PME 5422- Acústica PME 5422- Acústica Aplicada ao Controle de Aplicada ao Controle de

RuídoRuído

Conceitos Fundamentais do SomConceitos Fundamentais do Som

Carlos Roberto Ilário da Silva N. USP:5820762

ApresentaçãoApresentação

IntroduçãoIntrodução Conceitos FundamentaisConceitos Fundamentais Formas de Onda SonoraFormas de Onda Sonora Grandezas Sonoras e suas aplicaçõesGrandezas Sonoras e suas aplicações

O som e o ser humanoO som e o ser humano

Permite sensações Permite sensações agradáveis: canto dos agradáveis: canto dos pássaros, música;pássaros, música;

Possibilita a comunicação Possibilita a comunicação falada;falada;

Alerta e previne: sirene de Alerta e previne: sirene de uma ambulância, o tilintar do uma ambulância, o tilintar do telefone;telefone;

Permite realizar avaliações de Permite realizar avaliações de qualidade e diagnósticos de qualidade e diagnósticos de equipamentos mecânicos;equipamentos mecânicos;

Entretanto, o som também pode causar incômodos, danos e destruições a sociedade.

O som faz parte de nossa vida diária:

RuídoRuído Definição física: Todo fenômeno Definição física: Todo fenômeno

acústico não periódico, sem acústico não periódico, sem componentes harmônicos definidos.componentes harmônicos definidos.

Definição subjetiva: “Som indesejado”;Definição subjetiva: “Som indesejado”;

Depende de nossa atitude frente ao Depende de nossa atitude frente ao som emitido; Um mesmo som pode som emitido; Um mesmo som pode ser considerado como ruidoso para ser considerado como ruidoso para uma determinada pessoa enquanto uma determinada pessoa enquanto para outra soa como música a seus para outra soa como música a seus ouvidos;ouvidos;

Na maioria das vezes, os ruídos Na maioria das vezes, os ruídos geram diversos efeitos indesejáveis:geram diversos efeitos indesejáveis:

SPL suficientemente elevados;SPL suficientemente elevados; Incômodos;Incômodos; Danificação do sistema auditivo;Danificação do sistema auditivo;

Porque estudar os fenômenos Porque estudar os fenômenos acústicos?acústicos?

Melhoria da qualidade de vida do ser humano!Melhoria da qualidade de vida do ser humano!

Natureza do SomNatureza do Som

Som pode ser definido como uma variação de pressão Som pode ser definido como uma variação de pressão (no ar, água ou algum outro meio compressível) (no ar, água ou algum outro meio compressível) detectável pelo ouvido humano.detectável pelo ouvido humano.

Não são todas as flutuações de pressão que produzem a Não são todas as flutuações de pressão que produzem a sensação de audição. Esta sensação apenas ocorrerá sensação de audição. Esta sensação apenas ocorrerá quando a amplitude destas flutuações e suas freqüências quando a amplitude destas flutuações e suas freqüências estiverem dentro de determinadas faixas de valores, a estiverem dentro de determinadas faixas de valores, a qual é denominada de qual é denominada de faixa de áudiofaixa de áudio..

Faixa de ÁudioFaixa de ÁudioConceitos básicos:

•O sistema auditivo do ser humano consegue detectar sons dentro da faixa de 20 Hz e 20 kHz.

•Limiar da audibilidade: menor variação de pressão ambiente detectável pelo ouvido humano (2e-5 Pa);

•Limiar da dor: variação de pressão ambiente capaz de provocar dor (60 Pa);

Amplitude: A

Período: Intervalo de tempo decorrido para que um ciclo se complete;

Freqüência angular: ω=2πf

Freqüência: Indica o número de períodos existentes em um segundo;

][1

HzT

f

Conceitos FundamentaisConceitos Fundamentais

)cos()( tAtp Comportamento temporal da pressão sonora

Comprimento de onda (Comprimento de onda ():): distância necessária para que um ciclo se complete;

Relação entre comprimento de onda e freqüência:

f

c

Número de ondas (k):Número de ondas (k): comportamento espacial

c

wk

2

k

Relação entre os parâmetros que caracterizam o comportamento temporal e o comportamento espacial de uma onda é dada por:

)cos()( xkAxp

Comportamento espacial da pressão sonora

Velocidade do Som nos FluidosVelocidade do Som nos Fluidos

As ondas acústicas propagam-se através de um meio As ondas acústicas propagam-se através de um meio fluido, e sua velocidade c é definida como sendo:fluido, e sua velocidade c é definida como sendo:

RTc

Onda Sonora PlanaOnda Sonora Plana

As moléculas de ar ao adquirem movimento induzido por alguma As moléculas de ar ao adquirem movimento induzido por alguma fonte sonora (ex. diapasão) transmitem este movimento as moléculas fonte sonora (ex. diapasão) transmitem este movimento as moléculas vizinhas através de choques. Não há deslocamento efetivo das vizinhas através de choques. Não há deslocamento efetivo das moléculas, ou seja, o movimento é transmitido molécula a molécula moléculas, ou seja, o movimento é transmitido molécula a molécula na forma de uma onda, chamada de onda sonora. A velocidade com na forma de uma onda, chamada de onda sonora. A velocidade com que a onda se propaga é chamada de velocidade do som.que a onda se propaga é chamada de velocidade do som.

