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AVALIAÇÃO ACÚSTICA DE UM ESTÚDIO DE GRAVAÇÃO IMPLANTADO NUMA EDIFICAÇÃO COMERCIAL Cristiane Mac-Cormick Rodrigues Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Orientadores: Webe João Mansur Andreia Sofia Carvalho Pereira Rio de Janeiro Setembro de 2010 AVALIAÇÃO ACÚSTICA DE UM ESTÚDIO DE GRAVAÇÃO IMPLANTADO NUMA EDIFICAÇÃO COMERCIAL Cristiane Mac-Cormick Rodrigues 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 CIVIL. Examinada por: ________________________________________________ Prof. Webe João Mansur, Ph.D. ________________________________________________ Prof. José Antonio Fontes Santiago, D. Sc. ________________________________________________ Prof. Jules Ghislain Slama, D. Sc. ________________________________________________ Prof. Francisco Cláudio Pereira de Barros, D. Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL SETEMBRO DE 2010 iv Rodrigues, Cristiane Mac-Cormick Avaliação Acústica de um Estúdio de Gravação Implantado numa Edificação Comercial/ Cristiane Mac- Cormick Rodrigues. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2010. XXI, 130 p.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Webe Mansur Andreia Sofia Carvalho Pereira Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Civil, 2010. Referências Bibliográficas: p. 118-121. 1. Acústica de Ambientes. 2. Isolamento de Ruídos. 3. Estúdios de Gravação. I. Mansur, Webe et al. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III. Titulo. iii "Dedico este trabalho aos meus pais, que são meus exemplos de vida e minha inspiração" " Pedras no caminho? Guardo todas, um dia vou construir um castelo..." (Fernando Pessoa) iv AGRADECIMENTOS Agradeço a minha família por todo o amor, dedicação e apoio ao longo da minha vida e de toda a caminhada para a conclusão deste trabalho. Ao meu orientador, Professor Webe João Mansur pela disponibilidade e apoio ao longo da elaboração desta dissertação. A minha co-orientadora, Professora Andreia Sofia Carvalho Pereira, que mesmo estando longe fisicamente, foi de uma importância fundamental para a realização deste trabalho. Agradeço pelas inúmeras conversas sobre o conteúdo da dissertação, por todo seu apoio, contribuição, disponibilidade e ensinamentos transmitidos. A Comissão Nacional de Energia Nuclear, e todas as pessoas da instituição, que de alguma forma contrubuiram para que eu concluísse com êxito esta etapa de desenvolvimento pessoal e profissional. Ao João Abdalla, pelo apoio incondicional, suporte, encorajamento e principalmente pelo carinho e apoio emocional. Aos amigos Diego Vivas e Thais Helena Britto, pelo apoio e presença constante durante a realização deste trabalho, além da disponibilização do estúdio para que eu pudesse realizar meu estudo. Enfim, agradeço a todos os amigos que de alguma forma contribuíram para a realização deste trabalho, sem eles, a caminhada seria muito mais árdua. v Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.) AVALIAÇÃO ACÚSTICA DE UM ESTÚDIO DE GRAVAÇÃO IMPLANTADO NUMA EDIFICAÇÃO COMERCIAL Cristiane Mac-Cormick Rodrigues Setembro/2010 Orientadores: Webe João Mansur Andreia Sofia Carvalho Pereira Programa: Engenharia Civil Cada tipo de edificação precisa atender a alguns requisitos específicos para garantir a qualidade acústica voltada para sua funcionalidade. Este trabalho tem como objetivo principal motivar e contribuir para um aumento do conhecimento atual no que concerne à implantação de estúdios de gravação em espaços comerciais, através de um estudo de caso que consistiu num pequeno estúdio de gravação, implantado em uma edificação comercial. A análise da qualidade acústica do ambiente é efetuada inicialmente através da caracterização do espaço e das soluções construtivas implementadas com importância para o seu comportamento acústico. São posteriormente quantificados alguns parâmetros acústicos objetivos especificamente, tempo de reverberação, ruído de fundo e isolamento aos sons aéreos de divisórias através da realização de ensaios experimentais. Por último são ainda avaliados parâmetros acústicos subjetivos, através da aplicação de um questionário dirigido aos usuários deste espaço sendo eles: ruído exterior, ruído interior, impressão espacial, vivacidade, clareza, envolvimento, timbre, equilíbrio tímbrico e classificação geral. vi Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.) ACOUSTIC EVALUATION OF A RECORDING STUDIO IN AN IMPLANTED COMMERCIAL BUILDING Cristiane Mac-Cormick Rodrigues September/2010 Advisors: Webe João Mansur Andreia Sofia Carvalho Pereira. Department: Civil Engineering Each type of building must meet specific requirements to ensure proper acoustic comfort. This study's main objective is to motivate and contribute to an increase in the current knowledge regarding the acoustic demands for recording studios in commercial spaces, by analyzing a case study that consisted of a small recording studio, installed in a commercial building. The analysis of the acoustic quality of the environment is made through the characterization of the space and of constructive solutions implemented in what concerns to the importance on the acoustic behavior. Evaluation of objective parameters such as reverberation time, background noise and airborne sound insulation of partitions is made by conducting experimental tests. Evaluation of subjective parameters is also performed by applying a questionnaire to users of this space. These parameters were: exterior noise, interior noise, spatial impression, liveliness, clarity, involvement, tone, timbre and balance overall. vii SUMÁRIO 1 - INTRODUÇÃO..................................................................................................... 