MÉTODO SIMPLIFICADO DE AURALIZAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE 2020/2021

M

ÉTODO

S

IMPLIFICADO DE

A

URALIZAÇÃO DO

I

SOLAMENTO

S

ONORO

EM

E

DIFÍCIOS

ANA FILIPA DA SILVA ALMEIDA MATOS

Dissertação submetida para obtenção do grau de

M

E

A

Presidente do Júri: Cidália Maria de Sousa Botelho

(Professora Auxiliar do Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Engenharia

da Universidade do Porto)

Orientador académico: António Pedro Oliveira de Carvalho

(Professor Doutor do Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto)

Orientador na empresa: Octávio José Patrício Fernandes Inácio

(Sócio-Gerente da empresa InAcoustics – Engenharia Acústica, Vibrações e Ambiente, Lda)

Tel. +351-22-508 1901 Fax +351-22-508 1446  catc@fe.up.pt

Editado por

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Rua Dr. Roberto Frias

4200-465 PORTO Portugal Tel. +351-22-508 1400 Fax +351-22-508 1440  feup@fe.up.pt  http://www.fe.up.pt

Reproduções parciais deste documento serão autorizadas na condição que seja mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente - 2020/2021 - Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2021.

As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente o ponto de vista do respetivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam existir.

À melhor irmã do mundo!

Põe tudo o que és na mais pequena coisa que faças.

i

AGRADECIMENTOS

Agradeço em primeiro lugar à minha família, em especial aos meus pais e à minha irmã, por todo o apoio e suporte incondicional que me têm dado ao longo dos anos. São eles que me motivam diariamente a ser melhor em tudo o que faço e a nunca desistir dos meus sonhos. Sem eles não seria a pessoa que hoje sou. Por esta razão, sou eternamente agradecida pela família fantástica que tenho!

Um sincero agradecimento ao Professor Doutor António Pedro Oliveira de Carvalho, o meu Orientador, por todo o apoio e acompanhamento ao longo deste período de dissertação. Agradeço toda a disponibilidade, ajuda e motivação constantes que sempre demostrou para comigo e, acima de tudo, por ter acreditado sempre em mim e no meu trabalho. A escolha deste tema foi o resultado do gosto que criei pela temática da acústica, na sequência das aulas da unidade curricular de Acústica Ambiental que lecionou. Por essa mesma razão, tenho de agradecer por ter despertado em mim a vontade de aprender mais sobre esta fascinante área que é a Acústica.

Ao Engenheiro Octávio Inácio, por me ter recebido e acolhido na sua equipa da melhor forma e, sobretudo, por ter tornado possível a realização deste projeto. Agradeço todo o tempo que disponibilizou a acompanhar-me e a ajudar-me sempre que alguma dúvida surgia. Um muito obrigada à Tatiana por todas as horas que dedicou a ensinar-me a mexer nos equipamentos de medição e pela constante disponibilidade em tirar dúvidas. Fico eternamente agradecida à InAcoustics por toda a experiência e conhecimento que consegui adquirir ao longo destes meses.

Ao meu namorado, por acreditar sempre em mim e no meu potencial. E a todos os meus amigos, em especial à Francisca, à Catariana e à Andreia que sempre estiveram presentes, quando eu precisei. A todos que contribuíram, direta e indiretamente, para o sucesso da realização desta dissertação de mestrado, um grande obrigada!

iii

RESUMO

Nos últimos anos tem vindo a aumentar o interesse pelas técnicas de auralização de sinais sonoros, capazes de simular e recriar impressões sonoras com grande realismo. Estas técnicas têm a capacidade de proporcionar aos ouvintes uma experiência única e envolvente de como uma fonte sonora pode soar num determinado ambiente. A auralização pode ser considerada como uma das melhores formas de demonstração de alguns conceitos em acústica e uma maneira efetiva de avaliar soluções previstas para a qualidade sonora em edifícios, no que diz respeito ao isolamento sonoro e ao seu desempenho acústico. Neste sentido, o presente trabalho de investigação, em colaboração com a empresa InAcoustics, consistiu no estudo e desenvolvimento de um processo simplificado de auralização, no âmbito do isolamento sonoro a ruídos de condução aérea em edifícios, através da aplicação de diversos filtros digitais, com o objetivo de verificar e validar a eficácia da ferramenta implementada.

Para o efeito, foram realizadas medições do ruído e gravações áudio na empresa, no interior do escritório (compartimento emissor) e no interior da sala de reuniões (compartimento recetor), com registo de níveis de pressão sonora sonoros em bandas de 1/3 de oitava. O método consiste em filtrar as gravações de áudio efetuadas no compartimento emissor através da aplicação de diferentes filtros de equalização (variando para isso o parâmetro de isolamento sonoro utilizado, o método aplicado na recolha dos valores dos níveis de pressão sonoro e os limites das gamas de frequências utilizados) e, posteriormente, comparar essas novas gravações “auralizadas” com a gravação real efetuada no local recetor. Este processo tem como objetivo avaliar as semelhanças/diferenças entre os sinais sonoros em estudo, e descobrir qual dos filtros criados é mais adequado e eficiente para ser utilizado num processo de auralização.

Com base nos filtros desenvolvidos procedeu-se à análise objetiva, que teve como principal intuito determinar as diferenças dos valores globais dos níveis de pressão sonora entre o sinal da gravação original efetuada no compartimento recetor e as gravações auralizadas. Em simultâneo, foi efetuado um inquérito com base num teste de subjetividade, com o objetivo de reunir um conjunto de informações necessárias para suportar a eficácia e viabilidade do processo desenvolvido. A formulação do inquérito permitiu, assim, responder a um conjunto de questões relevantes, com a finalidade de obter uma melhor compreensão e entendimento da perceção auditiva humana. Assim, além do estudo dos filtros de equalização criados, foi estudada, igualmente, a possível influência na escolha do tipo de sinal do ruído a ser utilizado na avaliação subjetiva de um processo de auralização, utilizando para isso uma música cantada em português e uma com apenas o som instrumental.

O cruzamento das duas análises efetuadas demonstrou que, no geral, a reprodução auralizada do campo sonoro em estudo, mostrou-se bastante satisfatória, utilizando para o efeito o filtro de equalização dos 63 aos 10k Hz tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro padronizado a partir da média das posições, em ambos os compartimentos. Verificou-se também que, de facto, a escolha do tipo de áudio a utilizar na avaliação subjetiva de num processo de auralização, tem influência nas respostas dadas pelos ouvintes, onde o áudio com a música cantada em português se mostrou mais satisfatório na procura de semelhanças/diferenças.

Por último, foi possível concluir que a ferramenta de auralização desenvolvida para ruídos de condução aérea em edifícios, é suficientemente viável e eficaz na aplicação do presente caso de estudo.

v

ABSTRACT

In recent years interest in auralization techniques for sound signals capable of simulating and recreating sound impressions with great realism has been increasing. These techniques have the ability to provide the listener with a unique and immersive experience of what a sound source may sound like in a given environment. Auralization can be considered as one of the best ways to demonstrate some concepts in acoustics and an effective way to evaluate solutions foreseen for sound quality in buildings, with regard to sound insulation and its acoustic performance.

In this sense, the present research work, in collaboration with the company InAcoustics, consisted of the study and development of a simplified auralization process, within the scope of airborne sound transmission in buildings, through the application of several digital filters, with the objective of verifying and validating the effectiveness of the implemented tool.

For this purpose, measurements and audio recordings were carried out, inside an office (emitting room) and inside the adjoining meeting room (receiving room), with recording of sound pressure levels in 1/3 octave bands. The method consists of filtering the audio recordings made in the emitting room, through the application of different equalization filters (varying for this the sound insulation parameter used, the method applied in collecting the values of the sound pressure levels and the limits of the frequency ranges used) and, later on, compare these new “auralized” recordings with the actual recording made at the receiving location. This process aims at evaluating the similarities/differences between the sound signals under study, and finding out which of the filters created is the most appropriate and efficient to be used in a process of auralization.