O comportamento temporal e espacial da pressão sonora de um tom O comportamento temporal e espacial da pressão sonora de um tom puro, pode ser escrita matematicamente como:puro, pode ser escrita matematicamente como:

)cos(),( kxtAtxp

O que caracteriza uma onda sonora como sendo uma O que caracteriza uma onda sonora como sendo uma onda plana é que o ponto no espaço é descrito apenas onda plana é que o ponto no espaço é descrito apenas pela coordenada x, ou seja, a pressão sonora independe pela coordenada x, ou seja, a pressão sonora independe das coordenadas y e z. Portanto, em qualquer ponto de das coordenadas y e z. Portanto, em qualquer ponto de um plano perpendicular à coordenada x, a pressão um plano perpendicular à coordenada x, a pressão sonora é uniforme em qualquer instante t. Neste caso, sonora é uniforme em qualquer instante t. Neste caso, diz-se que a pressão sonora está “em fase neste plano”.diz-se que a pressão sonora está “em fase neste plano”.

Onda Sonora EsféricaOnda Sonora Esférica

Pressão sonora apresenta mesma fase em superfícies Pressão sonora apresenta mesma fase em superfícies esféricas com centro na fonte sonora;esféricas com centro na fonte sonora;

A propagação mais representativa dos sons se dá na A propagação mais representativa dos sons se dá na forma de ondas esféricas;forma de ondas esféricas;

Modelo de geração de ondas esféricas:Modelo de geração de ondas esféricas:

)cos(),( krtr

Atrp

fw 2

• O comportamento temporal e espacial da pressão sonora de um tom puro é descrito da seguinte forma:

Propagação no sentido crescente de r.Amplitude diminui ã razão de 1/r.

Coordenada esférica radial.

Forma da OndaForma da Onda• Comportamento temporal da pressão sonora;

• Necessidade de se caracterizar a forma de onda através de um número único representativo;

a) Tom Puro

b) Ruído

Forma da OndaForma da Onda

Valor médio da pressão sonora:Valor médio da pressão sonora: 01

N

pp

N

ii

médio

AN

pp

N

ii

médio 636,01

AN

pp

N

ii

eficaz 707,01

2

• Valor absoluto médio da pressão Valor absoluto médio da pressão sonora:sonora:

• Valor eficaz da pressão sonora:

Essa grandeza relaciona-se diretamente com a energia transportada pela onda sonora.

Grandezas SonorasGrandezas SonorasImpedância Característica Impedância Característica Razão entre a pressão sonora e a velocidade das Razão entre a pressão sonora e a velocidade das

partículas;partículas; Depende do meio de propagação e do tipo de onda Depende do meio de propagação e do tipo de onda

presente.presente.

Para ondas planas, e esféricas com simetria esférica e Para ondas planas, e esféricas com simetria esférica e para kr grande, a impedância acústica específica (z) é para kr grande, a impedância acústica específica (z) é dada por:dada por:

][raylscz

Intensidade SonoraIntensidade Sonora É a quantidade média de energia, na unidade de tempo, que É a quantidade média de energia, na unidade de tempo, que

atravessa uma área unitária perpendicular à direção de atravessa uma área unitária perpendicular à direção de propagação da onda.propagação da onda.

É uma grandeza vetorial (magnitude, direção e sentido). Para É uma grandeza vetorial (magnitude, direção e sentido). Para ondas planas e esféricas progressivas subentende-se que a ondas planas e esféricas progressivas subentende-se que a direção e sentido são coincidentes com os da propagação sonora;direção e sentido são coincidentes com os da propagação sonora;

Ondas progressivas se propagam sem sofrer interferência de Ondas progressivas se propagam sem sofrer interferência de outras ondas.outras ondas.

Para ondas esféricas progressivas, temos que:Para ondas esféricas progressivas, temos que:

• Por analogia a eq. de potência elétrica dissipada:Por analogia a eq. de potência elétrica dissipada:

]/[2

)/( 22

mWc

rAI r

]/[2

22

mWc

pI reficaz

r

][2

WR

VP

Resistência do meio à propagação de ondas sonoras.

Potência Sonora (W)Potência Sonora (W) Multiplicando-se a Intensidade Sonora [W/mMultiplicando-se a Intensidade Sonora [W/m22] de uma ] de uma

onda esférica pela área da superfície esférica que onda esférica pela área da superfície esférica que envolve a esfera pulsante temos:envolve a esfera pulsante temos:

][4 2 WrIW r

]/[4

22

2mW

c

p

r

WI reficaz

r

Resolvendo para Ir temos a seguinte relação:

Lei do inverso do quadrado da distância: A intensidade sonora e o quadrado do valor eficaz da pressão sonora são inversamente proporcionais ao quadrado da distância.