01 1.1 - Motivação e Objetivo da Pesquisa....................................................................... 01 1.2 - Relevância do Estudo........................................................................................... 03 1.3 - Estrutura da Dissertação....................................................................................... 04 2 – ACÚSTICA DE AMBIENTES.......................................................................... 06 2.1 - Introdução............................................................................................................ 06 2.2 - Propagação do som num espaço fechado............................................................. 07 2.2.1 - Reflexão, Transmissão e Absorção....................................................... 07 2.2.2 - Tipos de Fontes..................................................................................... 08 2.2.3 - Defeitos Acústicos de um espaço fechado............................................ 10 2.2.3.1 - Eco......................................................................................... 10 2.2.3.2- Eco Flutuante (Flutter Echo)................................................. 10 2.2.4 - Modos Acústicos de Espaços Fechados............................................... 11 2.3 - Parâmetros de Qualidade Acústica...................................................................... 12 2.3.1 - Ruído de Fundo..................................................................................... 12 2.3.2 - Tempo de Reverberação...................................................................... 16 2.3.3 - Outros parâmetros............................................................................... 20 2.3.3.1 - EDT (Early Decay Time)..................................................... 21 2.3.3.2 - RASTI (Room Acoustics or Rapid Speech Transmission In- dex).................................................................................................... 21 2.3.3.3 - Definição – D50...................................................................... 21 2.4 - Materiais e Sistemas Sonoros Absorventes........................................................ 21 viii 2.4.1 - Materiais porosos ou fibrosos............................................................... 22 2.4.2 - Ressonadores........................................................................................ 23 2.4.3 - Membranas........................................................................................... 25 2.5 - Difusão................................................................................................................ 26 2.5.1 - Efeitos da geometria, tamanho e absorção da sala na difusão sonora.. 28 2.5.2 - Difusores............................................................................................... 28 2.6 - Parâmetros Subjetivos......................................................................................... 30 3 – ISOLAMENTO ACÚSTICO.............................................................................. 32 3.1 - Introdução............................................................................................................ 32 3.2 - Isolamento de ruídos aéreos................................................................................ 34 3.2.1 - Paredes Simples.................................................................................... 35 3.2.2 - Paredes Duplas...................................................................................... 36 3.2.3 - Paredes de alta performance acústica.................................................... 37 3.2.4 - Isolamento de Portas............................................................................. 38 3.2.5 - Isolamento de Janelas........................................................................... 39 3.3 - Isolamento de ruídos de impacto......................................................................... 40 4 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS ACÚSTICAS DE ESTÚDIOS............. 42 4.1 - Características Gerais dos Estúdios..................................................................... 42 4.2 - Dimensões dos Estúdios..................................................................................... 45 4.3 - Tempo de Reverberação...................................................................................... 48 4.4 - Materiais absorventes e difusores........................................................................ 51 4.5 - Requisitos para o Ruído de Fundo....................................................................... 57 ix 4.6 - Isolamento de Ruídos.......................................................................................... 59 4.6.1 - Isolamento de Ruídos Aéreos................................................................ 59 4.6.2 - Isolamento de Ruídos de Impacto......................................................... 64 4.6.3 – Solução “Room Within a Room”......................................................... 64 4.7 - Janela de observação entre a sala técnica e a sala de gravação............................ 