Based on the developed filters, objective analysis was carried out, whose main purpose was to determine the differences in the global values of sound pressure levels between the signal of the original recording made in the receiver room and the auralized recordings. At the same time, a survey was carried out based on a test of subjectivity, with the objective of gathering a set of information necessary to support the efficiency and viability of the developed process. The formulation of the survey also made it possible to answer a set of relevant questions, in order to obtain a better understanding of human auditory perception. Thus, in addition to the study of the created equalization filters, the possible influence on the choice of the type of noise signal to be used in the subjective evaluation of an auralization process was also studied, using a portuguese song and one with just the instrumental sound.

The crossing of the two analyses performed showed that, in general, the auralized reproduction of the sound field under study, was quite satisfactory, using the equalization filter from 63 to 10k Hz taking into account the input values of standardized sound insulation from the average of the positions, in both rooms. It was also found that, in fact, the choice of the type of audio to be used in the subjective evaluation of a process of auralization has an influence on the responses given by the listeners, where the audio with the portuguese song was more satisfactory in the search for similarities/differences. Finally, it was possible to conclude that the auralization tool developed for airborne sound transmission in buildings is sufficiently viable and effective in the application of the present case study.

vii ÍNDICE GERAL AGRADECIMENTOS ... i RESUMO ...iii ABSTRACT ... v ÍNDICE DE FIGURAS ... xi ÍNDICE DE QUADROS ... xv

SÍMBOLOS,ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS ... xvii

1. INTRODUÇÃO

2. CARACTERIZAÇÃO ACÚSTICA

2.2.CARACTERIZAÇÃO DA PROPAGAÇÃO O SOM ... 7

2.2.1.INTRODUÇÃO ... 7 2.2.2.PRESSÃO SONORA ... 7 2.2.2.1. Celeridade ... 7 2.2.2.2. Níveis de Pressão ... 8 2.2.3.FREQUÊNCIA ... 9 2.2.3.1. Caracterização... 9 2.2.3.2. Bandas de Frequência ... 10 2.2.3.3. Curvas de Ponderação ... 10

2.2.3.4. Ruído Branco e Rosa ... 12

2.2.4.TEMPO DE DURAÇÃO ... 13 2.3.PERCEÇÃO DO SOM ... 14 2.3.1.INTRODUÇÃO ... 14 2.3.2.SISTEMA AUDITIVO ... 15 2.3.3.AUDIÇÃO BINAURAL ... 16 2.4.ACÚSTICA DE EDIFÍCIOS ... 17

viii

2.4.1.INTRODUÇÃO ... 17

2.4.2.REFLEXÃO E ABSORÇÃO ... 17

2.4.3.TEMPO DE REVERBERAÇÃO ... 18

2.4.4.ISOLAMENTO SONORO DE RUÍDOS DE CONDUÇÃO AÉREA ... 19

2.4.4.1. Enquadramento ... 19

2.4.4.2. Isolamento Sonoro entre Espaços ... 19

2.4.4.3. Isolamento Sonoro em Fachadas ... 20

2.5.ENQUADRAMENTO LEGAL ... 21

2.5.1.INTRODUÇÃO ... 21

2.5.2.REGULAMENTO GERAL DO RUÍDO ... 22

2.5.3.REGULAMENTO DOS REQUISITOS ACÚSTICOS DOS EDIFÍCIOS ... 22

3. ESTADO DA ARTE

3.1.INTRODUÇÃO ... 25

3.2.AURALIZAÇÃO ... 25

3.2.1.CONCEITO E A SUA EVOLUÇÃO ... 25

3.2.2.AURALIZAÇÃO DO ISOLAMENTO SONORO EM EDIFÍCIOS ... 26

3.2.2.1.Introdução ... 26

3.2.2.2.Sistemas Computacionais Utilizados no Processo de Auralização ... 27

3.2.2.3.Auralização com Técnica Binaural ... 27

3.2.2.4.Métodos Simplificado de Auralização ... 28

3.2.2.5.Estudos Relacionados ... 29

4. METODOLOGIA DE TRABALHO

4.1.INTRODUÇÃO ... 33

4.2.EXPERIÊNCIA CONTROLADA NO ESCRITÓRIO DA INACOUSTICS ... 33

4.2.1.JUSTIFICAÇÃO DO LOCAL ... 33

4.2.2.CARACTERIZAÇÃO DO LOCAL DE ESTUDO ... 33

4.2.3.METODOLOGIA IMPLEMENTADA NA RECOLHA DE INFORMAÇÃO ... 34

4.2.3.1.Introdução ... 34

4.2.3.2.Medição no Nível de Pressão Sonora ... 36

ix

4.2.3.4.Medição do Tempo de Reverberação ... 40

4.3.PROCESSO SIMPLIFICADO DE AURALIZAÇÃO DESENVOLVIDO ... 42

4.3.1.CONTEXTUALIZAÇÃO ... 42

4.3.2.DESCRIÇÃO DAS ETAPAS DO PROCESSO ... 43

4.3.2.1.Determinação dos Valores de Isolamento Sonoro ... 43

4.3.2.2.Processo de Filtragem Implementado ... 43

4.3.3.CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 44

4.4.FORMULAÇÃO DE UM INQUÉRITO COM BASE NUM TESTE DE SUBJETIVIDADE ... 45

4.4.1.INTRODUÇÃO ... 45

4.4.2.FORMULAÇÃO DAS QUESTÕES ... 47

4.4.3.ESTRUTURA FINAL DO INQUÉRITO ... 49

5. ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS

5.1.INTRODUÇÃO ... 53

5.2.PROCESSAMENTO DE DADOS E CRIAÇÃO DOS FILTROS DE EQUALIZAÇÃO ... 53

5.3.ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 57

5.3.1.ENQUADRAMENTO ... 57

5.3.2.ANÁLISE OBJETIVA ... 57

5.3.3.ANÁLISE SUBJETIVA ... 59

5.3.4.CRUZAMENTO DA INFORMAÇÃO ... 66

5.4.AVALIAÇÃO DA VIABILIDADE DO PROCESSO SIMPLIFICADO DE AURALIZAÇÃO ... 68

6. CONCLUSÃO

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEXOS

x

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 – Metodologia geral de trabalho aplicada no desenvolvimento da presente dissertação ... 4

Figura 2.1 – Representação da propagação do som ... 7

Figura 2.2 – Gamas de frequências captadas pelo ouvido humano ... 9

Figura 2.3 – Curvas de igual sensibilidade auditiva, em fone ... 11

Figura 2.4 – Curvas de ponderação (filtros) A, B, C e D ... 11

Figura 2.5 – Descrição linear e logarítmica do ruído branco e rosa ... 13

Figura 2.6 – Diagrama esquemático da experiencia acústica ... 14

Figura 2.7 – Variação em frequência da gama auditiva ... 15

Figura 2.8 – Anatomia do ouvido humano ... 16

Figura 2.9 – Influência das características envolventes na propagação do som ... 17

Figura 2.10 – Transmissão sonora entre dois compartimentos ... 20

Figura 2.11 – Esquema de medição do isolamento sonoro a ruídos aéreos de fachadas ... 21

Figura 3.1 – Cabeça artificial Neumann ... 28

Figura 3.2 – O primeiro manequim Kemar ... 28

Figura 4.1 – Enquadramento geográfico do local selecionado ... 34

Figura 4.2 – Interior das instalações utilizadas da InAcoustics ... 35

Figura 4.3 – Equipamentos utilizados nas medições in situ: (a) sonómetro, (b) tripé, (c) calibrador, (d) altifalante omnidirecional, (e) gerador de sinal, (f) protetor de ouvidos, (g) laser e (h) gravador de áudio estéreo ... 36

Figura 4.4 – Distribuição espacial das posições do altifalante e microfone na medição dos níveis de pressão sonora e ruído de fundo, no compartimento recetor (1) e emissor (2), para os dois métodos implementados ... 38

Figura 4.5 – Distribuição espacial das posições do altifalante e microfone na captação das gravações de áudio, no compartimento recetor (1) e emissor (2), para os dois métodos implementados. ... 39

Figura 4.6 – Captação simultânea das medições do ruído e das gravações áudio ... 40

Figura 4.7 – Representação gráfica do decaimento do tempo de reverberação para o T30 ... 41

