ApostilaACÚSTICA

7/24/2019 ApostilaACSTICA

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ARQUITETURA E URBANISMOAlfredo Coelho ARQUITETO E URBANISTA

ACSTICA

A acstica o ramo da fsica que estuda o somque um fenmeno ondulatrio causado pelos

mais diversos objetos e se propaga atravs deondas longitudinais nos diferentes meiosmateriais e estados fsicos da matria. A acsticacomo cincia abrange diversas disciplinas etambm, submetida por estas diversasdisciplinas.

A acstica est dividida entre emissores de som,meios de transmisso e propagao e os

receptores. Estes meios so estudados pela acstica que os mede, e elabora instrumentos,grficos e tabelas, fornecendo para os diversos ramos das cincias, os dados necessrios paraa utilizao e aproveitamento dos sons, bem como seus efeitos e meios de propagao.

So vrios os ramos cientficos que estudam as propriedades acsticas, a propagao do some os mais diversos efeitos. Entre estes se destacam:

ACSTICA NA MSICA

A observao de que a altura do som produzidopor uma corda vibratria varia com o seucomprimento atribuda a Pitgoras (sculo VI

a.C.) descoberta que o levou da escala musical,em que ainda se baseia a msica ocidental.

Na msica, a acstica muito importante, porquesem o estudo da acstica no possvel odesenvolvimento e o processo de criao artstica.Sem o estudo do som e das combinaes sonoras,harmonia, interaes entre as notas musicais amsica no existe.

ACSTICA NA MEDICINA

Na fisiologia humana, a medicina e afonoaudiologia so as reas que mais estudam osefeitos da acstica, tanto os efeitos benficosquanto os efeitos malficos. As pregas vocais e osistema auditivo humano so os focos de interessenestas reas.

Alm disso, a medicina usa diferentes mtodosacsticos para aliviar dores, destruio de clculos,e os mais diversos tratamentos e diagnstico

mdicos, a exemplo do som, do ultrassom, bem como o estetoscpio.


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ENGENHARIA ACSTICA

A engenharia acstica o ramo das cincias que temcomo finalidade estudar as formas de controle e de

reproduo de fenmenos acsticos, nos diversosmeios. A engenharia acstica est presente nas maisdiversas situaes prticas no que se refere acsticacomo: - controle de rudo industrial, controle de rudoambiental, clculos e controle no mbito de acsticaarquitetnica, clculos e controle no mbito de eventosmusicais, controle de vibraes em mquinas eequipamentos, reproduo, arualizao1e sntese defontes sonoras, e assim por diante.

Hoje no Brasil, s oferecido um nico curso de Engenharia Acstica, na Universidade

Federal de Santa Maria no Rio Grande do Sul. No entanto, devido a grande importncia,vrias pesquisas em engenharia acstica vm sendo conduzidas em muitas universidadesbrasileiras.

ACSTICAFSICA

A acstica fsica investiga a forma como a energiasonora se transmite atravs dos meios materiais depropagao, seus efeitos e interaes com osdiversos meios: slido, lquido, gasoso e plasma.

No espao livre, a intensidade de energia da ondasonora diminui na medida em que ela se afasta dafonte sonora.

A unidade de grandeza fsica relacionada ao som Bell, em homenagem a AlexanderGraham Bell, porm como um valor muito grande costuma-se usar o Decibel - dB quecorresponde a um dcimo do Bell. Um dos fenmenos observados pela acstica fsica : sedobrada a distncia entre a fonte e o receptor, a intensidade do som cai 6 dB em campo

livre considerando uma fonte pontual, e 3 dB considerando uma fonte de linha sobre um

plano refletor. Uma fonte sonora produz variaes de presso no ar, diminuindo suadensidade, comprimindo-o numa onda progressiva, cujo formato esfrico se move velocidade de 340 m/s.

Numa sala fechada, a onda sonora refletida vrias vezes pelas paredes, teto, soalho e aintensidade fica mais ou menos invarivel (exceto, junto da fonte sonora, onde maior). Osom no se propaga no vcuo e tem velocidades diferentes em meios fsicos diferentes.

Nesta rea da acstica diversos conceitos assim como frmulas matemticas so utilizadosna resoluo dos problemas. A acstica fsica base para qualquer cincia que lide com osfenmenos oriundos do estudo do som.


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PSICOACSTICA

Sendo uma subdisciplina da psicofsica apsicoacstica estuda a relao entre estmulos

sonoros e as sensaes auditivas produzidas pelosom audvel pelo ser humano (se a pressosonora for de 0,00002 ou (2 10)Pascal (Pa) a200ou 2 10Pa, e se a frequncia for entre 20a 20000 Hertz (Hz), decorrentes destesestmulos.