65 4.8 - Ruído proveniente dos sistemas de ventilação..................................................... 66 5 – METODOLOGIA DE AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS ACÚSTICOS.... 68 5.1 - Caracterização Física do Espaço......................................................................... 68 5.2 - Avaliação de Parâmetros Objetivos..................................................................... 68 5.2.1 - Tempo de Reverberação...................................................................... 71 5.2.2 - Ruído de Fundo.................................................................................... 71 5.2.3 - Isolamento Sonoro.............................................................................. 72 5.3 - Avaliação de Parâmetros Subjetivos................................................................... 76 6 – ANÁLISE COMPARATIVA DOS RESULTADOS OBTIDOS...................... 77 6.1 - Objeto do Estudo................................................................................................. 77 6.2 - Avaliação da Caracterização Física do Estúdio................................................... 80 6.2.1 - Isolamento............................................................................................. 81 6.2.2 - Tipos de Revestimentos........................................................................ 85 6.2.3 - Dimensões do Estúdio.......................................................................... 87 6.2.4 - Sound Lock........................................................................................... 88 6.2.5 - Portas Acústicas.................................................................................... 88 6.2.6 - Janela de observação entre a sala técnica e a sala de gravação............ 89 x 6.3 - Parâmetros Acústicos Objetivos......................................................................... 90 6.3.1 - Avaliação Tempo de Reverberação..................................................... 90 6.3.1.1 - Sala de Gravação do Estúdio................................................ 90 6.3.1.2 - Sala Técnica.......................................................................... 93 6.3.2 - Avaliação do Ruído de Fundo............................................................. 94 6.3.2.1 - Sala de Gravação do Estúdio................................................ 94 6.3.2.2 - Sala Técnica.......................................................................... 96 6.3.3 - Isolamento Acústico............................................................................ 98 6.3.3.1 - Sala Emissora: Estúdio / Sala Receptora: Sala Técnica........ 98 6.3.3.2 - Sala emissora: Sala Técnica / Sala receptora: Sala vizinha.. 101 6.4 - Avaliação dos Parâmetros Acústicos Subjetivos................................................ 104 6.5 - Estudo de Soluções para melhora da Qualidade Acústica do Estúdio e do Isolamento Acústico..................................................................................................... 111 6.5.1 - Qualidade Acústica.............................................................................. 111 6.5.2 - Recomendações para Melhorias.......................................................... 112 6.5.2.1 - Tempo de Reverberação....................................................... 112 6.5.2.2 - Ruído de Fundo..................................................................... 112 6.5.2.3 - Equilíbrio Tímbrico.............................................................. 113 6.5.2.4 - Isolamento Acústico.............................................................. 113 7 – CONCLUSÕES.................................................................................................... 115 7.1 - Considerações Finais...........................................................................................115 7.2 - Sugestões para futuras pesquisas......................................................................... 117 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................... 118 xi APÊNDICE A............................................................................................................. 122 APÊNDICE B............................................................................................................. 124 APÊNDICE C............................................................................................................. 130 xii LISTA DE FIGURAS Figura 2.1: Exemplo de absorção, reflexão e transmissão de som incidente em uma superfície. Fonte: adaptado de MEHTA et al., 1999.........................................................8 Figura 2.2: Curvas de igual sensação sonora (isofônicas) / Superfície de audição. Fonte: MATEUS, 2008.................................................................................................................9 Figura 2.3: Intervalo de frequência de certos tipos de fonte. Fonte: adaptado de MEHTA et al., 1999.......................................................................................................................10 Figura 2.4: Curvas NC. Fonte: MEHTA et al., 1999.......................................................14 Figura 2.5: Tempos de reverberação recomendados para diversos tipos de recintos fechados em função do volume da sala. Fonte: NEPOMUCEMO, 1968........................18 Figura 2.6: Tempo de Reverberação Aparente. Fonte: TADEU, MATEUS, ANTONIO, GODINHO, MENDES, 2007..........................................................................................19 