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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




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


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”.

Albert Einstein (1879-1955)

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.)




Dezembro/2010


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


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..................................................................................... 6

2. 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

Apêndice C: Manual para uso do Free SEA ............................................................ 67

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

Potência dissipada pelo subsistema 2

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

Índice de redução sonora para fachadas

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.

Figura 1. Curvas de critério de ruído (ABNT, 1987).

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 freqüências diferentes de 500 Hz (SILVA, 1997).

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.

Figura 3. Curva de perda de transmissão para uma parede simples (GERGES,1992)

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 são caracterizadas 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;

R’W,1= Coeficiente do material que apresenta maior isolamento;

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 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);

T é o tempo de reverberação da sala receptora (segundos).

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):

1) Sistema é a parte do sistema físico que está sendo modelada;

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;

= Velocidade rms.

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.

η η

η

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 η η

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).

NPS2 = Nível de Pressão Sonora na Câmara 2 (recepção).

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.

Figura 6. Residência 1 (Própria, 2010)

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.

Figura 6.1. Planta da Residência 1

46

Para a medição do coeficiente de isolamento da fachada utilizou-se o ruído de

tráfego como fonte externa e o espectro deste ruído é apresentado na Figura 6.2.

Foram realizadas medidas na partição 1 (quarto1 para quarto 2) e na partição

2( quarto 2 para sala).

Os valores dos coeficientes de isolamento acústico medido e simulado, com a

utilização do Free SEA para as divisórias internas avaliadas, são apresentados na

Tabela 4.

Tabela 4. Resultado da avaliação do ruído entre cômodos na residência 1

Partição R’W medido dB (A) R’W simulado dB (A)

1 29 30

2 28 30

Figura 6.2. Espectro de frequências para ruido de tráfego- Residência 1

Observando-se os valores dos coeficientes de isolamento acústico na Tabela 4,

verifica-se uma grande proximidade entre os coeficientes medidos e os simulados para

as partições avaliadas. Isto leva a conclusão de que o Free SEA apresentou um bom

desempenho na predição do isolamento ao ruído aéreo entre os cômodos desta

edificação.

47

Verificou-se também que os coeficientes medidos nas partições internas

apresentaram valores abaixo dos aceitáveis, se comparados com os exigidos pelas

normas internacionais, como a DIN 4.109 (DIN, 1989), que prescreve para o

isolamento entre os cômodos internos avaliados um valor de R’w, (índice de isolamento

de ruído) recomendado de 37 dB(A) e um valor mínimo de 32 dB(A).

Quanto ao valor da avaliação do ruído na fachada R’tr,s,w

foi encontrado o valor

de 22 dB(A). O índice de isolamento medido mostrou-se inaceitável quando

comparado com os prescritos pelas normas internacionais como a DIN 4.109 (DIN,

1989), que tem seus valores apresentados na Tabela 5. Estes valores são estipulados

em função do ruído externo. Neste caso pode-se observar que o valor obtido na

medição de 22 dB(A), está bem abaixo do mínimo exigido, mesmo para regiões

silenciosas, que é de 30 dB(A).

Quando este valor de 22dB(A) é comparado com o que a norma exige para o

local, considerando que o ruído externo medido na região foi de 73,6 dB(A), este se

mostra ainda mais deficitário, pois neste caso a norma recomenda um coeficiente de

isolamento mínimo de 45 dB(A).

Tabela 5. Níveis de referência exigidos pela DIN 4109

Ruído Externo Dormitórios, Salas de estar ou de aula

LAeq – dB(A) R’W – Mínimo da fachada dB(A)

Até 55 30

56 até 60 30

61 até 65 35

66 até 70 40

71 até 75 45

76 até 80 50

Fonte (DIN, 1989)

48

6.2 Residência 2

Apartamento localizado no condomínio felicidade, no bairro Santa Cruz da

Serra em Duque de Caxias, apresentado na figura 6.3.

Figura 6.3. Residência 2 (Própria, 2010)

Residência de paredes internas e externas compostas por alvenaria de tijolos

de 6 furos em pé, ambas com reboco dos dois lados, lajes de concreto e portas

internas de compensado de madeira, com espessura de 35 mm. As janelas são de

ferro e vidros simples.

As dimensões da residência são apresentadas na figura 6.4.

49








Tabela 6.

50



1 28 27

2 27 25

Figura 6.5. Espectro de frequências para ruido de tráfego – Residência 2


constatou-se uma grande proximidade entre os coeficientes medidos e os simulados

para as partições avaliadas, isto leva a conclusão que o Free SEA apresentou um bom

desempenho na predição do isolamento ao ruído entre os cômodos desta edificação.