Entre 600 e 4000 Hz a sensibilidade auditiva mxima, e vai diminuindo significativamenteabaixo ou acima desses limites. A presso de0,00002 Pa (menor presso sonora que produz

uma sensao auditiva) corresponde a 0 dB e amaior presso sonora audvel que de 200 Pacorresponde a 140 dB.

A quantificao das sensaes auditivasestabelece relaes matemticas entre os estmulos acsticos e as sensaes auditivas.

Para medir as sensaes auditivas a psicoacstica usa mtodos de medio psicolgica e demedio fsica. Os mtodos de medio psicolgica quantificam as sensaes auditivas apartir dos relatos ou reaes psicolgicas do ouvinte.

ACSTICA AMBIENTAL

Os emissores de rudos que mais preocupam osespecialistas em acstica ambiental so osrudos areos, rudos rodovirios, ferrovirio eos rudos gerados por equipamentos que afetamreceptores muitos sensveis, tais comohabitaes, escolas, hospitais, reas verdesprotegidas, etc. As leis, em diversos pases,assim como em muitos municpios, aqui naBrasil preveem limites de exposio ao rudopara estes receptores. O rudo ambiental deveser monitorado e de modo a estar emconformidade com os limites da lei. Asmedidas direcionadas a reduzir asconsequncias.

Nem sempre os parmetros das leis soeficientes o bastante para minorar os efeitos dos rudos. E a alternativas, como a introduode barreiras

acsticas entre as fontes e os receptores (arborizao, confeco de taludes etc.)devem ser testadas. Em muitos casos as alternativas adotadas no meio ambiental fsico noproduz a mitigao esperada e o receptor (habitaes, escolas, hospitais, etc.) que sofre as

medidas para minorao dos efeitos do rudo com a introduo de janelas de painel duplo,criao de brises e toldos (que funcionam como refletores sonoros) ou outras solues maissofisticadas.


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ACSTICA ARQUITETNICA

A acstica arquitetnica a rea que sedireciona ao estudo do condicionamento

acstico de certos ambientes como: escritrios,igrejas, salas de aula, teatros, auditrios, salasde concerto ou salas de conferncia, ou outrosambientem mais, como os estdios degravaes.

Para realizar o estudo acstico dos ambientesfaz-se uso dos conceitos fsicos da acsticaFsica que estuda a produo do som, bem coma sua propagao e recepo, e da

Psicoacstica que estuda o modo como o homem percebe o som em seu entornorelacionando-o aos seus efeitos subjetivos, direcionados satisfao ou insatisfao. Ummesmo som pode ser agradvel para uns (musicalidade) e desagradvel para outros (rudo),dependendo do estado psquico ou preferncia musical de quem ouve. O isolamentosonoro nas edificaes em geral, assim como nos projetos urbansticos, importante paraminimizar a propagao de sons indesejados e assim minimizar os efeitos psicologicamente,negativos dos mesmos sobre os ouvintes.

Vimos anteriormente que o som tm nveis de percepo entre 20 e 20000 Hz para os sereshumanos, que so bem diferentes dos nveis de percepo para outros animais. Abaixo de 20Hz so considerados os infrassonse acima de 20000 Hz os ultrassonse, somente entre estes

limites que se encontra a capacidade aditiva do ser humano.

A maioria dos animais tem comportamento auditivo diferente da do ser humano: morcego,

co, gato etc.Intervalo de Percepo do Som Por Alguns Animais

Animal Intervalo de Frequncia AudvelCo 15 Hz 50000 HzElefante 10 Hz 10000 HzGato 60 Hz 65000 HzGolfinho 10 Hz 240000 HzMorcego 1000 Hz 120000 HzSer humano 20 Hz 20000 Hz

Os parmetros que compreende a acstica de ambientes j existem e foram obtidos atravsde tcnicas experimentais ao longo dos anos. Hoje comum usar modelos computacionais


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para definio de projetos e simulaes dos fenmenos da acstica.

Quando se tem um ambiente que j utilizado pode-se at fazer uma avaliao subjetiva daacstica do ambiente, atravs de entrevistas com os usurios de tais ambientes a ttulo de

pesquisas para utilizao em outros ambientes semelhantes fisicamente. de grandeimportncia que estas entrevistas sejam combinadas com medies locais, assim como o usode simulaes computacionais, para que se tenha um nvel melhor de segurana entre osdados objetivos os dados subjetivos da acstica no local.