Figura 2.7: Tempo de Reverberação NBR 12179. . Fonte: ABNT, 1992.......................20 Figura 2.8: Coeficiente de absorção em materiais porosos ou fibrosos. Fonte: TADEU, MATEUS, ANTONIO, GODINHO, MENDES, 2007...................................................23 Figura 2.9: Exemplo de um Ressonador. Fonte: MOREIRA, 2008................................24 Figura 2.10: Ressonadores de Cavidade. Fonte: MOREIRA, 2008................................25 Figura 2.11: Esquema de funcionamento de uma membrana acústica. Fonte: MOREIRA, 2008.............................................................................................................26 Figura 2.12: Onda sonora incidente num obstáculo e sua: (a) Reflexão; (b) Absorção e (c) Difusão. Fonte: Crutchfield, 2008..............................................................................27 Figura 2.13: a) Elemento de um difusor policilíndrico. Fonte: Metha et al, 1999..........29 Figura 2.14: Perfil de um difusor MLS. Fonte: Metha et al, 1999.................................29 Figura 2.15: Exemplo de um difusor unidimensional QRD. Fonte: Metha et al, 1999...29 Figura 2.16: Exemplo de um difusor bidimensional QRD. Fonte: Metha et al, 1999.....29 xiii Figura 3.1: Transmissão Ruído Aéreo. Fonte: METZEN, 2002.....................................34 Figura 3.2: Curva típica de perda de transmissão para paredes simples. Fonte: GERGES, 2000................................................................................................................36 Figura 3.3: Exemplo de parede dupla..............................................................................37 Figura 3.4: Exemplo de parede de alta performance acústica.........................................37 Figura 3.5: Curva de exemplo de perda de transmissão de uma porta de madeira. Fonte: QUIRT, 1985...................................................................................................................38 Figura 3.6: Ruído de impacto sobre piso, entre pavimentos de edifícios. Fonte: www .ecophon.com.es/templates/Print.asp?id=14204& renderoption=5&CurrFName =/ templates /eco_FDPage1.as.............................................................................................40 Figura 3.7: Pavimento Flutuante em Madeira. Fonte: MATEUS, 2008..........................41 Figura 3.8: Lajes Flutuantes em concreto. Fonte: MATEUS, 2008...............................41 Figura 4.1: Tipos de Estúdios Sonoros. Fonte: adaptado de LONG, 2006....................44 Figura 4.2: Ambientes não paralelos reduzem os efeitos acústicos ocasionados em salas pequenas, melhor que os ambientes retangulares. Fonte: adaptado de MEHTA et al., 1999.................................................................................................................................46 Figura 4.3: Tempos de Reverberação recomendados para estúdios de gravação. Fonte: adaptado de MEHTA et al., 1999....................................................................................48 Figura 4.4: Tempos de Reverberação para Estúdios de 500-1000Hz. Fonte: adaptado de LONG, 2006....................................................................................................................49 Figura 4.5: Sugestão de Tempos de Reverberação para Salas de Controle. Fonte: adaptado de LONG, 2006................................................................................................51 Figura 4.6: Exemplo de “bass traps” e seu posicionamento parede/parede/teto. Fonte: adaptado www.sixstringstudios.com/studioconstruction.html........................................52 Figura 4.7: Vista Superior de Posicionamento de “bass traps”. Fonte: adaptado www.sevenstring.org/forum/recording-studio/48 ..........................................................53 Figura 4.8: Difusor Policilindrico. Fonte: http://audiolist.cjb.net...................................54 xiv Figura 4.9: Difusor Piramidal. Fonte: http://audiolist.cjb.net..........................................54 Figura 4.10: Típico layout de um Estúdio de Gravação com 500m². Fonte: adaptado NEWELL, 2008...............................................................................................................56 Figura 4.11: Típico layout de um Estúdio de Gravação e Sala de Controle, destacando os itens de absorção. Fonte: adaptado MEHTA et al., 1999...........................................57 Figura 4.12: Estrutura suspensa com apoios antivibratórios. Fonte: MATEUS, 2008...61 Figura 4.13: Apresentação de um “sound lock” em uma sala de controle. Fonte: adaptado NEWELL, 2008...............................................................................................62 Figura 4.14: Exemplo de composição de porta acústica. Fonte: adaptado NEWELL, 2008.................................................................................................................................63 Figura 4.15: Porta Acústica. Fonte: NEWELL, 2008......................................................63 Figura 4.16: Corte esquemático da solução “room within a room”. Fonte: adaptado ELSEA, 1996...................................................................................................................64 Figura 4.17: Típica solução de isolamento adotada em estudios. Fonte: adaptado MEHTA et al., 1999........................................................................................................65 Figura 4.18: Opções de projetos para janela entre estúdio e sala técnica. Fonte: www.audiolist.org/forum/kb.php?mode=article&k=249................................................66 Figura 5.1: Medidor de Nível de Pressão Sonora............................................................70 Figura 5.2: Amplificador e gerador de sinal que se ligam à fonte sonora......................70 Figura 5.3: Fonte Sonora................................................................................................71Figura 5.4: Medição do nível médio de pressão sonora..................................................73 Figura 5.5: Curva padrão de referência para sons aéreos de acordo com a ISO 717-1. Fonte: MATEUS, 2008....................................................................................................75 Figura 5.6: Ajuste a curva de referência. Fonte: MATEUS, 2008.................................76 Figura 6.1: Planta esquemática do 1º pavimento do Edifício Comercial (sem escala)...78 Figura 6.2: Estúdio Centoeum - Planta Baixa 1º pav (sem escala).................................78 xv Figura 6.3: Estúdio Centoeum – Mezanino (sem escala)................................................79 Figura 6.4: Imagem do interior do Estúdio Centoeum....................................................79 Figura 6.5: Imagem do interior da Sala Técnica do Estúdio Centoeum..........................80 Figura 6.6: Construção de paredes independentes às existentes.....................................82 Figura 6.7: Detalhe do isolamento da janela...................................................................83 Figura 6.8: Detalhes dos elementos de composição do piso. .........................................83 Figura 6.9: Detalhes da colocação dos painéis de madeira de cobertura do estúdio.......84 Figura 6.10: Detalhe da utilização de lã de rocha e isopor..............................................84 Figura 6.11: Laje de cobertura do estúdio.......................................................................85 Figura 6.12: Utilização de materiais absorventes e reflexivos no interior do estúdio de gravação, incluindo difusores..........................................................................................85 Figura 6.13: Utilização de materiais absorventes e reflexivos no interior da Sala Técnica.............................................................................................................................86 Figura 6.14: Utilização de ressonador com material absorvente.....................................86 Figura 6.15: Dispositivos para quebra do paralelismo da sala do estúdio.......................87 Figura 6.16: Sound Lock Estúdio Centoeum...................................................................88 Figura 6.17: Detalhe construtivo das portas acústicas.....................................................89 Figura 6.18: Detalhe da janela de observação entre a sala técnica e a sala de gravação...........................................................................................................................90 Figura 6.19: Tempo de Reverberação obtido através de medições na sala de Gravação vs recomendação METHA et al. (1999)..........................................................................92 Figura 6.20: Gráfico comparativo entre valores recomendados por LONG (2006) e valores medidos...............................................................................................................93 Figura 6.21: Gráfico comparativo entre valores de NC e os valores medidos no estúdio..............................................................................................................................95 xvi Figura 6.22: Gráfico comparativo entre valores de NC e os valores medidos na sala técnica..............................................................................................................................97 Figura 6.23: Sala Emissora: Estúdio / Sala Receptora: Sala Técnica..............................99 Figura 6.24: Gráfico DnT,w (norma de referência: ISO 717-1)......................................100 Figura 6.25: Sala emissora: Sala Técnica / Sala receptora: Sala vizinha......................101 Figura 6.26: Gráfico DnT,w (norma de referência: ISO 717-1)......................................103 Figura 6.27: Gráfico com a caracterização da amostra.................................................104 Figura 6.28: Resultados para a pergunta: Ruído Externo: Você consegue ouvir de dentro do estúdio sons oriundos de fora do recinto, como conversas, barulho de trânsito, buzinas, etc.?..................................................................................................................105 Figura 6.29: Resultados para a pergunta: Ruído Interno: Ao ouvir sua gravação musical ou durante os ensaios da banda, você consegue identificar sons provenientes do próprio local, como barulho de equipamentos de ar condicionado, computadores, etc.?..........105 Figura 6.30: Resultados para a pergunta sobre ruído interno com respostas classificadas por tipo de músico.........................................................................................................106 Figura 6.31: Resultados para a pergunta: Impressão Espacial: Você considera que a geometria do estúdio contribui para sua qualidade acústica?........................................107 Figura 6.32: Resultados para a pergunta: Vivacidade: Você diria que em relação a reverberância