Verificou-se, também, que os coeficientes medidos nas partições internas

apresentaram valores abaixo dos aceitáveis se comparados com os exigidos pelas






de 19 dB(A).

Quando estes valores são comparados com o que a norma exige para o local,

considerando que o ruído externo medido na região foi de 69,2 dB(A), este se mostra

51

ainda mais deficitário, pois neste caso a norma recomenda um coeficiente de

isolamento mínimo de 40 dB(A).

6.3 Residência 3

Casa localizada no bairro Santa Cruz da Serra em Duque de Caxias,

apresentado na figura 6.6.

Figura 6.6. Residência 3 (Própria, 2010)

Residência de paredes internas e externas compostas por blocos de concreto,

ambas com reboco dos dois lados. O teto é composto por forro de lambri de madeira

recoberto por telhas de concreto. As portas internas são de compensado de madeira,

com espessura de 35 mm. As janelas são de ferro. As dimensões da residência são

apresentadas na figura 6.7.

52








Tabela 7.



1 25 27

2 26 24

53

Figura 6.5. Espectro de frequências para ruido de tráfego – Residência 3


constatou-se uma grande proximidade entre os coeficientes medidos e os simulados

para as partições avaliadas, isto leva a conclusão que o Free SEA apresentou um bom

desempenho na predição do isolamento ao ruído entre os cômodos desta residência.

Verificou-se também, que os coeficientes medidos nas partições internas

apresentaram valores abaixo dos aceitáveis se comparados com os exigidos pelas






de 20 dB(A).

Quando estes valores são comparados com o que a norma exige para o local,

considerando que o ruído externo medido na região foi de 65 dB(A), este se mostra

também deficitário, pois neste caso a norma recomenda um coeficiente de isolamento

mínimo de 35 dB(A).

54

Capítulo 7

Conclusões e Sugestões

O presente trabalho avaliou, através de medições in situ, os coeficientes de

isolamento acústico entre os cômodos de edificações e suas fachadas, compostas por

elementos construtivos amplamente utilizados na construção civil brasileira.

Também foram comparados os coeficientes medidos a coeficientes simulados, com a

utilização do programa Free SEA para as partições internas das residências.

A partir dos resultados descritos neste trabalho podemos chegar as seguintes

conclusões:

1) Verificou-se que em todas as residências avaliadas os índices de redução

sonora entre os cômodos analisados apresentaram valores abaixo dos aceitáveis, se

comparados com os exigidos pelas normas internacionais, como a DIN 4.109, que

prescreve para o isolamento entre os cômodos internos avaliados um valor de R’w,

índice de isolamento de ruído, recomendado de 37 dB(A) e um valor mínimo de 32

dB(A).

2) Verificou-se também que em todas as 3 residências avaliadas os índices de

redução sonora aparente das fachadas analisadas apresentaram valores abaixo dos

aceitáveis, se comparados com os prescritos pelas normas internacionais, como a DIN

4.109, que tem seus valores apresentados na Tabela 5. Estes valores são estipulados

em função do ruído externo. Nas edificações avaliadas pode-se observar que os

valores encontrados nas medições ficaram abaixo do mínimo exigido, mesmo para

regiões silenciosas, que é de 30 dB(A).

3) Com relação à utilização do programa Free SEA, que tem seu método de

cálculo embasado no conjunto de normas européias EN 12.354, a conclusão obtida foi

que este apresentou um bom desempenho na simulação dos coeficientes de

55

isolamento entre os cômodos das residências avaliadas. Constatou-se com isto a

possibilidade da utilização do programa Free SEA na predição dos coeficientes de

isolamento das residências brasileiras, porém, tomando-se o cuidado de modelar

corretamente a residência, pois o programa só permite a inclusão de geometrias

simples.

Vale ressaltar que o programa foi desenvolvido para ser utilizado para a

predição dos coeficientes de isolamento acústico na fase de projeto, ou onde não for

possível realizar medições, e não objetivando substituir o processo de medições in

situ, pois sempre que possível este deve ser o método de obtenção dos coeficientes

de isolamento acústico a ser utilizado, pois mesmo sendo um processo logisticamente

complicado e que traz desconforto aos moradores, caso a edificação esteja ocupada,

é o que apresenta maior confiabilidade e precisão.

Como sugestões para trabalhos futuros pretende-se fazer modificações no

programa Free SEA para que seja possível um estudo detalhado da influência de

portas e janelas na perda de transmissão de paredes divisórias e fachadas.

