Acústica em Reabilitação de...

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Conceitos BConceitos Báásicossicos

AcAcúústica em Reabilitastica em Reabilitaçção de ão de EdifEdifíícios cios -- PPóóss--GraduaGraduaçção em ão em

ReabilitaReabilitaçção 2009ão 2009--20102010

Diogo Mateus

Acústica em Reabilitação de EdifíciosParte 1 - Conceitos Básicos

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Diogo Mateus

1 - Condicionamento acústico interior

Acústica de edifícios / Áreas de Estudo2 - Isolamento sonoro

3 - Tratamento de ruído e/ou Vibrações de equipamentos

Sons aéreos Sons de percussão

4 - Propagação sonora para o exterior e/ou do exterior

De fachada

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Diogo Mateus

Conceitos Básicos• Som Ruído (“O som que ninguém quer”)

. Depende do tipo de som

. Depende das capacidades receptivas doouvido humano

• Natureza do Som / Ruído-Ruído mecânico (vibrações)

-Ruído de rolamento (pneu / piso ou roda / carris)

-Ruído aéreo

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Diogo Mateus

Efeitos do ruído no ser humano

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Diogo Mateus

Impacte ambiental do ruído

• Uma das principais causas de reclamações sobre ambienteOrigem das reclamações:

- Falta de isolamento sonoro em edifícios de habitação;

- Ruído de actividades industriais, comerciais e de serviços

• A nível mundial- Ruído de tráfego é maior fonte de ruído ambiental

- Tráfego rodoviário (15% da população mundial exposta a mais de 65 dB(A))- Tráfego aéreo (0.5% da população mundial exposta a mais de 65 dB(A))

• Na Europa- 20% da população sujeita a níveis sonoros elevados com perturbação do sono- 40% da população habita em áreas onde os níveis sonoros causam incómodos em período diurno- Custos ambientais/Sociais entre 0.2 % a 2% do PIB

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Diogo Mateus

Som / Ruído - variação de pressão produzida por uma fonte sonora, transmitida por ummeio de propagação e detectada pelo ouvido.

Meio de

transmissão

Sólido

Líquido

Gasoso

Pa

P.atmosférica

t

Silêncio

Som / Ruído

Silêncio

Emissor (fonte)

Meio de Transmissor

Receptor

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Diogo Mateus

Período (T) / Comprimento de onda (λ)

Velocidades de propagação do som

Transmissão sonora

TempoO

nda

de p

ress

ão s

onor

aP0-pmax

P0+pmax

P0

T

Onda sonora harmónica

f=1/T

fc

=λ

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Diogo Mateus

Funções no tempo Funções em frequência

Frequência

Frequência

Frequência

Frequência

Tempo

Tempo

Sons de frequências distintas

Frequência do som

A variação de um qualquer sinal no tempo pode ser entendida como a sobreposição de sinais harmónicos com fase distinta

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Diogo Mateus

Ouvido externo Timpano Ouvido interno

Vibrações mecânicas – transformadas em impulsos nervosos transmitidos ao cérebro

Com o aumento da frequência a sensibilidade auditiva aumenta

A partir dos 4 KHz volta a diminuir

Recepção de Sons

Limiar de dor

Limiar de audição

Palavra

Música

Curvas de igual sensação sonora /

Superfície de audição

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Diogo Mateus

Sensibilidade do ouvido

Bandas de frequência

Resposta do ouvido humano em função da amplitude do sinal

HzLimites da oitava dos 125 Hz

63 125 250

dB

800089 178

112 141 Limites dos 1/3 de oitava

Limites das bandas de frequência

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Diogo Mateus

Resposta do ouvido humano em função da frequência Gama audível em frequência 20 Hz a 20 KHz

O ouvido também não responde de forma linear com a variação da frequência

Diferença entre 125 Hz e 250 Hz equivalente a dif. entre 500 Hz e 1000 Hz

Curvas isofónicas Curvas A, B e C seguem as isofónicas 40, 70 e 100

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Diogo Mateus

Pa

t

Pa

t

Sinal real Sinal captado

Pa

t

Pa

t

Sinais sonoros de longa duração são interpretados pelo ouvido humano com intensidade semelhante àintensidade real do sinal