Figura 4.8 – Distribuição espacial das posições do altifalante e microfone na medição do tempo de reverberação, no compartimento emissor e recetor, para os dois métodos implementados ... 42

Figura 4.9 – Exemplo de um filtro de equalização desenhado no software Audacity a partir dos valores de entrada do isolamento sonoro bruto, para o intervalo de frequências dos 20 aos 20000 Hz... ... 44

Figura 4.10 –Momento do preenchimento do inquérito pelos participantes ... 46

Figura 4.11 – Exemplo de item de seleção numa escala de avaliação de cinco pontos... 46

xii

Figura 4.13 – Exemplo de resposta aberta para possíveis comentários expressos pelos participantes ... 46 Figura 4.14 – Introdução inicial do inquérito baseado num teste de subjetividade, desenvolvido na presente investigação ... 49 Figura 4.15 – Parte 01 do inquérito baseado num teste de subjetividade, desenvolvido na presente investigação. Questão com aplicação da música cantada em português através da aplicação de quatro filtros: a) Áudio 01 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FPM63-1k; b) Áudio 02 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FBM63-10k; c) Áudio 03 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FPI63-10k; d) Áudio 04 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FBI63-10k ... 50 Figura 4.16 – Parte 02 do inquérito baseado num teste de subjetividade, desenvolvido na presente investigação. Questão com aplicação da música com apenas som instrumental, através da aplicação de quatro filtros: a) Áudio 05 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FPM63-1k; b) Áudio 06 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FBM63-10k; c) Áudio 07 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FPI63-10k; d) Áudio 08 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FBI63-10k ... 51 Figura 4.17 – Parte 03 do inquérito baseado num teste de subjetividade, desenvolvido na presente investigação ... 51 Figura 4.18 – Parte 04 do inquérito baseado num teste de subjetividade, desenvolvido na presente investigação. Questão com aplicação da música cantada em português através da aplicação de quatro filtros: a) Áudio 09 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FPM63-1k; b) Áudio 10 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FPM100-5k; c) Áudio 11 - gravação auralizada com aplicação do filtro de equalização FPM100-3,15k ... 52 Figura 5.1 – Filtros de equalização criados no software Audacity, a partir do teste experimental na InAcoustics, a serem utilizados no inquérito desenvolvido. Os valores e entrada a introduzir no software dizem respeito aos valores de isolamento sonoro (D ou DnT) segundo os dois métodos implementados (transmissão do ruído considerando a média das posições, em ambos os compartimentos, ou transmissão do ruído considerando apenas uma posição em cada compartimento), anulando para isso as bandas de frequência dos 20 aos 50 Hz e dos 12500 aos 20000 Hz ... 55 Figura 5.2 – Filtro criados no software Audacity, para a gravação áudio no compartimento recetor, captada durante a experiencia controlada no escritório da InAcoustics, anulando as bandas de frequência dos 20 aos 50 Hz e dos 12500 aos 20000 Hz ... 56 Figura 5.3 – Filtros de equalização criados no software Audacity, a serem utilizados no inquérito desenvolvido, anulando determinadas bandas de frequência. O filtro (a) considera apenas os limites de frequências dos 100 aos 5000 Hz e o filtro (b) considera apenas os limites de frequências dos 100 aos 3150 Hz... 56 Figura 5.4 – Níveis de pressão sonora dos cinco sinais sonoros em estudo, obtidos no teste experimental na InAcoustics, para as bandas frequência de 1/3 de oitava (dos 63 aos 10000 Hz): (a) gravação áudio efetuada no compartimento recetor; (b) gravação auralizada aplicando um Filtro de equalização, tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro Padronizado a partir da Média das posições, em ambos os compartimentos (FPM63-10k); (c) gravação auralizada aplicando um Filtro de equalização, tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro Bruto a partir da Média das posições, em ambos os compartimentos (FBM63-10k); (d) gravação auralizada aplicando um Filtro

xiii

de equalização tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro Padronizado, considerando uma posição Individualizada em cada compartimento (FPI63-10k); (e) gravação auralizada aplicando um Filtro de equalização tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro Bruto, considerando uma posição Individualizada em cada compartimento (FBI63-10k) ... 57 Figura 5.5 – Diferença dos valores globais dos níveis de pressão sonora, entre o sinal da gravação efetuada no compartimento recetor durante a experiência controlada na InAcoustics, e as gravações auralizadas a partir do software Audacity. Os sinais sonoros auralizadas têm em conta a aplicação dos quatro filtros de equalização em estudo, a partir dos valores de isolamento sonoro: (a) Padronizado a partir da Média das posições, em ambos os compartimentos (FPM63-10k); (b) Bruto a partir da Média das posições, em ambos os compartimentos (FBM63-10k); (c) Padronizado, considerando uma posição Individualizada em cada compartimento (FPI63-10k); (d) Bruto, considerando uma posição Individualizada em cada compartimento (FBI63-10k). ... 58 Figura 5.6 – Respostas dadas pelos inquiridos, referentes à avaliação subjetiva das semelhanças entre o áudio original (gravação da música cantada em português gravada no compartimento recetor) e os quatro áudios auralizados (Áudio 01, Áudio 02, Áudio 03 e Áudio 04), numa escala de avaliação de cinco pontos (“Nada Semelhante”, “Pouco Semelhante”, “Semelhante”, “Muito Semelhante” e “Extremamente Semelhante”) ... 60 Figura 5.7 – Respostas dadas pelos inquiridos, referentes à avaliação subjetiva das semelhanças entre o áudio original (gravação da música com apenas o som instrumental gravada no compartimento recetor) e os quatro áudios auralizados (Áudio 05, Áudio 06, Áudio 07 e Áudio 08), numa escala de avaliação de cinco pontos (“Nada Semelhante”, “Pouco Semelhante”, “Semelhante”, “Muito Semelhante” e “Extremamente Semelhante”) ... 62 Figura 5.8 – Respostas dadas pelos inquiridos, referentes à avaliação subjetiva da influência da escolha do áudio, a utilizar durante a avaliação subjetiva de um processo de auralização ... 63 Figura 5.9 – Respostas dadas pelos inquiridos, referentes à avaliação subjetiva das semelhanças entre o áudio original (gravação da música cantada em português gravada no compartimento recetor para as bandas de frequência dos 20 aos 20000 Hz) e os quatro áudios auralizados (Áudio 09, Áudio 10, Áudio 011), numa escala de avaliação de cinco pontos (“Nada Semelhante”, “Pouco Semelhante”, “Semelhante”, “Muito Semelhante” e “Extremamente Semelhante”) ... 65

xv

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 2.1 – Velocidade de propagação as ondas sonoras ... 8 Quadro 2.2 – Intervalos de 1/1 oitava e 1/3 de oitava normalizados no domínio audível ... 10 Quadro 2.3 – Valores numéricos das ponderações da curva A para bandas de frequência de 1/1 e 1/3 de oitava na gama do audível ... 12 Quadro 4.1 – Número mínimo de posições dos altifalantes e microfones na medição dos níveis de pressão sonora e ruído de fundo de acordo com a normalização ... 38 Quadro 4.2 – Número mínimo de posições e de medições necessárias à avaliação de T ... 41 Quadro 5.1 – Resultados obtidos, no teste experimental na InAcoustics, para os parâmetros D e DnT, por bandas de frequência de 1/3 de oitava, dos 63 aos 10000 Hz. Os valores obtidos têm em conta os dois métodos implementados: transmissão do ruído considerando a média das posições, em ambos os compartimentos, e transmissão do ruído considerando apenas uma posição individualizada em cada compartimento ... 54 Quadro 5.2 – Valor global dos níveis de pressão sonora dos cinco espetros sonoros em estudo, para as bandas de frequência de 1/3 de oitava dos 63 aos 10000 Hz, durante o teste experimental da InAcoustics: (a) gravação áudio efetuada no compartimento recetor; (b) gravação auralizada aplicando um Filtro de equalização, tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro Padronizado a partir da Média das posições, em ambos os compartimentos (FPM63-10k); (c) gravação auralizada aplicando um Filtro de equalização, tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro Bruto a partir da Média das posições, em ambos os compartimentos (FBM63-10k); (d) gravação auralizada aplicando um Filtro de equalização tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro Padronizado, considerando uma posição Individualizada em cada compartimento (FPI63-10k); (e) gravação auralizada aplicando um Filtro de equalização tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro Bruto, considerando uma posição Individualizada em cada compartimento (FBI63-10k) ... 58 Quadro 5.3 – Síntese global, proveniente do cruzamento dos resultados da análise objetiva e subjetiva, relativamente ao melhor e pior filtro utilizado em cada um dos testes (Experiência controlada no escritório da InAcoustics, Parte 01 e Parte 02 do inquérito). Filtros numerados numa escala, em que 1 é o filtro mais semelhante e 4 o menos semelhante. Quatro filtros de equalização tendo em conta os valores de entrada de isolamento sonoro: (a) Bruto a partir da Média das posições, em ambos os compartimentos (FBM63-10k); (b) Padronizado a partir da Média das posições, em ambos os compartimentos (FPM63-10k); (c) Bruto, considerando uma posição Individualizada em cada compartimento (FBI63-10k); (d) Padronizado, considerando uma posição Individualizada em cada compartimento (FPI63-10k) ... 67