do estúdio, a sala lhe parece mais "viva", isto é, bastante reverberante, ou mais "morta/seca", ou seja, mais absorvente e que reflete pouco som?........................107 Figura 6.33: Resultados para a pergunta: Clareza ou Definição: Ao ouvir sua gravação musical , você consegue identificar claramente os sons provenientes de seu instrumento e/ou sua voz, ou tem a impressão de uma massa confusa de som?...............................108 Figura 6.34: Resultados para a pergunta: Clareza ou Definição: Durante os ensaios da banda, você consegue identificar claramente os sons provenientes de seu instrumento e/ ou sua voz, ou tem a impressão de uma massa confusa de som?...............................108 Figura 6.35: Resultados para a pergunta: Envolvimento: Nos ensaios da banda você tem a sensação de estar imerso no som, ou rodeado por ele?...............................................109 xvii Figura 6.36: Resultados para a pergunta: Timbre: Você percebe alguma alteração no timbre do seu instrumento causado pela acústica da sala?............................................109 Figura 6.37: Resultados para a pergunta: Equilíbrio Tímbrico: Como você classificaria o equilíbrio tímbrico relativo a frequências graves e agudas do estúdio?........................110 Figura 6.38: Resultados para a pergunta: Classificação Geral: De um modo geral, como você classificaria a acústica do estúdio?........................................................................110 Figura 6.39: Fotos internas da sala 102 – Consultório Psicológico...............................113 Figura 6.40: Exemplo da possível solução a ser adotada..............................................114 xviii LISTA DE TABELAS Tabela 2.1: Pressão, Intensidade e Nível de Pressão Sonoro de alguns ruídos. Fonte: adaptado de MEHTA et al., 1999......................................................................................8 Tabela 2.2: Os valores dos níveis de pressão sonora em função da frequência relativa a cada curva NC. Fonte: MEHTA et al., 1999...................................................................15 Tabela 2.3: Curvas NC recomendadas e níveis de ruído de fundo equivalentes em dB(A). Fonte: Isbert, A. - Diseño Acústico de Espacios Arquitectónicos, Edicions UPC, Universitat Politécnica de Catalunya, Barcelona, 1998..................................................15 Tabela 3.1: Condições de tolerância ao Ruído para caixilhos. Fonte: NBR 10821, 2001.................................................................................................................................40 Tabela 4.1: Dimensões preferências a adotar em compartimentos retangulares pequenos. Fonte:Louden M.M. “ Dimensional ratios of rectangular rooms with good distribution of eigentones” Acustica, vol. 24, 1971, pp. 101-104.......................................................48 Tabela 4.2: Nível de Ruído de Fundo para Estúdios e Salas de Som. Fonte: adaptado LONG, 2006....................................................................................................................58 Tabela 4.3: Níveis de isolamento para construções destinadas a música. Fonte: adaptado de LONG, 2006..............................................................................................................60 Tabela 6.1: Tempos de Reverberação medidos em 1/3 de oitavas nas frequências apresentadas, medidos na sala de gravação.....................................................................91 Tabela 6.2: Tempo de Reverberação medido em 1/3 de oitava na Sala Técnica............93 Tabela 6.3: Ruído de Fundo medidos em 1/3 de oitava, nas frequências apresentadas, na sala de gravação com aparelhos desligados.....................................................................94 Tabela 6.4: Ruído de Fundo medidos em 1/3 de oitava, nas frequências apresentadas, na sala de gravação com aparelho split ligado.....................................................................95 Tabela 6.5: Ruído de Fundo medidos em 1/3 de oitava, nas frequências apresentadas, na sala técnica com aparelhos desligados.............................................................................96 xix Tabela 6.6: Ruído de Fundo medidos em 1/3 de oitava, nas frequências apresentadas, na sala técnica com aparelhos desligados.............................................................................97 Tabela 6.7: Avaliação do Desempenho do Isolamento Acústico - Sala Emissora: Estúdio / Sala Receptora: Sala Técnica........................................................................................99 Tabela 6.8: Sala Emissora: Estúdio / Sala Receptora: Sala Técnica – Tabela de Cálculo DnT,w (norma de referência: ISO 717-1)........................................................................100 Tabela 6.9: Avaliação do Desempenho do Isolamento Acústico- Sala emissora: Sala Técnica / Sala receptora: Sala vizinha...........................................................................102 Tabela 6.10: Tabela de cálculo do DnT,w - Sala emissora: Sala Técnica / Sala receptora: Sala vizinha (norma de referência: ISO 717-1).............................................................102 xx LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS ABNT - Associação brasileira de normas técnicas COPPE/UFRJ - Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro CTS - Classe de Transmissão Sonora dB - decibéis dB(A) - decibéis ponderação A D50 - Definição EDT - Early Decay Time (Tempo de decaimento inicial) Hz - Hertz INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial ISO - Internacional Organization for Standartization Leq - Nível de Pressão Sonora Equivalente NBR – Norma brasileira NC – Noise Criteria (Critério para ruído) NPS - Nível de Pressão Sonora RASTI – Room Acoustics or Rapid Speech Transmission Index (Índice Rápido de Transmissão da Fala) RF – Ruído de Fundo TR - Tempo de Reverberação xxi Capítulo 1 Introdução 1.1 - Motivação e Objetivo da Pesquisa A qualidade acústica dos ambientes vem se tornando um aspecto relevante para um bom desenvolvimento de diversas atividades. No Brasil, a pertinência do tema vem se revelando pelo crescente interesse que a comunidade científica brasileira tem demonstrado pelo assunto, através da publicação recente de inúmeros trabalhos acadêmicos nas diversas áreas da acústica de edificações. Destaca-se ainda a publicação recente da norma brasileira NBR 15575, em vigor desde 2010, que visa estabelecer para os edifícios habitacionais de até cinco pavimentos, condições acústicas mínimas de habitabilidade, além de outros requisitos que são definidos. Este documento revela-se importante, pois estabelece parâmetros mínimos de desempenho acústico para os elementos construtivos que até a data não eram avaliados no Brasil. Espera-se então que esta norma venha a contribuir para uma melhoria do conforto acústica nestes edifícios. Em paralelo, os usuários dos espaços têm adquirindo nos últimos anos uma maior consciência sobre este tema, reforçando a necessidade de uma maior qualidade acústica nas edificações através da reivindicação desta exigência para os espaços. Esta atitude, além da definição de legislação e normalização, motivará os diversos intervenientes no ato construtivo a facultarem, progressivamente, melhores condições acústicas às edificações, contribuindo assim para uma melhoria global na qualidade de vida nos espaços habitáveis. Os aspectos abordados são recentes e, embora constituindo um passo para a melhoria real da qualidade acústica dos espaços, nos dias atuais, no Brasil, observam-se diversos problemas relativos à falta de preocupação com a acústica, que causam transtornos em diversos espaços, como em salas de aula, residências, ou mesmo em espaços comerciais, o que demonstra que muito tem ainda que ser feito ao assunto. 1 De fato, são muitos os espaços que requerem um estudo cuidadoso da componente acústica. Entre eles, inclui-se o caso dos estúdios de gravação, objeto de análise no presente trabalho. Na concepção destes espaços deve-se garantir a qualidade acústica do ambiente onde são realizadas as gravações, para a qual, em muito, contribuem os revestimentos aplicados, mas também o desempenho acústico das soluções construtivas no que se refere ao isolamento a sons aéreos e de impacto. Neste último aspecto interessa que sons provenientes de outros locais não interfiram nas gravações, mas também no caso do estúdio se localizar em edifícios ou zonas onde coexistam outras atividades sensíveis ao ruído, é também fundamental assegurar que a atividade ali realizada não produza incomodo nos espaços vizinhos. É importante ressaltar que os equipamentos de gravação têm também um papel muito importante na garantia da qualidade da gravação. Pelo exposto, compreende-se que a concepção destes estúdios seja uma atividade complexa. Devido ao grande avanço tecnológico e preços de equipamentos de gravação bem mais acessíveis, a quantidade de estúdios no país aumentou consideravelmente. Esses estúdios foram implantados nos mais diversos locais, indo desde a própria residência, conhecidos como “home studio”, como em locais predominantemente comerciais. Entretanto, tem se verificado que nem sempre se tomou o devido cuidado na criação destes espaços, onde a concepção acústica tem sido feita normalmente sem critérios específicos para este tipo de atividade. De fato, os grandes investimentos iniciais, com equipamentos de alta tecnologia, nem sempre propiciaram o sucesso aos estúdios, pois a acústica que é proporcionada pelo espaço em si é elemento primordial a este tipo de ambiente. Verifica-se que não existe normalização suficiente no país, que norteie os projetistas quanto aos parâmetros e índices que devem ser atendidos para a obtenção da qualidade acústica necessária a este tipo de espaço. Também não existem normas brasileiras específicas para desempenho acústico de edifícios comerciais, uma vez que a implantação de estúdios nestes edifícios é usualmente alvo de reclamação dos usuários pela questão do incômodo gerado pelo som quevaza do estúdio. Este trabalho tem como objetivo principal motivar para esta temática e contribuir para um aumento do conhecimento atual no que concerne à implantação de estúdios de gravação em espaços comerciais, através do estudo de um pequeno estúdio de gravação, implantado em uma edificação comercial. O estúdio escolhido como objeto de estudo 2 foi concebido sem a existência de um projeto acústico específico, elaborado por um profissional da área, o que põe à prova a qualidade acústica do ambiente. Além disso, produz uma perturbação acústica significativa numa sala vizinha, uma vez que ele está localizado em um edifício comercial, onde existem salas com áreas de atuação bem distintas. Com o intuito mencionado, é efetuada primeiramente uma compilação dos requisitos acústicos que estes espaços devem de um modo geral cumprir, de modo a proporcionar um adequado desempenho