56

Referências Bibliográficas

ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas, 1987. NBR 10152: Níveis de ruído para conforto acústico. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. ______, 1998. NB-101: Tratamento acústico em recintos fechados. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. ______, 2000. NBR 10151: Avaliação do ruído em áreas habitadas visando o conforto da comunidade. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. ______,2004. Projeto de Norma CB 02: 136.01.001. Desempenho de edifícios habitacionais de até 5 pavimentos – Parte 1: Requisitos gerais. ______,2004. Projeto de Norma CB 02: 136.01.004. Desempenho de edifícios habitacionais de até 5 pavimentos – Parte 4: Fachadas e paredes internas. BARING, J. G. A, 1988. Isolação Sonora de Paredes e Divisórias. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo – IPT/SP. In: Tecnologia das edificações. ed. São Paulo, p. 429-434, 1988. BERANEK, L. L., VÉR, I. L.,1960. Noise Reduction. 1 ed. New York: McGraw-Hill. ______,1992. Noise and vibration control engineering: principles and applications. New York, U.S.A., John Wiley & Sons Inc. CRAIK, R. J. M., 1996. Sound transmission through buildings using statistical energy analysis. 1 ed. England, Gower. DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG (GERMANY). Schallschutz im Hochbau: DIN 4109. Germany, 1989. EUROPEN NORM – EN. EN 12354-1: Building Acoustics – Estimation of acoustic performance of buildings from the performance of elements, Part 1: Airborne sound insulation between rooms. UK, 2000. EUROPEN NORM – EN. EN 12354-3: Building Acoustics – Estimation of acoustic

performance of buildings from the performance of elements, Part 3: Airborne sound

insulation against outdoor sound. UK, 2000.

GERGES, S. N. Y, 1992. Ruído: fundamentos e controle. 1 ed., Florianópolis, SC, Brasil. HARRIS, C. M. Noise Control in Buildings: A Pratical Guide for Architects and

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INTERNATIONAL STANDARTIZATION ORGANIZATION – ISO. ISO 140-4: Acoustic – Measurement of sound insulation in building and of building elements – Part 4: Field measurements of airborne sound insulation between rooms. Geneva, 1998. ______, ISO 140-5: Acoustic – Measurement of sound insulation in building and of building elements – Part 5: Field measurements of airborne sound of façade elements and façades. Geneva, 1998.

57

______, ISO. ISO 717-1: Acoustic – Rating of sound insulation in buildings and of building elements – Part 1: Airborne sound insulation. Geneva, 1996. LIPS, W, 1999. Lärmbekämpfung in der Haustechnik. 1 ed. Berlin: Expert-Verlag, 404 p. LYON, R. H., 1975. Statistical energy analysis of dynamical systems: theory and applications. The MIT Press. MEDRADO, L. O., 2002. Implementação e ensaio de um código computacional para o cálculo de parâmetros de qualidade acústica de salas. Projeto final de curso, UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil. MEISSER, M., 1993. Acustica de los Edificios. Editores técnicos associados 1 ed. Barcelona. MTE - Normas Regulamentadoras da Secretaria de Segurança e Saúde no Trabalho, 1978. NR-15: Atividades e operações insalubres. RECCHIA, C., 2001 Estudo do Desempenho Acústico dos Elementos Construtivos que Compõe a Fachada, Dissertação de M.Sc., Universidade Federal de Santa Maria, Santa Catarina, Brasil. SARRADJ, E.,2000. Free SEA 0.91. Userguide. SCHAFER, R. M., 1991. “O ouvido pensante”. Tradução por: FONTERRADA, M. T. O, SILVA, M. R. G., PASCOAL, M. L. São Paulo, UNESP. SILVA, D. T., 2000. Estudo da Isolação Sonora em Paredes Divisórias de Diversas Naturezas. Dissertação de M.Sc, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Catarina, Brasil. VIEGAS, M. N. C., 2004. Arquitetura e acústica bioclimática: métodos de controle de ruído urbano em edificações em clima quente úmido. Dissertação de M.Sc., UFRJ/COPPE, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

58

Apêndice A

Resultados das medições in situ dos coeficientes de isolamento acústico entre os

ambientes, medidos em bandas de 1/3 de oitava e gráficos do tempo de reverberação

nas salas receptoras.