xvii

SÍMBOLOS,ACRÓNIMOS E ABREVIATURAS

A - Absorção sonora equivalente [m2_]

Aj - Absorções sonoras localizadas [m2]

m - Absorção sonora relativa do ar [m-1_]

S - Área da superfície real do material [m2_]

CR - Curva de referência c - celeridade [m/s]

α - coeficiente de absorção sonora 𝜏 - Coeficiente de transmissão dB - decibel

dB(A) - decibel, filtrado por curva de ponderação tipo A EQ - Equalização

FFT - Fast Fourier Transform

FBM63-10k - Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro bruto considerando a média

das posições, em ambos os compartimentos, dos 63 aos 10000 Hz

FBI63-10k - Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro bruto considerando apenas

uma posição em cada compartimento dos 63 aos 10000 Hz

FPM63-10k - Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro padronizado considerando

a média das posições, em ambos os compartimentos, dos 63 aos 10000 Hz

FPI63-10k - Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro padronizado considerando

apenas uma posição em cada compartimento, dos 63 aos 10000 Hz

FPM100-5k - Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro bruto considerando a média

das posições, em ambos os compartimentos, dos 100 aos 5000 Hz

FPM100-3,15k - Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro bruto considerando a

média das posições, em ambos os compartimentos, dos 100 aos 3150 Hz f - Frequência [Hz]

f0 - Frequência central [Hz]

f1 -Frequências do limite inferior [Hz]

f2 - Frequências do limite superior [Hz]

Hz - hertz

Ln - Indicador do ruído para o período noturno [dB]

ISO -International Organization for Standardization Lden - Indicador do ruído para o período total diurno [dB]

xviii

D - Isolamento sonoro bruto entre compartimentos [dB] D2m,nT - Isolamento sonoro padronizado em fachadas [dB]

DnT - Isolamento sonoro padronizado entre compartimentos [dB]

kHz – kilohertz

B - Largura de banda [Hz] m - metro

𝐿𝑝, 𝐿𝑖- Nível de pressão sonora [dB]

Leq - Nível de pressão sonora contínuo equivalente [dB]

L1,2m - Nível médio de pressão sonora do lado de fora do edifico, a 2 m da fachada [dB]

𝐿1 - Nível médio de pressão sonora no compartimento emissor [dB]

𝐿2 - Nível médio de pressão sonora no compartimento recetor [dB]

LA – Nível sonoro [dB]

OMS - Organização Mundial de Saúde Pa - pascal

ti - Períodos de funcionamento [s] Pat - Pressão atmosférica normal [Pa]

p - Pressão sonora [Pa]

p0 - Pressão sonora de referência [2x10-5 Pa]

R - Redução sonora [dB]

RRAE - Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios RGR - Regulamento Geral do Ruído

RLPS - Regime Legal Sobre a Poluição Sonora s - segundo

AES - Audio Engineering Society

T - Temperatura em graus kelvin [K] ou graus celsius [ºC] 𝑇 - Tempo de reverberação [s]

T30 - Tempo de reverberação (para um decaimento de 30 dB) [s]

T0 - Tempo de reverberação de referência (em geral = 0,5 s) [s]

𝑇2 - Tempo de reverberação do espaço de receção [s]

T - Tempo de reverberação existente no compartimento recetor [s] V - Volume do compartimento [m3_]

1

1

INTRODUÇÃO

1.1. ENQUADRAMENTO

Quando se pensa na História da Acústica, é possível percecionar a grande evolução que esta tem sentido ao longo dos anos até chegar ao atual estado de conhecimento.

Para começar, o som desempenha um papel fulcral em todas as atividades humanas presentes no dia-a-dia e as aplicações da Acústica são encontradas em praticamente todos os setores da sociedade.

O modo como o ser humano se apropria do som não depende exclusivamente da fonte sonora, mas também do meio em que este se propaga até ser captado pelos ouvidos [1]. É maioritariamente através do som que a comunicação e o relacionamento com o próximo se tornam possíveis. Além do mais, o som tem a peculiaridade de transmitir emoções e de tocar o estado de espírito, seja através da música ou de outros estímulos a que cada indivíduo está sujeito [2]. Desta forma, o ambiente sonoro constitui uma componente essencial no equilíbrio da comunidade, sendo capaz de moldar os comportamentos quer individuais quer coletivos dos cidadãos [3].

A relevância do ruído na vida do ser humano é mais importante do que muitas vezes pode ser julgado. Tal é devido ao crescente aumento do mal-estar auditivo gerado pelas diferentes fontes sonoras urbanas existentes nas atuais sociedades, e pelo incómodo provocado pelo ruído dos vizinhos, que podem afetar o conforto acústico dos edifícios. Uma correta acústica de edifícios traduz-se numa boa qualidade sonora dos espaços, bem como um bom e correto isolamento à propagação do ruído entre o interior e o exterior dos edifícios, e também entre compartimentos do mesmo edifício [4]. A exposição prolongada aos elevados níveis de ruído pode causar inúmeros danos à saúde. Assim, a passagem do ruído para o interior de um determinado compartimento é um fator determinante tanto para o projetista, quanto para o cidadão comum que usufrui do resultado do projeto [5].

Com essa finalidade em vista, juntamente com a importância de um resultado acústico final apropriado que influencie positivamente a vida diária das pessoas, surgiu a necessidade de previsão de um campo sonoro realista e de como ele será percecionado pelo sistema auditivo. Como resultado desta necessidade, apareceu a “auralização”, que é considerada uma ferramenta de simulação poderosa no processamento de campos sonoros, quase indispensável para a avaliação eficaz do isolamento sonoro de edifícios [6]. Auralização é o método que permite através de medições e cálculo, tornar audível um campo sonoro, com o intuito de proporcionar ao ouvinte uma impressão auditiva, o mais realista possível, de como uma fonte sonora pode soar dentro de um determinado ambiente, mesmo que este seja virtual [7]. A auralização do isolamento sonoro em edifícios pode ser usada como uma ferramenta valiosa no que respeita ao estudo de aspetos percetivos da transmissão do ruído entre ambientes, com o

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objetivo de avaliar o seu efeito no bem-estar e conforto auditivo das comunidades [8]. Assim, um processo de auralização, permite entender antecipadamente, a influência das condições dos efeitos do ruído na vida humana.

Nesse sentido, as ferramentas capazes de prever e simular o comportamento sonoro de um determinado ambiente e de como este será percecionado pelo sistema auditivo, mostram-se muito atraentes para projetos da área da acústica de edifícios, nomeadamente do isolamento sonoro. Neste contexto, os sistemas operacionais (software acústicos) surgem no sentido de contribuir como uma alternativa vastamente aplicada na pesquisa e desenvolvimento de soluções na área da engenharia acústica [9], permitindo ao engenheiro prever antecipadamente a perceção do som num determinado cenário acústico [10].