Sinais de muito curta duração quase não sãoperceptíveis pelo ouvido humano e podem não permitir a activação do sistema de defesa do ouvido humano e, em vez de provocarem apenas diminuição da audição temporária, podem causar trauma auditivo

Resposta do ouvido humano a sinais de curta duração

Perdas auditivas provocadas

pelo ruído

7

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Diogo Mateus

100m50m

25m

120dB(A)

114dB(A)

108dB(A)

Tipos de fontes de ruído (aéreo) – Fontes Ideais

- Fonte Linear

- Fonte Pontual

- 6 dB / 2xd - 3 dB / 2xd

- Fonte Plana

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Diogo Mateus

ABSORÇÃO DO SOM EM MEIO GASOSO

Amortecimento do som

- Amortecimento de propagação - não representa uma perda de energia, mas uma

diminuição da densidade de ondas acústicas devido ao aumento da superfície das frentes de

onda. Por exemplo, se a fonte emissora for pontual, a superfície das frentes de onda, a uma

determinada distância à fonte, sofre um aumento que é proporcional ao quadrado dessa

distância, provocando um amortecimento de 6 dB sempre que se duplica a distância à fonte.

- Amortecimento clássico - Resulta da viscosidade do meio de propagação, ao atrito que o

meio oferece às suas próprias vibrações e que faz dissipar a energia sonora sob a forma de

calor. Em geral, este é o tipo de amortecimento que permite, através de tratamentos acústicos,

melhorar o processo de absorção do som.

- Amortecimento molecular - por vezes, fenómenos de relaxação molecular criam

amortecimentos maiores do que aqueles que o amortecimento clássico faria prever.

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Diogo Mateus

Dissipação de energia sonora devido ao atrito do ar

distância [m] Atenuação [dB(A)]

100 1

500 3.2

1000 5.0

Zona de sombra

Vento

S

Influência do vento

Influência da variação da temperatura

S S

Diminuição da temperatura em altura

Aumento da temperatura em altura

30 dB9.9 dB4.7 dB2.7 dB1.3 dB0.4 dB

4000 Hz2000 Hz1000 Hz500 Hz250 Hz125 HzAtenuação

/ Km30 dB9.9 dB4.7 dB2.7 dB1.3 dB0.4 dB

4000 Hz2000 Hz1000 Hz500 Hz250 Hz125 HzAtenuação

/ Km

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Diogo Mateus

Principais grandezas utilizadas em acústica- Pressão sonora (p) / Nível de pressão sonora Lp = 20.Log(p/2E-5)

- Potência sonora (W) / Nível de potência sonora Lw = 10.Log(W/1E-12)

- Intensidade sonora (I) / Nível de intensidade sonora LI = 10.Log(I/1E-12)

24 rWIπ

=

Relações:- Pressão sonora efectiva

- fonte pontual / espaço aberto

- fonte pontual / espaços fechados

Campo directo + Campo reflectido

αα

)1(4

2 SWI −

=21 4

. rWDI

π=

2maxPPef =

maxPmaxP

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Diogo Mateus

Adição de Níveis Sonoros

L1

L2

Se L1=L2 => L1+L2=L1+3dBSe L1>L2+10 => L1+L2≈L1dB

Lp+3dB Lp

R2>R1+10dBA1=50% da área

R1A1=50% da área

Rtotal≈R1+3dB

α ~ 0 α ~ 1

I1 = I0 10L110

; I2 = I0 10

L 210

; ...; In = I0 10

L n10

Lt = 10Log 10

Li10

i =1

n

∑

2 fontes iguais

n fontes

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Diogo Mateus

Ln+s o nível de ruído global - provocado por "n+s" fontes

Ln o nível de ruído parcial, resultante de "n" fontes.