Residência 1

Partição 1

59

Partição 2

0,9

0 1,0

0 1,1

0

1,1

0

0,9

5

0,9

0

0,9

0

0,9

0

0,9

0

0,9

0

0,9

0

0,8

5

0,8

0

0,8

0

0,7

5

0,6

5

0,6

0

0,5

0

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

25,0

Hz

31,5

Hz

40,0

Hz

50,0

Hz

63,0

Hz

80,0

Hz

100 H

z

125 H

z

160 H

z

200 H

z

250 H

z

315 H

z

400 H

z

500 H

z

630 H

z

800 H

z

1,0

0kH

z

1,2

5kH

z

1,6

0kH

z

2,0

0kH

z

2,5

0kH

z

3,1

5kH

z

4,0

0kH

z

5,0

0kH

z

6,3

0kH

z

8,0

0kH

z

10,0

kH

z

12,5

kH

z

16,0

kH

z

20,0

kH

z

T (

seg

)

frequencia (Hz)

RT60 ( sala Receptora )

60

Residência 2

Partição 1

0,9

0 1,0

0 1,1

0

1,1

0

0,9

5

0,9

0

0,9

0

0,9

0

0,9

0

0,9

0

0,9

0

0,8

5

0,8

0

0,8

0

0,7

5

0,6

5

0,6

0

0,5

0

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

25,0

Hz

31,5

Hz

40,0

Hz

50,0

Hz

63,0

Hz

80,0

Hz

100 H

z

125 H

z

160 H

z

200 H

z

250 H

z

315 H

z

400 H

z

500 H

z

630 H

z

800 H

z

1,0

0kH

z

1,2

5kH

z

1,6

0kH

z

2,0

0kH

z

2,5

0kH

z

3,1

5kH

z

4,0

0kH

z

5,0

0kH

z

6,3

0kH

z

8,0

0kH

z

10,0

kH

z

12,5

kH

z

16,0

kH

z

20,0

kH

z

T (

seg

)

frequencia (Hz)


61

Partição 2

1,5

0

1,5

0

1,4

5

1,4

0

1,3

5

1,3

0

1,3

0

1,2

5

1,1

0

1,0

0

0,9

0

0,8

0

0,8

0

0,7

0

0,6

5

0,6

0

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

25,0

Hz

31,5

Hz

40,0

Hz

50,0

Hz

63,0

Hz

80,0

Hz

100 H

z

125 H

z

160 H

z

200 H

z

250 H

z

315 H

z

400 H

z

500 H

z

630 H

z

800 H

z

1,0

0kH

z

1,2

5kH

z

1,6

0kH

z

2,0

0kH

z

2,5

0kH

z

3,1

5kH

z

4,0

0kH

z

5,0

0kH

z

6,3

0kH

z

8,0

0kH

z

10,0

kH

z

12,5

kH

z

16,0

kH

z

20,0

kH

z

T (

seg

)

frequencia (Hz)


62

Residência 3

Partição 1

1,2

0

1,1

0

1,4

0

1,3

0

1,3

0

1,2

5

1,1

5

1,1

0

1,1

0

1,0

0

0,9

0

0,8

5

0,8

5

0,7

0

0,6

5

0,6

0

0,5

0

0,4

5

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

25,0

Hz

31,5

Hz

40,0

Hz

50,0

Hz

63,0

Hz

80,0

Hz

100 H

z

125 H

z

160 H

z

200 H

z

250 H

z

315 H

z

400 H

z

500 H

z

630 H

z

800 H

z

1,0

0k

Hz

1,2

5k

Hz

1,6

0kH

z

2,0

0k

Hz

2,5

0k

Hz

3,1

5k

Hz

4,0

0k

Hz

5,0

0k

Hz

6,3

0k

Hz

8,0

0kH

z

10

,0k

Hz

12

,5k

Hz

16

,0k

Hz

20

,0k

Hz

T (

seg

)

frequencia (Hz)


63

Partição 2

1,5

0 1,6

0

1,5

0

1,4

0

1,4

0

1,3

5

1,2

5

1,2

0

1,1

5

1,1

0

1,0

0

0,9

5

0,8

0

0,8

5

0,7

5

0,7

0

0,6

5

0,6

0

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

1,80

25,0

Hz

31,5

Hz

40,0

Hz

50,0

Hz

63,0

Hz

80,0

Hz

100 H

z

125 H

z

160 H

z

200 H

z

250 H

z

315 H

z

400 H

z

500 H

z

630 H

z

800 H

z

1,0

0k

Hz

1,2

5k

Hz

1,6

0kH

z

2,0

0k

Hz

2,5

0k

Hz

3,1

5k

Hz

4,0

0k

Hz

5,0

0k

Hz

6,3

0k

Hz

8,0

0kH

z

10

,0k

Hz

12

,5k

Hz

16

,0k

Hz

20

,0k

Hz

T (

seg

)

frequencia (Hz)

RT60 ( sala 2 Receptor )