A investigação realizada no âmbito da presente dissertação, tem em vista o desenvolvimento de um método simplificado de auralização do isolamento sonoro em edifícios, para que futuramente possa ser utilizado no estudo de projetos de isolamento sonoro em paredes interiores ou fachadas, tendo em consideração a passagem do ruído entre salas ou do exterior para o interior. Assim, o princípio básico de um processo de auralização em edifícios, é simular a alteração do sinal sonoro de uma determinada fonte até à extremidade recetora, por transmissão através da estrutura de separação do edifício [8]. Desta forma, será abordado um método bastante simples de auralização com o objetivo de filtrar, com o maior rigor possível, diversas gravações áudio através da criação de um filtro digital. O objetivo é obter o som “auralizado” do interior de um compartimento, tendo em conta a sua passagem pela estrutura de separação. Esses filtros digitais permitem equalizar o som por bandas de frequência de 1/3 de oitava, possibilitando assim aumentar ou reduzir a intensidade sonora de determinadas frequências. Atualmente já existem diversas ferramentas digitais que realizam esta tarefa de forma eficaz, que se tornam essenciais para estudar e obter um correto desempenho acústico entre ambientes [11].

Neste trabalho é implementado o processo de auralização através de um software free open source, que permite uma edição áudio de boa qualidade [12]. Esta aplicação pode ser utilizada por qualquer utilizador comum, uma vez que é gratuita, de fácil utilização e flexível, em virtude de ser desenvolvida por comunidades de utilizadores, e não por um único autor ou empresa. Assim sendo, esta abordagem low cost vem revolucionar os sistemas operacionais de previsão, comummente utilizados pelas grandes empresas na área da acústica de edifícios no que diz respeito à aplicação de métodos mais avançados de auralização, que têm um elevado custo financeiro, embora sejam tecnologicamente mais evoluídos e complexos, garantindo resultados finais de maior calibre e precisão.

Cabe ainda salientar que o presente trabalho prático foi elaborado em meio empresarial em colaboração com a empresa InAcoustics - Engenharia Acústica, Vibrações e Ambiente Lda. [13]. A InAcoustics foi fundada em 2004 e é uma empresa multidisciplinar de projeto e consultoria dedicada exclusivamente à Engenharia Acústica e Vibrações [13]. Este trabalho é o início de um projeto de investigação mais vasto, desenvolvido pela empresa, prevendo esta dar continuidade ao seu desenvolvimento, por próximos alunos de mestrado.

1.2. OBJETIVOS E METODOLOGIA

A dissertação, realizada em meio empresarial, teve como principal objetivo a criação de um método simplificado de auralização, aplicando um filtro digital acústico nas gravações áudio captadas num compartimento emissor, para que, posteriormente, fosse possível avaliar a viabilidade e eficácia dessa mesma técnica utilizada, em comparação com as gravações efetivamente realizadas no interior do

3 compartimento recetor. Para atingir esse objetivo, as gravações editadas no sistema operacional free open source, são filtradas com base nos valores de entrada do isolamento sonoro considerado.

O presente trabalho teve, ainda, como finalidade, avaliar a eficiência do processo de auralização desenvolvido, considerando duas alternativas:

 As médias das medições dos níveis de pressão sonora no cálculo dos valores de isolamento sonoro em ambos os compartimentos;

 Os valores de isolamento sonoro individualizados, considerando apenas a transmissão entre dois pontos (um em cada compartimento).

É, portanto, necessário ter em consideração a resposta à seguinte pergunta:

i. “Será que a média que é realizada durante uma medição, pode ser usada para auralizar a gravação áudio num único ponto?”.

Para tentar dar resposta à questão foram estudadas quatro hipóteses de filtros:

 Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro bruto considerando a média dos valores em ambos os compartimentos (FBM);

 Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro padronizado considerando a média dos valores em ambos os compartimentos (FPM);

 Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro bruto considerando apenas a transmissão individualizada do ruído entre dois pontos, um em cada compartimento (PBI);  Filtro com os valores de entrada de isolamento sonoro padronizado considerando apenas a transmissão individualizada do ruído entre dois pontos, um em cada compartimento (FPI). O objetivo é, para além de estudar a influência da utilização, ou não, dos valores médios, conseguir perceber em simultâneo a interferência da utilização do isolamento sonoro bruto (D) e padronizado (DnT)

(atualmente em vigor em Portugal), num processo de auralização, de forma a responder às seguintes perguntas:

ii. “Será que existe influência, na perceção humana, entre utilizar diferentes tipos de isolamento sonoro (D e DnT)? Será que é mais correto, neste caso específico, utilizar o

isolamento sonoro que se encontra em vigor (DnT)?”.

Tendo em conta que a auralização se baseia na subjetividade da perceção de cada indivíduo, considerou-se prudente aplicar um inquérito com baconsiderou-se num teste de subjetividade. Numa primeira parte, o teste baseia-se na aplicação das quatro variáveis, em diferentes gravações áudio, com objetivo de avaliar a relação entre o filtro utilizado e a perceção de cada indivíduo. Foi também necessário ter em consideração a seguinte pergunta:

iii. “Será que existe alguma influência na escolha do sinal do ruído na avaliação subjetiva de um processo de auralização?”.

Com essa questão em mente, decidiu-se utilizar uma gravação áudio de uma música cantada em português e uma gravação com apenas o som dos instrumentos. Tal escolha têm o intuito de analisar as diferentes interpretações e a possível influência da perceção da palavra. Numa segunda parte, será ainda estudada a influência da escolha dos limites de bandas de frequência a utilizar numa avaliação subjetiva de testes auditivos. Assim, para o mesmo filtro de equalização produzido, tendo em conta os valores de isolamento sonoro obtidos, foram criados novos filtros de equalização, anulando determinadas gamas de frequências. Esta escolha irá permitir responder à questão:

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iv. “Será que a escolha dos limites das bandas de frequência, a utilizar num processo de auralização, pode influenciar significativamente a perceção e a viabilidade do processo?”. O cruzamento da informação proveniente da análise objetiva com as respostas subjetivas do inquérito, tem como finalidade estudar e avaliar a eficácia deste processo, na aplicação de trabalhos futuros. Para tal, foi necessário começar por estudar e compreender o conceito e as diferentes abordagens de auralização existentes, com o intuito de analisar as suas inúmeras funcionalidades e aplicações na acústica de edifícios. Foi ainda necessário estudar a aplicação e a importância dos filtros digitais num processo de auralização simplificado. Por último, foram abordados os diferentes métodos de gravação áudio apresentados na literatura, bem como os parâmeros utilizados para a medição do ruído na aplicação da acústica de edifícios.

Ao longo de todo o processo, desenvolveu-se a metodologia apresentada na Figura 1.1, de forma generalizada.

Figura. 1.1 – Metodologia geral de trabalho aplicada no desenvolvimento da presente dissertação.

Estudo Bibliográfico

•Estudo do conceito de auralização e a sua aplicação em estudos e projetos do isolamento sonoro em edifícios, bem como as suas diversas aplicações;

•Estudo dos filtros digitais e a sua aplicação e importância em técnicas simplificadas de auralização;

•Estudo de trabalhos referentes ao desenvolvimento de processos de auralização, baseados em diferentes metodologias.

Experiência controlada no

escritório da

InAcoustics

•Medições acústicas do ruído no compartimento emissor e recetor do escritorio da InAcoustics; •Gravações áudio do ruído sentido no compartimento emissor e recetor do escritorio da InAcoustics;

•Recolha dos principais dados obtidos durante o processo de medições, fundamentais para o sistema de cálculo dos valores do isolamento sonoro.

Criação de um processo simplificado

de auralização

•Determinação dos valores de isolamento sonoro, por bandas de frequência de 1/3 de oitava, tendo em consideração os dois métodos implementados (Média e Individualização);

•Desenvolvimento de filtros de equalização tendo em conta as várias hipóteses em estudo;

•Criação de novas gravações auralizadas do ruído no interior do compartimento recetor do escritório, considerando os diferentes filtros desenvolvidos;

•Avaliação objetiva da viabilidade da técnica utilizada, comparando a gravação auralizada com a gravação real efetivamnete realizada no interior do compartimento recetor do escritório.