Alguns exemplos da Acstica Arquitetnica so os estdios de gravao, as conchasacsticas de teatro ao ar livre, a acstica em igrejas, a acstica em teatros e auditrios emgeral.

Os animais percebem o som atravs das orelhas que so portadoras de rgos apropriadospara a finalidade. O ser humano que o motivo principal da Acstica Arquitetnica

experimenta a sensao de ouvir conforme descrito na figura abaixo:

SENSAO SONORA

Acstica Fsica no Estudo da Acstica Arquitetnica

Em qualquer estudo que envolva conceitos da AcsticaFsica, devemos comear pelo conceito de ONDAS, queso uma sequncia peridica de pulsos.

Quando fixamos a extremidade de uma corda e aesticarmos e na outra extremidade promovemosmovimentos para cima e para baixo com fora emintervalos de tempos iguais ns temos um exemplo depulso. Na propagao de um pulso existe o transporta


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energia, mas no h a transferncia de matria.

A sequncia de pulso gera um movimento chamado de onda que geometricamente representado por uma senide, conforme vemos na figura seguinte.

COMPONENTES DA ONDA

Amplitude(A): o deslocamento mximo ocorrido dentro de um ciclo, isto : a distnciaentre a crista e o nvel de equilbrio (nvel mdio) ou entre este e o vale.Comprimento de onda(): a distncia mnima que um padro temporal da onda, ou seja,um ciclo se repete, ou seja, a distncia entre duas cristas ou dois vales consecutivos.Crista: Pontos de maior intensidade, o topo da onda.

Vale: Pontos de menor intensidade da onda.Nvel de Equilbrio(Nvel Mdio): linha que divide ao meio, a distncia entre a crista e ovale.

PERODO E FREQUNCIAO tempo decorrido entre duas oscilaes consecutivas chamado perodo(T), o perodo medido em segundos(s). A quantidade de oscilaes ocorridas na unidade de tempo chamada de frequncia(f), a frequncia medida em hertz (Hz).

Tomando-se e temos que o nmero de oscilaes dadas em um segundo e otempo necessrio para uma oscilao.

Deste modo podemos armar o sistema: 11 = 1e concluir que =


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VELOCIDADE DO SOM

Como a equao horria do movimento retilneo e uniforme : = + = =

Como no nosso caso = e = temos = :Sendo = e =

1 de =

que resulta em:

= eeee cideadacideadacideadacideada a ela fdaeal da a ela fdaeal da a ela fdaeal da a ela fdaeal da dadadada....Os dispositivos que produzem ondas sonoras so chamados de fontes sonoras.

O som no se propaga no vcuo, isto : O som precisa de um meio material para se propagare, quanto mais prximas, uma das outras, as partculas que compe um meio estiverem maisrapidamente ser a propagao da onda sonora neste meio. De onde podemos concluir que avelocidade do som maior nos slidos e menores nos gases ficando numa posiointermediria para os lquidos.

> >

Alm da concentrao das partculas do meio, a velocidade do som tambm pode variar coma temperatura, altitude, bem como, no caso da gua, com a profundidade e ou at mesmocom a salinidade.

Tabela da Velocidade do Som no nvel do mar na temperatura mdia aproximada de 20C

Meio MaterialVelocidade

(m/s)Borracha 54

Ar 340gua 1500

Alumnio 5000Ao 5900

Granito 6000

Exerccio 01.

Uma fonte sonora emite 10ciclos de onda em 5segundos. Sabendo que o comprimento deonda igual a 30 centmetros calcule o perodo, afrequncia e a velocidade dessa onda.

Exerccio 02.

Na figura ao lado temos a representao de uma ondasonora que se propaga com velocidade de 25 /.Determine sua amplitude, seu comprimento, suafrequncia, seu perodo.

Exerccio 03.

Uma fonte sonora emite uma onda de comprimento de onda igual 5,0 no ar, onde avelocidade de propagao de 340 /. Verificar se essas ondas so audveis pelo serhumano.


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Exerccio 04.

Uma onda sonora produzida por uma fonte na razo de 2,5 oscilaes em cada 10segundos. Calcule a sua frequncia e o seu perodo.

Exerccio 05.Num municpio, pelo seu Plano Diretor Urbano, uma pedreira s poder se estabelecer,numa distncia fora de um raio de 20 km a partir da praa central onde se localiza aPrefeitura. Entretanto numa manh em que a temperatura estava a 20C, uma exploso vindade uma pedreira, recentemente inaugurada, ouvida, nesta praa, 50 segundos aps ser vistoo claro da exploso. Nestas condies podemos afirmar que a pedreira est funcionandolegalmente e de acordo com o Plano Diretor Urbano do municpio.

Exerccio 06.