64

1,6

0

1,5

0 1,6

0

1,5

0

1,4

5

1,4

0

1,3

5

1,3

0

1,3

0

1,2

5

1,1

0

1,0

0

0,9

0

0,8

0

0,8

0

0,7

0

0,6

5

0,6

0

0,00

0,30

0,60

0,90

1,20

1,50

1,80

25,0

Hz

31,5

Hz

40,0

Hz

50,0

Hz

63,0

Hz

80,0

Hz

10

0 H

z

12

5 H

z

16

0 H

z

20

0 H

z

25

0 H

z

31

5 H

z

40

0 H

z

50

0 H

z

63

0 H

z

80

0 H

z

1,0

0kH

z

1,2

5kH

z

1,6

0kH

z

2,0

0kH

z

2,5

0kH

z

3,1

5kH

z

4,0

0kH

z

5,0

0kH

z

6,3

0kH

z

8,0

0kH

z

10,0

kH

z

12,5

kH

z

16,0

kH

z

20,0

kH

z

T (

seg

)

frequencia (Hz)

RT60 ( sala 2 Receptora )

65

Apêndice B

Coeficientes de Absorção sonora

Materiais Frequência(Hz)

125 250 500 1000 2000 4000

Materiais de construção usuais

Reboco áspero, cal 0,03 0,03 0,03 0,03 0,04 0,07

Reboco liso 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,06

Teto pesado suspenso (de gesso) 0,02 0,03 0,05

Estuque 0,03 0,04 0,07

Superfície de concreto 0,02 0,03 0,03 0,03 0,04 0,07

Revestimento de pedras sintéticas 0,02 0,05 0,07

Chapa de mármore 0,01 0,01 0,01 0,02

Vidraça de janela 0,04 0,03 0,02

Assoalhos

Tapetes de borracha 0,04 0,04 0,08 0,12 0,03 0,1

Taco colado 0,04 0,04 0,06 0,12 0,1 0,17

Linóleo 0,02 0,03 0,04

Passadeira fina porosa 0,03 0,17 0,4

Tapete de boucle duro 0,03 0,03 0,04 0,10 0,19 0,35

Tapete de 5 mm de espessura 0,04 0,04 0,15 0,29 0,52 0,59

Tapete boucie macio 0,08 0,20 0,52

Tapete de veludo 0,02 0,06 0,1 0,24 0,42 0,60

Tapete 5mm sobre base de feltro 5mm

0,07 0,21 0,57 0,66 0,81 0,72

Móveis, tecidos, gente

Uma pessoa com cadeira 0,33 0,44 0,40

Poltrona estofada vazia coberta de tecido

0,28 0,26 0,28 0,26 0,34 0,34

Cadeira estofada, chata, c/ tecido, vazia

0,13 0,20 0,25

Cadeira idem, com couro sintético 0,13 0,15 0,07

Cadeira de assento dobradiço, de madeira vazia

0,05 0,05 0,05 0,05 0,08 0,05

Tecido de algodão esticado liso 0,04 0,13 0,32

Idem 50/150mm na frente de parede lisa

0,20 0,38 0,45

Feltro de fibra natural 5 mm de espessura

0,09 0,12 0,18 0,30 0,55 0,59

Cortina de porta comum, opaca 0,15 0,20 0,40

Tela cinematográfica 0,10 0,20 0,50

Público em ambientes muito grandes (p/ pessoa)

0,13 0,31 0,45 0,51 0,51 0,43

66

Portas, Janelas e Aberturas

Janela aberta 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Portas de madeira, fechadas 0,14 0,06 0,10

Palco sem cortina 0,30 0,25 0,40

Recessos com cortinas 0,25 0,30 0,35

Abertura embaixo de balcão 0,25 0,8

Grade de ventilador cada 50% de seção livre

0,30 0,50 0,50

Co-vibradores (chapas densas, folhas)

Madeira compensada de 3 mm, a 50 mm da parede, espaço vazio

0,25 0,34 0,18 0,10 0,10 0,05

Idem, 3 mm, a 50 mm da parede, espaço vazio, amortecimento nas bordas

0,46 0,47 0,23 0,12 0,10 0,08

Idem, 3 mm, a 50 mm da parede, espaço preenchido de lã mineral

0,51 0,65 0,24 0,12 0,10 0,05

Idem, 3 mm, a 50 mm da parede, espaço preenchido de lã mIneral

0,74 0,54 0,36 0,32 0,30 0,17

Chapa de papelão-gess0, de 9,5 mm, sem furos, na frente de espaço de 50 mm preenchido de lã mineral

0,33 0,12 0,08 0,07 0,06 0,1

Madeira compensada de 2,5mm, na frente de feltro mineral de 50mm a cada 40 kg/m2

0,21 0,37 0,24 0,12 0,02 0,08

Fonte NBR 101

67

Apêndice C

Manual para utilização do FREE SEA

Introdução

Este documento é o manual do usuário para Free SEA. Este manual apresenta

um esboço muito curto do software. Você pode encontrar uma referência de instrução

e alguns exemplos bem documentados.