Formulação de um inquérito com base

num teste de subjetividade

•Estudo da comparação subjetiva da aplicação das diferentes hipóteses em estudo;

•Estudo da influência na escolha da gravação áudio na avaliação subjetiva de um processo de auralização; •Estudo da influência da escolha dos limites de bandas de frequência, num teste auditivo;

•Avaliação subjetiva da viabilidade da técnica utilizada, comparando a gravação auralizada com a gravação real efetivamnete realizada no interior do compartimento recetor do escritório.

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1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

O presente estudo foi estruturado em seis capítulos, além dos subcapítulos contidos nestes, com a intenção de uma abordagem transversal e ampla, capaz de fazer uma análise descritiva dos diversos elementos estudados.

O primeiro capítulo, “Introdução”, é dedicado à contextualização do trabalho, exposição dos objetivos definidos, da metodologia geral utilizada, bem como a organização da estrutura da dissertação.

O segundo capítulo, “Caracterização Acústica”, aborda as bases teóricas necessárias à compreensão da temática de estudo, englobando a caracterização geral do som, a perceção do mesmo e a acústica em edifícios.

O terceiro capítulo, “Estado da Arte”, começa por apresentar um resumo relativo ao conceito geral de Auralização. É efetuado um estudo relativo à importância da auralização no contexto do isolamento sonoro em edifícios, bem como uma revisão bibliográfica de trabalhos referentes ao desenvolvimento de processos de auralização, baseados em diferentes metodologias. Juntamente, é feita referência à aplicação de filtros digitais num processo de auralização e a comparação dos vários tipos de software presentes no mercado utilizados na aplicação do processo em estudo.

O quarto capítulo, “Metodologia de Trabalho”, apresenta toda a metodologia de trabalho implementada assim como os diferentes equipamentos utilizados para a realização do mesmo. Neste consta todo o processo prático, os aspetos mais relevantes, assim como as amostras recolhidas no local de estudo selecionado, para uma posterior análise e discussão. Encontra-se dividido em três tarefas principais: realização de uma experiência controlada no escritório da InAcoustics; criação de um processo simplificado de auralização do isolamento sonoro; formulação de um inquérito com base num teste de subjetividade.

O quinto capítulo, “Análise e Discussão de Resultados”, decorre dos resultados obtidos durante o trabalho de campo implementado no âmbito da presente investigação. São apresentados os resultados obtidos de forma a analisar e avaliar a viabilidade do processo simplificado de auralização desenvolvido, e a sua aplicação em trabalhos futuros. A avaliação tem por base o cruzamento da informação proveniente da análise objetiva do teste experimental na InAcoustics, com as respostas subjetivas obtidas nos inquéritos.

O sexto capítulo, “Conclusão”, apresenta as conclusões finais obtidas da análise dos resultados, bem como os possíveis desenvolvimentos e recomendações a serem aplicadas em trabalhos futuros, no âmbito da auralização na acústica de edifícios.

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Caracterização Acústica

2.1. INTRODUÇÃO

Segundo Allan Pierce, “A Acústica é a ciência que estuda o som, incluindo a sua produção, transmissão, e efeitos.” [14]

O som é uma das formas de comunicação mais importantes para os seres humanos. As notas de uma sinfonia, o trabalhar de um motor, o “barulho” das folhas secas e o estrondo de uma lata que cai no chão, são sons que nos provocam sensações muito diferentes. Uns são agradáveis, outros, pelo contrário, podem tornar-se incómodos. Mas todos têm uma propriedade em comum: são sempre vibrações do ar [15]. Estas vibrações do ar propagam-se através da variação de pressão, sob a forma de ondas de compressão seguidas de dilatação ou rarefação [16], como representa a Figura 2.1.

Figura 2.1 – Representação da propagação do som [17].

2.2. CARACTERIZAÇÃO DA PROPAGAÇÃO DO SOM

2.2.1. INTRODUÇÃO

O estudo do som pode ser efetuado segundo três domínios de análise distintos, mas complementares: a pressão sonora, a frequência e o tempo de duração.

2.2.2. PRESSÃO SONORA

2.2.2.1. Celeridade

As primeiras medidas da velocidade do som no ar foram feitas no século XVII. Para isso, efetuava-se o disparo de um canhão a grande distância e media-se o tempo que decorria desde que se observava a

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chama até que se escutava o som do disparo. Dividindo a distância percorrida pelo tempo decorrido, obtinha-se uma velocidade aproximada [18].

A celeridade (c) ou velocidade de propagação das ondas sonoras no ar varia em função da temperatura, segundo a expressão (1).

𝑐 = 20,045√𝑇 (1)

Onde T é a temperatura em kelvin (K), podendo ser convertida para graus celsius (ºC) através da expressão (2)

𝑇(𝐾) = 𝑇(°𝐶) + 273,15 (2)

Ao contrário das ondas eletromagnéticas, que se propagam também no vácuo, as ondas sonoras propagam-se sempre num meio material. Muitas vezes esse meio é o ar, mas também pode ser um gás, um sólido ou um líquido [17].

Dependendo do meio, o som propaga-se em velocidades diferentes. No ar, o som propaga-se a uma velocidade de aproximadamente 340 m/s (Quadro 2.1). Nos líquidos e sólidos, a velocidade de propagação é maior, sendo cerca de 1500 m/s na água e 5000 m/s no aço [19].

Quadro 2.1 – Velocidade de propagação as ondas sonoras (adaptado de [16]).

Meio Celeridade (m/s) Ar (20 ºC) 343 Hélio 965 Água doce (17 ºC) 1430 Madeira 3750 a 4150 Aço 5050 Gesso cartonado 6800 2.2.2.2. Níveis de Pressão

Como já foi referido, a propagação do som ocorre devido à vibração do meio causada pela variação da pressão no ar. Desta forma, a variação de pressão é o elemento mais importante a ser medido, devendo tomar-se como referência a pressão atmosférica normal (Pat) que, na Terra, é aproximadamente 101.400

Pa (≈ 105 _{Pa) [16].}

O sistema auditivo humano consegue captar uma gama bastante alargada de variações de pressão que vão desde o limiar da audição (10-5 _{Pa) até ao limiar da dor (100 Pa). Uma pressão sonora de mais de}

aproximadamente 100 Pa é tão intensa que causa dor. A proporção entre esses dois extremos é de mais de um milhão para um [19].

Visto que a aplicação de uma escala linear em pascal conduziria ao uso de valores muito díspares e de um uso pouco prático, acrescido pelo facto do ouvido humano não responder de forma linear a esses estímulos, mas sim de uma forma quase logarítmica, é usual caracterizar-se uma fonte sonora usando o seu nível de pressão sonora (dB) [16].Um nível é basicamente uma fração, indicada como 10 vezes o logaritmo da razão entre dois números [20].

9 A conversão da escala linear em pascal para uma escala logarítmica, utiliza uma escala em bel, denominação atribuída em honra do cientista Alexander Graham Bell [16].

O nível de pressão sonora (𝐿𝑝) é calculado através da equação (3) 𝐿𝑝= 10 × 𝑙𝑜𝑔 ( 𝑝 𝑝0) 2 = 20 × 𝑙𝑜𝑔𝑝 𝑝0 (3)

Em que p é a pressão sonora (Pa) e p0 a pressão sonora de referência (2x10-5 Pa).

2.2.3. FREQUÊNCIA

2.2.3.1. Caracterização

Outra forma de analisar e caracterizar uma fonte sonora é analisando-a em termos de frequência. A frequência (f) é a rapidez com que as vibrações ou oscilações da fonte sonora ocorrem [22]. É definida como o número de vibrações completas num segundo [23], sendo a unidade de medida o hertz (Hz), em homenagem ao físico Heinrich Hertz (1857-1894) [24].

Um ser humano jovem e de audição normal ouve numa faixa audível que compreende as frequências a partir de 20 vibrações por segundo (20 Hz) até 20.000 vibrações por segundo (20.000 Hz), designada por gama audível [25]. Os sons de frequências inferiores a 20 Hz são denominados infrassons, enquanto os sons de frequências superiores a 20 kHz denominam-se ultrassons (Figura 2.2) [23]

Figura 2.2 – Gamas de frequências captadas pelo ouvido humano [26].