Suponha que uma criana submersa num lago, em que a temperatura da gua de 20C, bata

uma pedra, em outra pedra, repetidas vezes, num total de 25 batidas em 2,5 segundos. Qual ocomprimento e o perodo, da onda emitida pelas pedras e quanto tempo se passa para queuma pessoa situada a 450 metros da criana oua o som emitido pela primeira percusso?

FENMENOS SONOROS

No instante em que uma onda sonora encontra um obstculo, isto quer dizer, uma superfcieou barreira (obstculo) de separao entre dois meios fsicos pode ocorrer, simultaneamenteou no, um dos fenmenos: Reflexo, Refrao, Difrao ou Absoro.

REFLEXO

O som retorna ao meio fsico de origem aps atingir o obstculo rgido. Observando-se que ongulo de incidncia da onda sonora, em relao ao obstculo igual ao ngulo de reflexoda mesma.

Quando o som emitido num ambiente fechado, como uma sala. Um ouvinte pode seratingido diretamente por parte deste som, (o som direto), ou ser atingido pela parte que refletida pelas paredes e teto, (o som refletido).

O tempo de durao do pulso sonoro ao atingir um ouvido (tempo de remanescncia) iguala um dcimo de segundo(0,1s). Dependendo desse

tempo, a Reflexo d origem atrs outros fenmenossonoros: Reforo do som,Reverberao e Eco.

Quando o som refletido chegaao ouvinte, praticamente ou nomesmo instante que o som

direto diz-se ento que houve um reforo do som. Tempo muito inferior a (0,1), quase nulo.Quando o som refletido chega ao ouvinte no instante em que o efeito do som direto est se

extinguindo temos o fenmeno chamado de Reverberao, Tempo um pouco inferior a(0,1). J se se o som refletido atinge o ouvinte depois da extino do som direto ofenmeno chamado de Eco, tempo superior a (0,1).


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Nota:

Quando ocorre o eco, o som percorre uma distncia de ida e outra igual, de volta, isto , odobro da distncia entre a fonte e o obstculo. Sendo a velocidade do som dada pela frmula

=

. Sendo o seu valor no ar igual a 340m/s, como o tempo limite mnimo de 0,1s parair, igual ao tempo 0,1s de volta temos: 340 = 2 , 10 =

, = 0,1 10.

= 1,0m que a distncia mnima entre a fonte e um obstculo para que possa acontecerum eco.

REFRAO

Ocorre refrao quando o som passa de ummeio fsico inicial para um segundo meiocom caractersticas fsicas diferentes do

meio fsico inicial, havendo variao navelocidade e no comprimento da ondasonora, porm sem variao na frequncia. Arefrao das ondas sonoras muitodificultada pela espessura do meio fsico(obstculo) ou mesmo pela densidade domaterial que compe este meio.

Qualquer material retm uma parte do somna refrao, porque esta vem sempre acompanhada da reflexo e da absoro. Por este fato osom refratado mais fraco que o som emitido por uma fonte.

DIFRAO

o fenmeno que permite que uma ondasonora contorne um obstculo encontradodurante a sua propagao. Neste processo huma mudana na direo da propagao daonda sonora devido passagem peloobstculo que a mesma est transpondo.

este o fenmeno que permite ouvirmos o

som de um rdio num local da casa diferentede onde est o rdio.

Quanto maior a razo entre o comprimento de onda, as dimenses do obstculo maior ser adifrao.

ABSORO

O som absorvido pelo obstculo podendo at ser extinto.

Ocorre uma absoro quando uma onda atinge um obstculo qualquer e deposita parte de suaenergia sonora ali naquele obstculo, deste modo, a parte refletida e a parte refratada;somadas tm intensidade menor que a intensidade inicial. Normalmente, a parcela da energiaque absorvida transformada em calor.


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INTERFERNCIA

Principio da Superposio: - se d no intervalo de tempo em que dois pulsos interagementre si ficando superpostos. Se na superposio a amplitude aumenta diz-se ser uma

interferncia construtiva, caso contrrio, dizemos ser uma interferncia destrutiva.Num plano, considerando-se duas fontes sonoras F1 e F2 emitindo, em fases, ondas sonorasde mesma amplitude e mesmo comprimento de onda. Quando h a superposio de duascristas ou de dois vales a amplitude aumenta, pelo princpio da superposio caracteriza umainterferncia construtiva. No caso de acontecer a superposio de um vale e uma crista ainterferncia chamada de destrutiva.

Considerando um ponto P e duas Fontes Sonoras F1 e F2 em que, como j vimos, elas devemapresentar comprimento de onda e a amplitude iguais,isto : = e= .