O que é FREE SEA ?

O Free SEA é um software executado em Win32 que implementa a Análise

Estatística de Energia (SEA) - um método para o cálculo de transmissão do som

através de estruturas.

Quem pode utilizar o FREE SEA ?

Todos estão autorizados, desde que para fins educativos e para fins

comerciais, desde que sejam considerados os créditos de quem criou.

Onde o FREE SEA surgiu ?

Free SEA foi desenvolvido pelo autor como resultado de vários códigos SEA

utilizados no trabalho de investigação na Universidade Técnica de Dresden.

Qual a linguagem computacional utilizada para escrever o FREE SEA?

FREE SEA é escrito em Fortran com algumas extensões dispiníveis no

Microsoft Visual C++.

68

Instruções de uso

O FREE SEA funciona da seguinte maneira: ele lê um arquivo de texto de

entrada na qual o usuário coloca todos os dados necessários, e em seguida, ele faz o

cálculo e escreve um ou mais arquivos de saída de texto que pode ser processada por

um programa de planilha eletrônica como Microsoft Excel. Após a entrada de dados o

programa é rodado pelo executável freesea.exe

Instalação

1. Criar um caminho onde você quer ter FREESEA salvo, por exemplo, C: \ FREESEA.

2. Copie freesea.exe para dentro da pasta C:\ FREESEA

3. Criar um caminho onde você quer ter sua entrada FREESEA e arquivos de saída.

Você pode usar também o caminho que você criou no passo 1.

4. Copie todos os exemplos (*.txt) para esta pasta.

Criando e editando um arquivo de entrada

O arquivo de entrada contém todas as informações necessárias para o cálculo

SEA. É um arquivo de texto ASCII que pode ser editado por qualquer um editor de

texto (por exemplo, o Bloco de notas), mas deve seguir a convenção nome 8.3. O

arquivo é composto por vários blocos de instruções. A descrição desses blocos

seguintes.

Em primeiro lugar, as bandas de freqüência para a SEA deve ser definido. 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 dada. Para mais detalhes da instrução freqüência e todas as

outras instruções descritas abaixo, consulte o manual de referência

O próximo passo é a definição de parâmetros do material (material) e

dependente da freqüência de amortecimento de dados (table- tabela), etc para

69

reutilização. Este passo pode ser omitido se você não precisa os mesmos dados

várias vezes.

Os parâmetros do subsistema devem ser definidas a seguir. Isto é feito com

viga, placas e blocos de sala de instrução. Parâmetro Subsistema incluir parâmetros

geométricos, tais como espessura, volume, área ou comprimento, material e

amortecimento. Cada sala será modelado com 1 subsistema SEA, cada placa com 3

subsistemas (por ondas longitudinais, transversais e flexão), cada viga com 4

subsistemas.

Em seguida, as conexões entre os subsistemas deve ser definida com connect

(conectar). Todos geometrias necessárias e, em alguns casos, os parâmetros

acústicos podem ser incluídos.

Source(s)(fonte) a definição é feita na etapa seguinte com o comando

source(fonte) .

Com o response (resposta) o cálculo SEA é iniciado. Em alternativa ou depois

de um cálculo de sensibilidade (sens) pode ser iniciado.

Esses resultados, que serão a saída deve ser definido com o result

(resultado), trans ou Closs e depois enviado para um arquivo de saída com o comando

report (relatório).

Arquivos de saída

Toda a saída é escrita no arquivo LOG.SEA . Pode ser examinada em busca

de erros nos dados de entrada. Também todos os resultados serão gravadas neste

arquivo salvo outro arquivo é especificado no comando result (resultado). O arquivo

de resultado são sempre ficheiros delimitados por tabulações ASCII e, portanto,

podem ser facilmente importados para aplicações de planilha para pós-processamento

(elaboração de diagramas, etc.)

70

Instruções de referência

Abaixo todos os blocos de instrução são explicados. A sintaxe da declaração é

dado seguido de uma explicação de cada uma das partes do bloco de instruções.

Dentro desta referência:

todas as palavras-chave são impressas em negrito

todos os números e as seqüências são impressas em itálico,

Peças instrução opcionais estão entre parênteses [ ],

repetição de peças de instrução está marcada com …

um | sinal entre as peças de instrução significa que a pessoa tem que escolher

apenas uma das partes

()parênteses significa que um bloco de instrução inteira pode ser inserida como

parte de outro bloco.

