pelos baixos índices de isolamento das janelas são as esquadrias e não os vidros, como a maioria das pessoas supõe. Portanto, a idéia amplamente divulgada de que a
22 substituição do vidro da janela por um vidro duplo seria suficiente para solucionar o problema do ruído externo, é equivocada.
Segundo a pesquisa realizada por (BARING, 1988), onde foram avaliados vários modelos de janelas, assim como o trabalho realizado por (RECCHIA, 2001), que determinou em laboratório os coeficientes de redução sonora de diversos elementos que compõe as fachadas, verificou-se que para janelas de correr, que são as mais utilizadas na construção civil, o índice de isolação sonora apresentou um valor médio de 20 dB(A). Estes resultados demonstraram que os modelos de janelas mais utilizados no país não apresentam desempenho satisfatório quanto a finalidade de proporcionar conforto acústico as pessoas, visto que estes valores estão abaixo do mínimo exigido em países como Alemanha, França, Espanha e Estados Unidos, que possuem normas que estabelecem níveis mínimos para este tipo de elemento.
3.4 Número Único para Isolamento Acústico
A norma ISO 717 (ISO, 1996) apresenta um método para a obtenção de um número único, que representa o resultado da medição de parâmetros acústicos obtidos através de medições realizadas em bandas de freqüência de 1/3 de oitava, ou em bandas de oitava.
Este número é obtido através da comparação da curva do espectro de freqüências do coeficiente avaliado, a uma curva padrão, cujos valores estão na Tabela 3.
23
Tabela 3. Valores de Referência segundo a ISO 717
Frequencia (Hz) Valores de Referencia(dB)
Bandas de 1/3 de oitava Bandas de oitava
100 33 125 36 36 160 39 200 42 250 45 45 315 48 400 51 500 52 52 630 53 800 54 1000 55 55 1250 56 1600 56 2000 56 56 2500 56 3150 56 Fonte (ISO, 1996)
A comparação é efetuada plotando-se a curva de referência obtida através da medição em uma parede de tijolos sem furos com espessura de 25 cm, e deslocando-se esta de 1 em 1 dB, até que a soma dos desvios desfavoráveis deslocando-seja a maior possível, mas não ultrapasse 32 dB, para medições em bandas de 1/3 de oitava, e 10 dB, para medições em bandas de oitava. O valor do número único é o valor da curva de referência na freqüência de 500 Hz, após a realização dos procedimentos acima descritos.
A Figura 3.1 mostra um exemplo da aplicação deste método, onde a curva padrão de referência foi desenhada na cor azul, o gráfico preto representa o resultado das medições em bandas de freqüência de 1/3 de oitava e a curva pontilhada representa a curva padrão já deslocada, onde se obtém o valor do numero único através da leitura do valor desta curva na freqüência de 500 Hz.
24
Figura 3.1. Modelo de Gráfico para obtenção do número único segundo a IS0 717
Considerando a propagação do som entre dois cômodos de uma residência, a relação entre os níveis sonoros nos cômodo de emissão (L1) e de recepção (L2) pode
ser expressa pela equação 3.3:
Onde:
IRS é o índice de redução sonora
L1 é o nível sonoro na sala emissora em dB;
L2 é o nível sonoro na sala receptora em dB;
S é a área da parede entre os dois cômodos (m2) V é o volume da sala receptora (m3);
25
Capítulo 4
Análise Estatística de Energia (SEA)
A SEA (Statistical Energy Analysis), conhecida no Brasil como Análise Estatística de Energia, é uma abordagem principalmente utilizada no estudo de problemas complexos, tais como os de acústica e vibrações, que apresentam várias fontes e trajetórias de ruído, como transmissões por vias áreas, estruturais e/ou aquáticas.
A denominação SEA surgiu no início dos anos 60 designando um ramo de estudos de sistemas dinâmicos. Os primeiros trabalhos que possibilitaram o desenvolvimento da formulação da SEA foram introduzidos por R. H. Lyon e P. W. Smith Jr, sob duas áreas de estudo distintas: a acústica de salas e um estudo de modos acoplados. Estudos da acústica de salas mostraram que um exame das propriedades da sala, através de um estudo de modos individuais, seria impraticável, a não ser se fosse e empregado somente nos primeiros modos. Assim, o estudo da acústica de salas desenvolveu-se por meio de diretrizes estatísticas, que possibilitariam a determinação das propriedades médias de uma sala sem cálculos detalhados para cada modo (LYON, 1975, CRAIK, 1996).