? Nível de ruído provocado por "s"

In +s = I0 10Ln+s

10

; In = I0 10

Ln

10

pelo que

Ls = 10Log 10Ln+s10

− 10L n10

Subtracção de Níveis Sonoros

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Diogo Mateus

69747268L [dB(A)]

4321Nº da máquina

Exemplo c/ a soma de níveis sonoros:

( )( )∑= 1010log10 iLAeqL

Sala de máquinas com 4 máquinas, cada uma com os seguintes níveis:

( ) ( ) ( ) ( )( ) )(4.7710101010log10 1069107410721068 AdBLAeq =+++=

Exemplo subtracção de níveis sonoros:

Numa medição com 10 máquinas em funcionamento obteve-se, na medição, um valor de LAeq de 90 dB(A). Com a máquina aparentemente mais ruidosa desligada, obteve-se LAeq próximo de 87 dB(A). Qual a contribuição da máquina que foi desligada?

( ) ( )( ) )(871010log10 10871090).( AdBL desligadamáqAeq =−=

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Diogo Mateus

Parâmetros mais utilizados em acústica na caracterização de níveis sonoros - Nível sonoro contínuo equivalente

Leq (em dB) e LAeq (em dB(A))

- Parâmetros estatísticos – Ln

LA10, LA50, LA95, etc.

- Dose de Ruído

D=100% LAeq(8h. Trabalho)=85dB(A)

t

L dB

T

Ln

∆T1 ∆T2∆T3

<=> ∆T1 + ∆T2 + ∆T3 = n * T /100%

( )∑= )10/(1010 LiLogLeq

= ∑

nLi

nLogLeq

1

)10/(10110

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Diogo Mateus

73747571707269747268L (dB)

10987654321Nº da leitura

Leq = 10Log1

1010(6.8) + 10 (7.2) + 10 (7.4) + 10 (6.9) + 10(7.2) + 10 (7.0) +(

+ 10(7.0) + 10(7.1) + 10 (7.5) + 10 (7.4) + 10 (7.3) )]Leq = 72.3dB

Nível de ruído equivalente (Leq) – No tempo

( )

∆= ∑ 1010.1log10 iL

eq tT

L

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Diogo Mateus

Nível de ruído equivalente (Leq) – Em frequência

Ex. Espectro de níveis sonoros (em dB) versos frequência (em Hz):

555967636568L (dB)

400020001000500250125f (Hz)

Valor global do nível sonoro equivalente global, Leq, em dB:

Leq = 10Log 10 (Li / 10)∑( )

Leq = 10Log 10 (6.8) + 10(6.5) + 10(6.3) + 10 (6.7) + 10(5.9) + 10 (5.5)( )Leq = 72.5dB

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Diogo Mateus

A dose de ruído parcial, Dk, de cada tarefa "k" para um tempo de exposição "Tk"

LEX,8h - nível de ruído equivalente diário (em 8 horas/dia);LAeq(Tk) - LAeq para o tempo de duração da tarefa Tk;

Dec. Lei 182/2006:

D=100% LAeq(8h. Trabalho)=85dB(A)

Dose de Ruído (%)

e

? Ex. Durante as 8 horas de trabalho um operário está exposto aos seguintes níveis sonoros LAeq(Tk):- 82 dB(A) durante 2 hora;

- 87 dB(A) durante 4 horas;



( ) )(5.8688log10101101104102

81log10 0.94.87.82.8

8, AdBL hEX =

+

×+×+×+×=

( ) %1412

%100

35.8685 == −Dose

( )3

85 .

2

%100dEpLDose −=

)8/(10)(8. TkLogTkLAeqL hEX +=

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Diogo Mateus

Ruído contínuo (estacionário) Ruído intermitente (patamares)

Tipos de Ruído (no tempo)

Ruído Flutuante

Nív

eis

sono

ros

[dB]

t (s)T TA1 t (s)

Nív

eis

sono

ros

[dB]

TB1 TA2 TB1 TA3

T t (s)

Nív

eis

sono

ros

[dB

]

Nív

eis

sono

ros

[dB

]

t (s)T

Ruído impulsivo

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Diogo Mateus

Ruído tonal (80Hz) Ruído de baixa frequência

Símbolos dos

níveis sonoros

Tipos de Ruído (em frequência)

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Diogo Mateus

Principais Tipos de Ruídos/Fontes frequentemente objecto de reclamação

• Bares e discotecas – habitualmente associados a níveis elevados e forte componente em baixas frequências

• Espectáculos ao ar livre (concertos onde a forte componente em baixas frequências é ainda mais evidente a grandes distâncias)

• Actividades comerciais e industriais

• Máquinas e equipamentos

• Tráfego rodoviário e ferroviário

Interior Discoteca

70

75

80

85

90

95

100

105

110

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3200 4000 5000 Leq eLAeq

Em dB(A)Em dB

Tráfego Aéreo

50

60

70

80

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150

dB(A)

• Tráfego aéreo

60

70

80

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150

Ruído de Tráfego UrbanoC. C. ReferênciaRuído RosaRuído em Discoteca (longe da pista)

dB(A)

Bandas de 1/3 de oit.