No ponto P, = .Se ocorrer uma interferncia construtiva, teremos:

= , em que a = 0, 2, 4, 6...

Se ocorrer uma interferncia destrutiva, teremos:

= , em que ia = 1, 3, 5, ...

Exerccio 07.Na entrada de uma caverna dado um grito alto e 6 segundos aps ouve-se o seu eco.Determine o comprimento desta caverna sabendo que a velocidade do som no ar de340m/s.

Exerccio 08.

Num determinado meio B, a velocidade do som de 720m/s, e uma onda sonora passa domeio A para o meio B. Determine a frequncia e o comprimento dessa onda no meio Bsabendo que no meio A, a velocidade do som 340m/s e o comprimento da onda era de0,680 metros.

Exerccio 09.A velocidade de propagao do som na gua de 1500m/s. Qual a menor distncia para que


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uma pessoa submersa perceba o eco de uma onda sonora, por ela mesma, emitida?

Exerccio 10.

Duas fontes sonoras F1 e F2, emitem ondas

sonoras a razo de 850 ciclos em 5 segundos, gerando ondas sonoras com velocidade de 340m/s.Sabendo que as fontes esto em concordncia defase e situadas em relao a trs ouvintes P, Q e R,conforma a figura dada ao lado, verifique onde ainterferncia construtiva e onde destrutiva.

Exerccio 11.

Dadas duas fontes sonoras (alto falantes) F1 e F2 e os

pontos P e Q que so os ouvintes. Se elas esto namesma frequncia e em fase de modo que as ondassonoras so emitidas na frequncia de 850Hz e comvelocidade de 340m/s vamos verificar onde o som ouvido com intensidade mxima e onde ele ouvidocom intensidade mnima.

ALTURA DO SOM

Um som pode ser mais fechado e baixo(grave) ou mais aberto e alto(agudo). A altura acaracterstica do som que se relaciona com afrequncia da onda sonora.

Foi visto anteriormente, que o som tm nveis de percepo entre 20 e 20000 Hz para osseres humanos. Os sons com frequncia abaixo de 20 Hz so sons muito baixos e sochamados de infrassons,os sons com frequncia acima de 20000 Hz so sons muito altoseso chamados de ultrassons.

INTENSIDADE DO SOM

A quantidade de energiaque uma onda sonora transmite o que chamamos de Intensidadedo Som,o que significa que: quanto maior a intensidade,mais forteser o som, bem como,tambm, ser maior o seu volume. J o som fracoter menor intensidadee menor volume.

= . No sistema internacional a potencia dada em Watt (W) e a rea em metroquadrado (m) e I (W/m2)

Na onda sonora a intensidade do som est diretamente relacionada com a sua Amplitude:quanto maior a amplitude mais forte o som, quanto mais fraco for o som, menor ser a sua


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frequncia, como podemos observar na figura seguinte.

Quando estamos mais prximo da fonte sonora

dizemos que o som forte, caso contrrio, dizemosque o som fraco. No primeiro caso a presso daonda sonora em nossa orelha maior: o som forte. Quando o som fraco, a presso menor. Aorelha do ser humano detecta sons com aintensidade variando de = 10/ (limiarda audibilidade) a I = 1,0/(limiar da dor).

O nvel de intensidade sonora matematicamente dado por:

= 10

N nvel de intensidade sonora em (dB) decibel: um dcimo do Bell que unidade daintensidade sonora.

A tabela abaixo mostra alguns eventos a intensidade e o nvel sonoro.

Exerccio 12.

Numa fiscalizao de rotina foi medida a intensidade fsica do som, num salo de baile, eencontrou-se o valor 10/. Deste modo se a leitura fosse feito com o auxlio de umdecibelmetro qual seria a leitura encontrada em decibis?

Exerccio 13.

Uma sirene produz um som cujo nvel intensidade sonora de 90 dB, no ar. Neste caso a

intensidade sonora de:

a. 10/ b. 10/ c. 10/ d. 10/

EventosIntensidade

(W/m)Nvel Sonoro

(dB)Limiar da audio

humana 10 0Pessoas sussurrando

10 30Pessoas conversandonormalmente 10 60Rua movimentada

10 70Liquidificadorfuncionando 10 90Show de rock

10 110Limiar da dor

1 120Decolagem de avio a

jato

10 140

Fonte: Fsica 2 Editora tica - Guimares, Piqueira, Carron.


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Exerccio 14.

Dada a figura abaixo com os nveis sonoros em (dB) calcule as intensidade em W\m,correspondentes de cada um deles sabendo que a intensidade para o limiar da audio de10/.

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