4.1 Parâmetros Utilizados na SEA
A SEA utiliza alguns parâmetros conhecidos da Acústica Clássica, mas apresenta outros completamente novos. A seguir é apresentada uma breve introdução e definição de tais parâmetros, segundo (CRAIK, 1996):
26 2) Subsistema é um grupo de modos com as mesmas propriedades e energia modal similar. Está geralmente relacionado a um elemento físico, tal como uma sala ou uma parede;
3) Energia é o parâmetro que descreve a resposta dinâmica e relaciona-se às medidas mais comuns de pressão e velocidade. O fluxo de potência através do sistema é descrito pelo fator de perda;
4) Fator de perda η é a fração de energia perdida por ciclo de radiano, sendo calculado pela equação 4.1, que relaciona potência W , energia E e freqüência f . Pode assumir diversas denominações, sendo identificado pelo mecanismo da perda.
η
Existem vários tipos de fatores de perda, tais como por amortecimento e acoplamento. A energia perdida devido ao aquecimento interno é chamada de fator de perda interna (η1d – fator de perda interna do subsistema 1 ). A Perda devido ao
acoplamento de um subsistema a outro é denominada fator de perda por acoplamento (η12 – fator de perda por acoplamento do subsistema 1 ao 2 ). O fator de perda total,
η1, é resultante da soma de todas as perdas para um subsistema (CRAIK, 1996). A
equação 4.2 apresenta o fator de perda por amortecimento em função do tempo de reverberação.
η
Outro conceito bastante utilizado é a densidade modal n , que é obtida através da divisão do número de modos N pela largura da faixa Δf de freqüência de análise.
27
4.2 Fundamentos do Método SEA
Segundo (CRAIK, 1996), para uma adequada utilização do método SEA são assumidas algumas hipóteses descritas abaixo:
1º. O sistema deve ser dividido em subsistemas.
Subsistema é um grupo de modos com as mesmas propriedades e com resposta reverberante espacialmente uniforme na faixa de freqüência considerada. Geralmente está relacionado a um elemento físico, como uma sala ou uma parede;
2º. Todos os modos apresentam o mesmo amortecimento modal η.
Os subsistemas são fracamente acoplados e desta forma assume-se que o acoplamento entre subsistemas é linear e conservativo.
3º. A energia é a principal variável a partir da qual podem ser calculadas as respostas médias espaciais.
O subsistema pode ser principalmente descrito pela sua energia. A energia de um subsistema é definida em relação à média quadrática espacial da velocidade ou pressão média quadrática interligada a banda de freqüência. Ela é definida pela equação 4.4.
Onde:
= Energia armazenada no subsistema; = Massa total do subsistema;
28 A pressão acústica pode ser calculada em termos da energia total do subsistema pela equação 4.5.
Onde:
= Pressão sonora rms;
= Energia armazenada no subsistema; = Densidade do meio;
= Velocidade do som no meio; = Volume do subsistema.
4º. É importante conhecer a densidade modal de cada subsistema.
A densidade modal, para cada faixa de freqüências, deve ser suficientemente elevada para que haja uma adequada troca de energia entre os grupos de modos de cada subsistema. A densidade modal é definida pela equação 4.3.
5º. Todos os modos dentro de uma mesma faixa de freqüências apresentam a mesma energia modal.
A energia modal de um subsistema pode ser calculada pela equação 4.6.
Onde: = Energia modal;
= Energia total dos modos contidos na faixa de freqüências considerada (Δf); = Número de modos em uma faixa considerada.
29
6º. O fluxo de energia entre dois subsistemas é proporcional a diferença entre as energias modais e ao fator de perda por acoplamento.
Podemos fazer uma analogia com o fluxo de fluido entre dois reservatórios com níveis diferentes. A figura 4 ilustra esta situação, onde verificamos que quanto maior a diferença de níveis maior será o fluxo de fluido entre os mesmos.
Figura 4. Analogia com o fluxo de fluido para comparação de energia transferida entre
subsistemas
Considerando as hipóteses citadas anteriormente, podemos agora formular as equações básicas de SEA. Para simplificar a análise, inicialmente são considerados apenas dois subsistemas, conforme mostrados na Figura 4.1. Em seguida, faz-se o balanço de potências entre eles para uma determinada faixa de freqüência. Este raciocínio também é válido para um número maior de subsistemas.
30
Figura 4.1. Balanço de potência entre dois subsistemas(Craik,1996)
Adota-se, primeiramente, que a potência de entrada no subsistema 1 deve ser igual à potência de saída. Como potência de entrada, considera-se a potência externa de entrada no subsistema 1 mais a potência transferida do subsistema 2 para o subsistema 1. Como potência de saída, considera-se a potência dissipada no próprio subsistema 1 mais a potência transferida para o subsistema 2. A equação 4.7 representa este balanço.