Muitos animais ouvem nas altas frequências, como é o caso do cão, do gato e, nos casos extremos os morcegos (que podem atingir os 98 kHz). Já nos infrassons, temos, por exemplo, os elefantes, os hipopótamos, as girafas e os rinocerontes [16].

No que diz respeito aos seres humanos, eles não conseguem ouvir frequências abaixo dos 20 Hz, se não estariam habilitados a ouvir o batimento do coração, o sangue a circular, o bater das pálpebras, entre outros. No entanto, a sensibilidade do ouvido humano também está dependente da intensidade sonora com que o próprio som é emitido [15].

É normal distinguir-se a gama do audível em três grandes zonas de frequências [16]:  Frequências graves (20 a 355 Hz);

10

 Frequências médias (355 a 1 410 Hz);  Frequências agudas (1 410 a 20000 Hz).

2.2.3.2. Bandas de Frequência

Uma banda é um agrupamento de frequências entre um limite inferior (f1) e um limite superior (f2),

caracterizada pela sua frequência central (f0) [16], segundo a seguinte equação:

𝑓0= √𝑓1𝑓2 (4)

A largura de banda (B) representa a diferença entre os limites superior e inferior (Equação.5): 𝐵 = 𝑓2− 𝑓1 (5)

As bandas frequentemente usadas em acústica de edifícios apresentam larguras de banda de uma 1/1 oitava ou de 1/3 de oitava, compreendidas dos 125 aos 2 kHz, e dos 100 aos 5 kHz respetivamente (Quadro 2.2).

Quadro 2.2 – Intervalos de 1/1 oitava e 1/3 de oitava normalizados no domínio audível (adaptado de [16]).

1/3 oitava (Hz) 1/1 oitava (Hz) 1/3 oitava (Hz) 1/1 oitava (Hz) 25 31 800 1k 31 1k 40 1250 50 63 1600 2k 63 2k 80 2500 100 125 3150 4k 125 4k 160 5k 200 250 6300 8k 250 16k8k 315 10k 400 500 12500 16k 500 16k 630 20k 2.2.3.3. Curvas de Ponderação

As curvas de ponderação são curvas de igual perceção subjetiva da intensidade sonora, escalonadas pela unidade fone. O fone é uma unidade que assume, por convenção, o valor numérico do respetivo nível de pressão sonora na frequência de 1.000 Hz (Figura 2.3) [16].

Por exemplo, um som com 50 Hz deve ser 15 dB maior do que um som de 1 kHz a um nível de 70 dB para dar o mesmo volume subjetivo (Figura 2.3) [22].

11 Figura 2.3 – Curvas de igual sensibilidade auditiva, em fone [27].

Desta forma, as curvas de ponderação são filtros digitais (introduzidos nos sonómetros) que fazem com que as frequências “recebam” valores diferentes na hora de fazer as medições. Ou seja, algumas frequências têm o nível de pressão sonora reduzido enquanto outras tem o seu nível mantido ou aumentado [28].

A razão por detrás dessa necessidade de atribuir “pesos” diferentes às diferentes frequências deve-se à audição humana. Os seres humanos escutam as frequências médias (à volta dos 2 kHz) melhor do que as frequências altas e baixas, o que faz com que uma leitura da média do nível de pressão sonora em todas as frequências não tenha a verossimilhança que se gostaria que tivesse com o nível que é percecionado pelo ouvinte. Desta forma, o processo de filtragem dos níveis de pressão sonoro são essenciais para a correção da sensibilidade dos equipamentos de medição [16], com o objetivo de tornar real a sonoridade numérica de um ruído.

Assim, surge a necessidade de simular a curva de resposta do ouvido humano durante as medições [28]. Existem quatro tipos de curvas de ponderação (Figura 2.4). Atualmente tem-se generalizado o uso do filtro A, sendo que os restantes filtros têm caído em desuso [29].

12

O nível sonoro é expresso em dB(A) ou indica-se por LA expresso em dB. Ele representa através de um

único valor, a energia acústica de um ruído filtrado por uma curva de ponderação A. Assim, a determinação de um nível sonoro passa pela soma algébrica dos valores corretivos do filtro A (Quadro 2.3) aos valores captados dos níveis de pressão sonora em dB, resultando na soma algébrica da globalidade das bandas de frequência, no nível sonoro em dB(A) [16].

Quadro 2.3 – Valores numéricos das ponderações da curva A para bandas de frequência de 1/1 e 1/3 de oitava na gama do audível (adaptado de [16]).

Bandas de Frequência (Hz) Ponderação A para 1/3 oitava Ponderação A para 1/1 oitava Bandas de Frequência (Hz) Ponderação A para 1/3 oitava Ponderação A para 1/1 oitava 25 -44,7 -40 800 -0,8 0 31 -39,4 1k 0 40 -34,6 1250 +0,6 50 -30,2 -26 1600 +1,0 +1 63 -26,2 2k +1,2 80 -22,5 2500 +1,3 100 -19,1 -15,5 3150 +1,2 +1 125 -16,1 4k +1,0 160 -13,4 5k +0,5 200 -10,9 -8,5 6300 -0,1 -1 250 -8,6 16k8k -1,1 315 -6,6 10k -2,5 400 -4,8 -3 12500 -4,3 -7 500 -3,2 16k -6,6 630 -1,9 20k -9,3

2.2.3.4. Ruído Branco e Rosa

Na realização de ensaios no âmbito da acústica de edifícios, são usualmente utilizados dois tipos de ruído: o Ruído Branco e o Ruído Rosa [4].

O ruído branco é aquele que se caracteriza por um espectro de igual energia em todas as frequências, numa escala dita linear. Se a escala for logarítmica e as frequências agrupadas em bandas, há um crescimento de 3 dB por oitava, ou 1 dB por 1/3 de oitava [16].

O ruído rosa é aquele que apresenta a mesma energia em todas as bandas de frequência, podendo ser representado por um segmento de reta numa escala logarítmica. Se a escala for linear, há um decréscimo

13 de 3 dB por oitava, ou 1 dB por 1/3 de oitava [16]. Isto faz com que as frequências mais baixas possuem um nível de pressão sonora maior do que as frequências mais altas [4].

A Figura 2.5 representa graficamente a definição dos dois tipos de ruído mencionados em escala logarítmica (por bandas de frequência) e em escala linear.

Na acústica de edifícios, são usualmente utilizadas as escalas logarítmicas. Assim, o ruído que apresenta uma energia constante em todas as bandas de frequência é o ruído rosa [4].

Figura 2.5 – Descrição linear e logarítmica do ruído branco e rosa [16].

2.2.4. TEMPO DE DURAÇÃO

O tempo de duração de um ruído é também um fator importante na sua análise e caracterização. A instabilidade temporal dos níveis de pressão sonora da generalidade dos ruídos obriga a que, para descrever um fenómeno sonoro se recorram a descritores com intervenção do fator tempo [16].

O nível sonoro contínuo equivalente (Leq) é o indicador básico de ruído. Este é o principal parâmetro

descritor energético que se define como um valor equivalente ao valor que seria necessário ocorrer constante durante um intervalo de tempo para produzir a mesma energia que o som que se deseja avaliar [17].

Pode-se obter o valor do nível de pressão sonora contínuo equivalente num dado intervalo de tempo recorrendo à seguinte expressão:

14 𝐿𝑒𝑞= 10 × 𝑙𝑜𝑔 [ 1 𝑇∑ 𝑡𝑖 𝑁 𝑖=1 × 10 𝐿𝑖 10] (6) 𝑇 = ∑ 𝑡𝑁𝑖 𝑖 (7)

Onde T é o tempo total, ti os períodos de funcionamento e Li o nível de pressão sonora (dB).

Os níveis sonoros são medidos com um sonómetro, que também calcula o nível médio para um determinado intervalo de tempo [31].

A perceção do ruído depende das pessoas, dos momentos e dos locais. É por isso que é difícil determinar objetivamente a incomodidade. Para a Organização Mundial de Saúde, para evitar incomodidade elevada, o ruído ambiente exterior no período diurno na proximidade de edifícios de habitação deve situar-se abaixo de 55 dB(A). No período noturno, para evitar distúrbios no sono, o ruído ambiente no interior nos quartos não deve exceder os 30 dB(A) [31].