Todos os parâmetros são destinados a serem dadas em unidades SI (kg, m, s), por

exemplo 1 milímetro = 1E-3

Frequência

frequency

freq1 [freq2 …]

enter

Objetivo: definição de faixas de freqüência;

freq1, freq2 são as frequências centrais das bandas de frequência em Hz e pode ter

cada espaçamento desejado.

71

Bloco

table

[label name]

freq1 value1

[freq2 value2 …]

enter

Objetivo: definição de valores de freqüência dependente (a maioria dos parâmetros

utilizados para subsistemas pode ser dependente da freqüência, útil para o

amortecimento, etc).

label atribui o valor de frequência dependente um name(nome), pode ser omitido se o

bloco é usado dentro de outro bloco de comando.

freq value pares são usados para a interpolação linear do valor resultante entre as

freqüências dadas, abaixo do limite inferior e acima do limite superior do intervalo

coberto. O valor utilizado será aquele atribuído a uma menor ou maior freqüência

dada, respectivamente. As freqüências dadas não precisam coincidir com o do

comando de freqüência.

Material

material

[label name]

young value | (table) | label

rho value | (table) | label

poisson value | (table) | label

enter

72

Objetivo: definição de parâmetros materiais reutilizáveis.

label atribui um nome, pode ser omitido se o bloco é usado dentro de outro bloco de

comando.

young define o modulo de young ou a velocidade do som se o material é um fluido.

rho define a densidade.

poisson define o numero de poisson e não tem nenhum significado para fluidos.

Sala (room)

room

label name

damping value | (table) | label

material (material) | label

volu value | (table) | label

[area value | (table) | label ]

[peri value | (table) | label ]

enter

Objetivo: Definição de uma sala (igual a um subsistema).

label atribui um nome para a sala.

damping (amortecimento) define o fator de perda por amortecimento do subsistema.

material define as propriedades do fluido na sala.

volu define o volume.

area define a área da sala. É necessária apenas para o cálculo da densidade modal.

peri define a soma do comprimento de todos os cantos. É necessária apenas para o

cálculo da densidade modal.

73

Placa

plate

label name



area value | (table) | label

peri value | (table) | label

thick value | (table) | label

enter

Objetivo: definição de uma placa (igual a três subsistemas).

label atribui um nome para a placa.

damping define o fator de perda de amortecimento para os 3 subsistemas.

material define as propriedades do material da placa.

area define a area da placa.

peri define a soma do comprimento de todas as arestas, o que é necessário para o

cálculo da eficiência de radiação. Se reforços estão presentes na placa, o

comprimento pode ser adicionado duas vezes para o perímetro.

thick define a espessura.

Viga

beam

label name



74

length value | (table) | label

peri value | (table) | label

cross value | (table) | label

ixx value | (table) | label

iyy value | (table) | label

itt value | (table) | label

[ ipp value | (table) | label ]

enter

Objetivo: definição de uma viga (igual a 4 subsistemas).

damping define o fator de perda por amortecimento.

material define as propriedades do material da viga.

length é o comprimento da viga.

cross é o ponto cruz.

ixx, iyy são os momentos de inércia em relação ao eixo x e y, respectivamente.

itt é o momento de inércia de torção.

ipp é o momento polar de inércia; definido para ixx+iyy se omitido.

Conexão

connect

[label name]

sub label1 [value1 [value2 [value3]]]

[sub label2 [value1 [value2 [value3]]]]

[…]

[area | length value | (table) | label ]

[point [edge]]

[trimtl value | (table) | label ]

enter

75

Objetivo: definição da conexão entre dois ou mais subsistemas.

label atribui a conexão um nome; útil se os fatores de perda por acoplamento ou a

eficiência de transmissão pode ser a saída mais tarde.

sub define o subsistema (s) que fazem parte da conexão no rótulo, a parte estrutural

foi dado na sala, placa ou bloco de vara; valor1, valor2, valor3 são parâmetros

adicionais para os subsistemas, veja a descrição abaixo.

area, length define a area de ligação ou comprimento.

point sinal de que a conexão é um beam/plate ponto de conexão.

edge significa que o ponto de conexão está na borda da placa.

trimtl define a perda de transmissão (em decibel) de uma camada de acabamento em

uma placa, possível somente para a uma conexão quarto placa (radiação).

Tipos possíveis de conexão:

1) Conexão da linha de placas com uma viga de acoplamento: placa de 1,2,3 ou 4

(s),0 ou um feixe (com sub) e o parâmetro de comprimento deve ser dado, para cada

subsistema de placa valor1 e valor2 podem ser especificados, valor1 é o ângulo entre

o eixo-x do viga transversal (ou a conexão se feixe não presente) medido em graus

(default = 0), valor2 é o comprimento de rotação entre o eixo de conexão e da placa (o

padrão é 0 = conexão absolutamente rígida).