Aplicando o mesmo raciocínio para o subsistema 2 obtemos a equação 4.8.
A potência dissipada é proporcional ao nível de energia do subsistema e ao fator de perda por amortecimento, segundo as equações 4.9. O fluxo de potência, descrito pelas equações 4.10, é proporcional aos fatores de perda por acoplamento e
31 à diferença de energia modal média; em outras palavras, ele depende da quantidade de energia presente em cada subsistema e da parcela que é transmitida.
η η
η η
Podemos representar a relação entre os fatores de acoplamento, pela equação 4.11, que é muito usada na SEA para representar as equações de balanço de energia em forma simétrica.
η η
Substituindo as equações 4.9 e 4.10 nas equações 4.7 e 4.8, obtemos o par de equações 4.12.
η η η
η η η
Aplicando as relações entre os fatores de acoplamento equação 4.11 na equação 4.12 obtemos a equação 4.13.
32 η η η
Aplicando a equação 4.6 ao par de equações 4.13 obtemos o balanço de energia em relação a energia modal.
η η η
η η η
Podemos representar a equação 4.14 na forma matricial de acordo com a equação 4.15. η ηη η η η η η η η η η
A solução do sistema de equações permite determinar as energias de cada subsistema e para cada faixa de freqüência Tendo em vistas as equações e hipóteses necessárias para aplicação do método SEA, podemos escrever sob a forma matricial a expressão generalizada para solução de sistemas mais complexos. A equação 4.16 apresenta este resultado.
33 η η η η η η η η η η η η
Os cálculos de SEA são desenvolvidos em intervalos constantes de bandas de freqüência ou mais comumente em bandas proporcionais, tais como bandas de oitava ou de um terço de oitava. Devido ao tamanho relativamente pequeno das matrizes envolvidas, os modelos de SEA geralmente requerem pequenos tempos de processamento computacional, menores que um minuto para a maioria dos problemas (GERGES, 1992).
34
CAPÍTULO 5
Metodologia
Os resultados deste trabalho foram obtidos através de medições in situ dos coeficientes de isolamento acústico entre cômodos e através de fachadas. Também foram realizadas simulações dos coeficientes de isolamento acústico entre os cômodos, com o uso do programa Free SEA. Esse programa utiliza o método de cálculo seguindo as normas européias EN 12.354-1 (E.N., 2000) e prescreve um método de predição do nível de isolamento acústico entre cômodos de residências baseado nas equações da SEA.
Os coeficientes medidos foram definidos como:
1) para o ruído entre os cômodos das edificações o número único R’
w =
Índice de Redução Sonora padronizada determinado em campo;
2) para o ruído nas fachadas das residências o número único R’
tr,s,w = Índice
de Redução Sonora padronizada, Ponderada.
Foram avaliadas 3 residências, todas componentes de condomínios da Caixa Econômica Federal localizados na cidade de Duque de Caxias, Rio de Janeiro.
A Figura 5 apresenta a vista aérea da região onde as residências foram avaliadas.
35
Figura 5. Vista aérea da região estudada (Google Earth, 2010)
É importante ressaltar que não foram avaliados todos os cômodos e fachadas das residências estudadas, e sim apenas uma parcela deles. Isto foi feito, pois o procedimento de medição é demorado e traz desconforto aos moradores e até mesmo a vizinhança do local.
5.1 Desenvolvimento do Trabalho
Os procedimentos de medição para avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade, seguem a norma NBR 10151, que fixa as condições exigidas para avaliação da aceitabilidade do ruído em residências. Ela especifica um método para a medição de ruído, a aplicação de correções nos níveis medidos (de acordo com a duração, característica espectral e fator de pico) e uma comparação dos níveis corrigidos, com o critério que leva em conta os vários fatores ambientais. Já os procedimentos para as medições em campo dos coeficientes de isolamento sonoro entre cômodos de residências, são especificados pela ISO 140-4 e, para o isolamento oferecido pelas fachadas das residências, pela ISO 140-5.
36 As diretrizes gerais empregadas no processo de medição são:
Determinação da área da parede divisória entre as salas de emissão e recepção;
Tipo de ruído: Rosa filtrado em bandas de 1/3 de oitava;
Posição de fonte sonora: em dois cantos diferentes, opostos a amostra de ensaio;
Distâncias mínimas: a distância do microfone até a fonte sonora, e as superfícies da sala deve ser de, no mínimo, 0,5m;
Posições do microfone: para cada amostra são feitas três medições em pontos diferentes para cada freqüência e calculado a média aritmética.