2.3. PERCEÇÃO DO SOM

2.3.1. INTRODUÇÃO

O som propaga-se desde a fonte sonora até aos ouvidos através de um meio material. Para isso são necessárias três condições básicas para que possa haver uma experiência acústica (Figura 2.6) [32]:

 Um emissor (ou fonte sonora);

 Um meio de transmissão onde o som se propaga;  Um recetor.

Figura 2.6 – Diagrama esquemático da experiência acústica (adaptado de [32]).

Na ausência de um recetor não é possível haver um fenómeno acústico daí a extrema importância do ouvinte e o seu sistema auditivo para captar e interpretar a mensagem sonora. Nos seguintes subcapítulos será estudado o funcionamento do mesmo e como os seus mecanismos se processam, bem como a relevância de uma audição binaural para uma correta e natural perceção do som.

A perceção que um determinado indivíduo tem do ambiente sonoro que o rodeia envolve um grande número de fatores como por exemplo as características físicas da fonte sonora, as características do elemento separador entre a fonte sonora e o ouvinte, a distância entre a fonte sonora e o ouvinte, assim como a natureza subjetiva do ser humano ao som [33].

A audibilidade tem o objetivo principal definir os limiares de dor e de audição do ser humano. A Figura 2.7 representa a variação em frequência da gama auditiva do ser humano. Esta é limitada inferiormente pelo limiar de audição e superiormente pelo limiar da dor. Existe uma zona central onde se encontram os sons mais comuns, como é o caso da música, e uma zona mais centralizada do núcleo onde se encontra o domínio da palavra [34].

15 Figura 2.7 – Variação em frequência da gama auditiva [35].

O nível excessivo do ruído ambiente é responsável por gerar diversos problemas na saúde das comunidades. Considera-se que quando esse ruído ultrapassa os 70 ou 75 dB, o corpo humano começa a reagir fisicamente, mentalmente e até mesmo emocionalmente [16].

A Organização Mundial da Saúde (OMS) recomenda os limites de exposição ao ruído, assim como definiu os efeitos adversos deste para a saúde humana [35]. Os efeitos negativos causados pelo ruído na saúde humana podem ser divididos em três categorias principais: psicológicos, sociais e fisiológicos, podendo manifestar-se de forma direta ou indireta e originar diversas doenças, ou até mesmo morte em último caso.

Como já referido anteriormente e atendendo a tais efeitos adversos, a OMS recomenda que nas áreas residenciais o nível sonoro contínuo equivalente no exterior não ultrapasse os 55 dB(A), por forma a não originar qualquer ocorrência de stress e desconforto auditivo [36]. Infelizmente, a realidade das cidades urbanas atuais, é que o ruído a que as populações se encontram sujeitas, constitui um preocupante problema de saúde pública mundial.

2.3.2. SISTEMA AUDITIVO

A audição é um dos cinco sentidos humanos, sendo o ouvido o órgão responsável pela audição. Neste recebe-se as ondas sonoras que viajam pelo ar, transformando-as primeiro em vibrações mecânicas e em seguida em impulsos nervoso elétricos que são enviados ao cérebro e interpretados como sons [37]. Antes de nascer, o ser humano já possui o sentido da audição, pois no feto, o ouvido interno desenvolve-se até à nona desenvolve-semana de gestação [38].

O ouvido encontra-se situado num espaço oco do osso temporal do crânio e é composto por três secções separadas, como é possível observar na Figura 2.8 [16]:

 O ouvido externo (pavilhão da orelha, canal auditivo e tímpano);  O ouvido médio (ossículos: martelo, bigorna e estribo);

16

Figura 2.8 – Anatomia do ouvido humano (adaptado de [40]).

O ouvido externo canaliza as vibrações do ar que transportam o som até ao tímpano. Este apresenta uma estrutura cartilaginosa no pavilhão da orelha, cuja forma ajuda na receção dos sons. [41].

No tímpano, a membrana transmite essas vibrações a três ossículos que se localizam no ouvido médio, de modo a permitir a passagem das ondas sonoras do meio aéreo para o meio líquido. Estes, por sua vez, retransmitem as vibrações a uma membrana vinte vezes mais pequena, a janela oval, que este conjunto responsável por amplificar o som [42]. Além disso, o ouvido médio está ligado com a garganta através da trompa de Eustáquio, com o objetivo de equilibrar a pressão [16].

No ouvido interno, as vibrações atingem a cóclea, que é um canal em forma de caracol cheio de um líquido claro, denominado de perilinfa. Aí existem duas ligações flexíveis com o exterior: a janela oval e redonda [16]. A cóclea constitui o órgão sensorial terminal do mecanismo da audição, onde a vibração associada ao estímulo sonoro é convertida num estímulo de natureza eletroquímica, que posteriormente irá ser interpretada pelo córtex cerebral [42]. A sensação sonora depende assim, do número de células ativadas e a forma com estas são estimuladas. Cada frequência sonora estimula umas células mais do que outras e cada som produz uma estimulação característica dos centros nervosos, a audição [41].

2.3.3. AUDIÇÃO BINAURAL

A audição natural procede-se de forma binaural, no qual o indivíduo escuta naturalmente pelos dois ouvidos [43]. Estes funcionam de maneira coordenada para transmitir informação ao cérebro, que descodifica os estímulos e os interpreta como sendo sons.

Este processo permite melhorar a perceção da localização da fonte sonora, bem como compreender melhor a fala. Isto ocorre pela habilidade que o processamento auditivo central possui em integrar as informações quando estas são captadas por ambas as orelhas. Há uma sensibilidade igual nas duas orelhas e o limiar auditivo binaural é melhor 3 dB do que o monaural [43].

Quando uma fonte sonora se encontra diretamente na frente ou atrás do recetor, o som chega às orelhas ao mesmo tempo. No entanto, quando a fonte sonora vem de uma outra direção, este chega a cada ouvido em tempos diferentes, devido à diferença da distância que cada ouvido tem em relação à fonte. Aí os

OUVIDO EXTERNO

OUVIDO INTERNO

17 neurónios respondem especificamente à diferença temporal e de intensidade dos estímulos, sendo a sua presença fundamental para a audição binaural [44].

Igualmente acontece com as gravações áudio, onde a utilização de gravações binaurais, em comparação com a utilização de gravações monaurais, permite uma melhor e mais realista captação do som para que, a posteriori o ouvinte possa se sentir imerso no ambiente real (recomendação na Norma ISO 12913-2) [45].

2.4. ACÚSTICA DE EDIFÍCIOS

2.4.1. INTRODUÇÃO

A influência da acústica nos edifícios pode ser observada através dos anfiteatros romanos em comparação com os edifícios modernos em que se vive hoje em dia. A grande diferença, no entanto, entre a vida na Roma antiga e a vida atual moderna, é a presença de ruído num número cada vez mais elevado de fontes, de vizinhos, tráfego e indústria [46].

Com a melhoria dos padrões de vida das pessoas e, consequentemente, o aumento das preocupações relacionadas com o acréscimo dos níveis de ruído, em especial nos grandes centros urbanos, o problema da proteção acústica dos edifícios tem vindo a ganhar ênfase nos últimos anos [47]. Desta forma, os requisitos para a saúde, meio ambiente e desempenho do isolamento sonoro de edifícios tem vindo a aumentar [46].

Assim, o conhecimento do comportamento do som no interior de um compartimento é extremamente importante para adaptar corretamente esse mesmo compartimento à palavra ou música, assim como atenuar o ruído vindo de outro local.

2.4.2. REFLEXÃO E ABSORÇÃO

A pressão sonora num espaço depende das características das fontes sonoras, das características da envolvente, nomeadamente a absorção sonora, a reflexão e a transmissão para outros locais (Figura 2.9).

Figura 2.9 – Influencia das características envolventes na propagação do som [41].

A absorção sonora é a propriedade que determinados materiais dispõem, de poderem transformar parte da energia sonora que incide sobre eles numa outra modalidade de energia, habitualmente a térmica [16]. Esta propriedade é caracterizada através do coeficiente de absorção sonora (α), que varia entre 0 e