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Diogo Mateus

Ruído de tráfego rodoviário

Fonte de ruído:

- Fontes mecânicas: Essencialmente as vibrações do motor e da panela de escape que se

transmitem às diferentes partes da estrutura do veículo e irradiam ondas acústicas.

- Fontes hidrodinâmicas: São as variações do ar aspirado ao nível da admissão ou expulso ao

nível do escape. São também os ruídos do ventilador e a grandes velocidades o ruído do

fluxo de ar (descolamento de lâminas de ar) sobre as grelhas e saliências da carroçaria. Estes

barulhos variam muito com o desenho do veículo e a velocidade.

- O ruído do contacto dos pneunáticos com a via: Dependem da natureza do contacto e em

particular do relevo da via e dos pneumáticos.

Espectros médios emitidos (Ligeiros / Pesados)

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Diogo Mateus

Ruído de tráfego aéreo

Directividade

Exemplo da variação do nível de ruído de um avião, no solo durante um sobrevoo

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Diogo Mateus

Ruído de tráfego ferroviárioFontes de ruído:

- ruído motriz

- ruído de rodagem

- ruído aerodinâmico

-ruídos acidentais em especial de travagem

- As máquinas com motor a Diesel são geralmente as que maiores potências acústicas

emitem, em especial em baixas frequências. O valor de LAeq a 30 m da via, durante a

passagem do comboio, pode situar-se entre 85 e 95 dB(A).

- As máquinas eléctricas apresentam ainda uma fonte de ruído suplementar, originada pelo

magnetostrição, mas este é mascarado pelo ruído de rodagem.

- As locomotivas eléctricas originam geralmente níveis de ruído cerca de 10 dB(A)

abaixo dos originados pelas locomotivas Diesel.

- Os efeitos acumulados da qualidade do carril, da roda e da suspensão podem conduzir a

desvios de níveis sonoros de cerca de 15 dB para comboios a circular à mesma velocidade.

- O ruído aerodinâmico, desprezável nas velocidades clássicas, pode tornar-se

preponderante a grandes velocidades (mais de 240 km/h).

- A travagem pode provocar ruído particularmente elevado. Trata-se de uma ressonância da

roda ou do disco de travagem. O amortecimento da roda tem uma grande importância.

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Diogo Mateus

Ruído de tráfego ferroviário

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Diogo Mateus

Vibração do solo

Certas fontes ao mesmo tempo que irradiam energia sonora podem excitar o solo que as suporta, o qual por

sua vez vibra e pode transmitir as vibrações a edifícios próximos, criando incómodo para os seus habitantes e

as suas actividades.

As principais fontes que introduzem vibrações no solo são o tráfego rodoviário e ferroviário, máquinas de

obras, e certas instalações industriais. Como outras fontes de vibrações pode referir-se os tiros nas minas,

explosões e sismos que dependem da sísmica e conduzem a problemas diferentes.

Sem efeitoSem efeito

Nível máximo a recomendar para monumentos ou ruínas

Não existe risco de dano para os edifícios normais

Limite de danos para um edifício com acabamentos em gesso

Grande probabilidade de danos tais como a fissuração do gesso. Limite para danos mais

importantes

ImperceptívelLimite de percepção

Vibrações bem perceptíveis

Nível a partir do qual uma vibração contínua provoca desconfortoVibrações desagradáveis aos

habitantes dos edifíciosVibrações muito desagradáveis e inaceitáveis em certas condições

0 a 0.150.15 a 0.3

2

2.5

5

10-15

Efeito sobre os edifíciosEfeito sobre o homemVelocidade vertical máxima do solo em

mm/s

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