Para a execução dos ensaios, foram realizadas as seguintes medições:
Nível de pressão sonora: através da fonte sonora, o ruído é gerado na sala de emissão, por faixas de freqüência de terços de oitava, centradas nas freqüências de 125 Hz a 3150 Hz. A medição foi realizada na sala de emissão e depois na sala de recepção, registrando os valores na memória do analisador; Também foi realizada a medição fora da residência para verificar a eficiência da fachada. Tempo de reverberação: os ensaios incluem a determinação dos tempos de
reverberação na sala de recepção, em cada freqüência, por meio do analisador acústico de sinais, tendo em vista quantificar a absorção sonora nessa câmara; Ruído de fundo: o ruído de fundo é medido na câmara de recepção pelo
analisador acústico de sinais e seu valor deve ficar no mínimo, 15 dB abaixo do valor do nível de pressão sonora medido na câmara, em todas as freqüências;
37 Os equipamentos utilizados foram:
1 LD Real Time Analyzer model 2900 ( Maleta e Acessórios ) 2 Microphones LD model 2259
1 Caixa Amplificada Samick Acoustic Calibrator CAL 200
Analisador Acústico Brüel & Kjaer, modelo 2260 ; Software Building Acoustics BZ 7204 da Brüel & Kjaer; Software Qualifier 7830 da Brüel & Kjaer;
Amplificador de potência da Brüel & Kjaer, modelo 2716; Fonte sonora dodecaédrica da Brüel & Kjaer, modelo 4296;
Conjunto de microfones tipo free field ½’’ Brüel & Kjaer, modelo 4190; Conjunto de cabos e pré-amplificadores Brüel & Kjaer.
Após as medições em campo, os dados armazenados na memória do aparelho foram descarregados no software do analisador, onde foram processados de acordo com as normas ISO 140-4, ISO 140-5 e ISO 717-1.
Os resultados obtidos através das medições, registrados na memória do analisador acústico, são calculados através das equações 2.11, 2.12 e 2.13.
Onde:
NPS1 = Nível de Pressão Sonora na Câmara 1 (emissão).
38 Para determinar a diferença de nível padrão é utilizada a equação 2.12 (ISO 140-3)
Onde:
T = tempo de reverberação na câmara de recepção.
Em seguida é calculada a diferença de nível padronizada ou índice de redução sonora através da equação 2.13 (ISO 140-3).
Onde:
S = área da parede entre as salas medidas V= volume da câmara de recepção.
Como saída de dados, obtiveram-se os gráficos que apresentam os níveis de isolamento acústico dos cômodos e das fachadas, avaliados em bandas de freqüência de 1/3 de oitava, como no modelo da Figura 3.1, apresentado anteriormente. O número único de isolamento acústico, que aparece no canto superior direito da figura, foi calculado automaticamente pelo software seguindo os preceitos da norma ISO 717-1, cujo método foi apresentada no item 3.4 deste trabalho. Nas figuras 5.1 e 5.2 temos as fotos dos equipamentos utilizados nas medições.
39
Figura 5.1. Foto do equipamento utilizado nas medições (Própria, 2010)
Figura 5.2. Foto do equipamento utilizado nas medições (Própria, 2010)
5.2 O Free SEA
O programa computacional Free SEA foi desenvolvido pelo professor Ennes Sarradj, na Universidade de Dresden, a partir de vários anos de estudo sobre o método da SEA. Ele consiste em um programa em base Fortran, que recebe informações a respeito dos sistemas a serem analisados como: dimensões das salas,
40 tipo de material que as constitui (madeira, concreto, entre outros), tipo de acoplamento entre elas e características da fonte. Após a entrada dos dados no programa, ele é executado, apresentando, em seguida, os resultados dos cálculos, que podem ser transferidos para algum programa de organização de planilhas, tais como o Microsoft Excel, Origin, etc.
As etapas para criação do arquivo de entrada do Free SEA são as seguintes: Em primeiro lugar, as bandas de freqüência para a SEA devem ser definidas. Isto é feito com a instrução de freqüência (frequency). A frequência central de todas as bandas devem ser dadas. Largura constante pode ser utilizada, bem como oitava e terceira oitava e outros. O tipo de bandas utilizadas serão detectados pelo programa a partir de freqüências dadas.
O próximo passo é a definição de parâmetros do material (material) e dependente da freqüência de amortecimento de dados (table- tabela),
Os parâmetros dos subsistemas devem ser definidos a seguir. Isto é feito com viga, placas e blocos de sala de instrução. Também no parâmetro Subsistema devemos incluir parâmetros geométricos, tais como espessura, volume, área ou comprimento, material e amortecimento.