Nota: o feixe não é tratada como um subsistema dentro de este tipo de conexão.

PLATE

PLATE

BEAM

COMPLIANCE

76

2) Conexões de linha entre uma placa e vigas: com sub exatamente uma placa e

um mais vigas e nenhum outro parâmetro deve ser especificado para descrever

uma ou mais conexões de linha de uma placa e um ou mais feixes; para cada feixe

valor1 pode ser dado e é o ângulo entre o feixe do eixo-x e a placa (o padrão é de

0 graus).

Nota: apenas os subsistemas estão conectados à flexão.

PLATE

BEAM

3) Conexão de duas salas separadas por uma parede: exatamente dois quartos e

uma placa deve ser administrado com sub e o parâmetro de área deve ser

especificado.

Nota: a placa não é tratada como um subsistema dentro de este tipo de conexão

ROOM 2

PLATEROOM 1

4) Conexão de área entre de um quarto e placas: um quarto e uma ou mais

placas e não outro parâmetro, a eficiência de radiação para um painel perplexo

é utilizado para o cálculo, o bloco do todo contato deve ser repetido para

77

conexão de dois laterais; tloss opcional é a perda de transmissão de uma

camada de acabamento.

Nota: apenas os subsistemas de flexão da chapa (s) estão ligados

ROOM

PLATE

TE

5) Ponto de conexão com vigas: duas ou mais vigas podem ser definidas com

sub; para cada viga defina value1, value2 e value3 para as conexões x,y, z

entre elas.

x1

y1

z1

x2

z2

y2

6) Ponto de conexão entre uma placa e viga: exatamente sub com uma placa e

um ou mais vigas e o ponto parâmetro deve ser especificado para descrever as

ligações de um ou mais pontos de uma placa e um ou mais feixes; para cada

feixe valor1 pode ser dado e é o ângulo entre o eixo e o feixe placa (o padrão é

de 0 graus se viga e placa são dispostos perpendicularmente).

Nota: apenas os subsistemas estão conectados à flexão.

78

PLATE

BEAM

PLATE

BEAM

Fonte

source

[label name]

sub label long | tran | flex | fley

power | velo | force value | (table) | label

enter

Objetivo: definição da fonte.

label atribui o nome da fonte.

sub define a estrutura da peça part (room, plate or beam) aonde a peça está

conectada.

long, tran, flex, fley define o tipo de subsistema para a fonte (longitudinal,

transversal), ondas de flexão, respectivamente, Fley igual ondas de flexão, com

alongamento na direção transversal do eixo y.

power, velo, force define a potência, velocidade ou força da fonte.

79

Resposta

response

[label name]

enter

Objetivo: inicia um cálculo SEA.

label define um nome para o cálculo da resposta e distingue este resultado de

sucessivos cálculos.

Sensibilidade

sens

[label name]

sub label long | tran | flex | fley

enter

Objetivo: começa uma análise de sensibilidade da energia de um subsistema levando

em conta as perdas por amortecimento e acoplamento.

label define um nome para o calculo de sensibilidade e distingue este resultado de

sucessivos cálculos.

sub and long, tran, flex, fley define o tipo de subsistema (ver explicação na parte

source).

Transmissão ou fator de perda

trans | closs

label

sub label1 long, tran, flex, fley

80

sub label2 long, tran, flex, fley

enter

Objetivo: seleciona a eficiência da transmissão ou o fator de perda por acoplamento de

uma conexão para saída com o comando report.

label é o nome da conexão.

sub define de onde para o subsistema.

Resultado

result

response label

sub label

[pres | velo]

[dezibel]

[first value]

enter

Objetivo: seleciona um resultado a partir da resposta do cálculo para saída com o

comando report.

response define a resposta or cálculo de sensibilidade.

sub define a parte da estrutura com os resultados de interesse.

pres, velo estas opções definem a saída em termos de pressão sonora ou velocidade

do som ao invés da energia nos subsistemas.

dezibel saída será em decibel.

81

Reportar

report

[file filename]

[detail]

label | table | frequency | material | room | plate | beam | connect | source |

trans | closs | result | all

enter

Objetivo: saída de resultados.

file especifica o nome da saída, que deve ser inserido corretamente no log.sea

detail se desejar uma saída mais detalhada.

label only the specified entity is sent to output.

Documents

AVALIAÇÃO DO CONFORTO ACÚSTICO DE RESIDÊNCIAS …objdig.ufrj.br/60/teses/coppe_m/LuizCarlosGomesDeAlcantara.pdf · avaliaÇÃo do conforto acÚstico de residÊncias populares