Em seguida, as conexões entre os subsistemas devem ser definidas com connect (conectar). Todas geometrias necessárias e, em alguns casos, os parâmetros acústicos podem ser incluídos.
A etapa seguinte seria a característica da fonte feita no campo source (fonte) . Com o comando response (resposta) o cálculo SEA é iniciado.
Esses resultados, que serão a saída, devem ser definidos com o comando result (resultado), e depois enviado para um arquivo de saída com o comando report (relatório).
41 A seguir será apresentado um exemplo da estrutura do programa Free SEA.
!******************************************** ! FREE SEA
! Transmission between two adjacent rooms ! (c) 2000 Ennes Sarradj
!******************************************** !******************************************** ! definition of third-octave bands in the ! frequency range common in architectural ! acoustics frequency 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 enter !******************************************** ! Materials
material label air young 344
rho 1.19 poisson 0.0 enter
material label concrete young 2.8e10
rho 2300 poisson 0.2 enter
!******************************************** ! Definition of frequency-dependent damping ! for the concrete
table label dampconcrete 125 0.01
2000 0.01 enter
!******************************************** ! Definition of Damping for the rooms
! assuming a reverberation time of T=2.5s ! at all frequencies DLF=2.2/(T*f)
table label roomdamp 100 8.8e-3 200 4.4e-3 400 2.2e-3 800 1.1e-3 1600 5.5e-4 3150 2.8e-4 enter !******************************************** ! The two rooms, each 3.1m x 4.5m x 5.2m room label room1 material air damping roomdamp volu 72.54 area 106.94 peri 51.2
42 enter room label room2 material air damping roomdamp volu 72.54 area 106.94 peri 51.2 enter !******************************************** ! Wall between the two rooms, 3.1m x 4.5m plate label wall
material concrete damping dampconcrete area 13.95 peri 15.2 thick 0.19 enter !************************************************ ! Non-resonant coupling connect sub wall sub room1 sub room2 area 13.95 enter !************************************************ ! Power input 1 Watt into room 1 assumed
source
sub room1 long power 1 enter !******************************************** ! Response calculation response label rc1 enter !******************************************** ! definition of output parameters
result response rc1 sub room1 pres dezibel enter result response rc1 sub room2 pres dezibel enter report result detail file ex2a-res.txt enter
43 Após a entrada dos dados no programa, ele executa o cálculo e cria um arquivo de saída em formato .txt, que permite trabalhar com os valores em outros programas de organização de planilhas. Vejamos abaixo os resultados encontrados pelo modelo hipotético mencionado anteriormente, que considera dois subsistemas (duas salas) para compreender melhor o programa. Na primeira coluna temos as faixas de freqüência e na segunda os níveis de pressão sonora correspondentes. Result rc1 Room room1 100 119.433 125 119.044 160 118.941 200 119.433 250 119.044 315 118.933 400 119.434 500 119.044 630 118.933 800 119.434 1000 119.044 1250 118.93 1600 119.434 2000 119.053 2500 118.953 3150 119.424 Result rc1 Room room2 100 80.0262 125 78.1125 160 76.5335 200 76.1868 250 74.0047 315 72.2623 400 71.633 500 69.2845 630 67.3944 800 66.635 1000 64.1825 1250 62.2542 1600 61.3584 2000 58.8568 2500 56.9008 3150 56.0104
De posse dos resultados obtidos na planilha acima, podemos definir a diferença de nível de pressão sonora da sala e o índice de redução sonora, pelas equações vistas anteriormente.
44
Capítulo 6
Resultados
Neste capítulo serão apresentadas as residências avaliadas para a realização deste trabalho, e exibidos os resultados das medições dos coeficientes de isolamento acústico, medidos e simulados, das fachadas e entre os cômodos destas edificações.
Os resultados serão apresentados através de números únicos, conforme explicado no item 3.4, porém os gráficos que apresentam estes resultados em bandas de freqüência de 1/3 de oitava estão nos apêndices.
6.1 Residência 1
Apartamento localizado no condomínio Chácaras Arcampo, no bairro Chácaras Arcampo, em Duque de Caxias, apresentado na figura 6.
45 Residência de paredes internas e externas compostas por alvenaria de tijolos de 6 furos em pé, ambas com reboco dos dois lados, portas internas de compensado de madeira, com espessura de 35 mm. As janelas possuem esquadrias de alumínio e vidros simples. As dimensões da residência são apresentadas na figura 6.1.