acústico. Posteriormente é analisado o estudo de caso citado, através da caracterização física das soluções acústicas implementadas e da realização de ensaios experimentais para avaliar alguns parâmetros acústicos objetivos, especificamente o tempo de reverberação, ruído de fundo e isolamento aos sons aéreos de divisórias. Foi ainda realizado um questionário dirigido aos usuários deste espaço de modo a poder quantificar alguns parâmetros acústicos subjetivos, sendo eles: ruído exterior, ruído interior, impressão espacial, vivacidade, clareza, envolvimento, timbre, equilíbrio tímbrico e classificação geral. Os resultados destes questionários são confrontados com as demais caracterizações. Como objetivos específicos deste trabalho, podem-se citar: · Analisar comparativamente os resultados obtidos com as especificações encontradas na bibliografia existente; · Produzir base técnica para, juntamente com outros estudos, subsidiar a produção de normalização acústica para edifícios comerciais. 1.2 - Relevância do Estudo Quanto à relevância do presente estudo, pode-se mencionar que, na literatura técnica brasileira, há muito pouco a respeito de acústica para estúdios pequenos, ao mesmo tempo em que existe uma demanda tão grande deste tipo de edificação. Existe portanto uma realidade muito pouco adequada em se tratando deste tipo de ambiente. Infelizmente, os próprios projetistas de edificações não dão a devida atenção à parte acústica, pois raramente encontra-se um projeto específico para esta especialidade, o que resulta normalmente em ações corretivas posteriores para se atingir a qualidade 3 acústica esperada, e as soluções encontradas são sempre complexas e de custos elevados. Somando se aos fatos descritos, no Brasil a legislação referente à acústica de edificações é bastante precária e faltam leis federais, estaduais e municipais que estipulem condições mínimas referente a desempenho acústico de edificações, o que contribui para o não cumprimento das normas técnicas, que além de serem pouco eficazes passam a ser meramente ilustrativas. 1.3 - Estrutura da dissertação O presente trabalho é composto por sete capítulos, estando organizado da seguinte forma: Capítulo 1 – Introdução ao trabalho, indicando a motivação e o objetivo da pesquisa desenvolvida, a relevância do estudo e apresentando a estrutura da dissertação. Capítulo 2 – Apresenta os conceitos básicos referentes à acústica de ambientes, apontando os principais parâmetros que são considerados para avaliá-los. Capítulo 3 – Neste capítulo são abordados os principais aspectos relacionados ao isolamento acústico. Capítulo 4 – São abordadas as principais características que devem ser atendidas por estúdios de gravação, indicando os principais parâmetros que devem ser analisados para a verificação da qualidade acústica de um estúdio, apresentando algumas soluções acústicas comumente utilizadas nestes espaços, tendo em conta a sua especificidade. Capítulo 5 – Descrevem-se as metodologias utilizadas de avaliação dos parâmetros acústicos utilizados no presente trabalho para o estudo de caso. Capítulo 6 – Neste capítulo é analisado o estudo de caso sendo efetuada a caracterização das soluções construtivas adotadas no estúdio relevantes para o seu comportamento 4 acústico. São ainda apresentados e discutidos diversos parâmetros acústicos obtidos através de ensaios experimentais e de um questionário respondido pelos usuários. Por último são apontadas sugestões de possíveis melhoras que podem ser feitas no estúdio, visando o aspecto da qualidade acústica e do isolamento acústico. Capítulo 7 – Conclusões gerais do trabalho, e sugestões para futuras pesquisas. 5 Capítulo 2 Acústica de Ambientes O ambiente acústico interfere de forma significativa no estado sensitivo dos usuários de um dado ambiente. Este capítulo aborda os conceitos básicos referentes a acústica de ambientes, apontando os principais parâmetros que são considerados para avaliá-los. 2.1 - Introdução Enquanto a acústica arquitetônica estuda como isolar o som, a acústica de ambientes estuda as condições acústicas de cada sala em si, procurando favorecer a audibilidade e as condições de conforto acústico no seu interior (NEPOMUCENO, 1968). Embora de um modo geral estas áreas de acústica sejam tratadas de forma isolada, existe uma forte ligação entre elas. A título de exemplo refere-se que um mau isolamento de uma sala pode gerar ruído de fundo no interior da mesma, proveniente do exterior que vai condicionar as condições de audição. A geometria da sala, volume, e as características de absorção das faces e materiais que revestem o ambiente têm grande influencia tanto na qualidade do som quanto no nível sonoro que se estabelece nos vários pontos da sala (MEHTA et al., 1999). Existem diversos parâmetros que permitem analisar o comportamento do som no ambiente, tais como as características físicas da sala, o tempo de reverberação, o ruído de fundo e os níveis sonoros. A qualidade acústica também pode ser avaliada de forma subjetiva, como por exemplo, através da aplicação de questionários em usuários e testes 6 de inteligibilidade. A análise conjunta dos resultados irá caracterizar a qualidade acústica da sala. 2.2 - Propagação do som num espaço fechado O som, de acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT (ABNT, 2000, 1987), é definido como sendo uma forma de energia proveniente de um corpo emitindo em uma ou mais direções, certos movimentos vibratórios, que se propagam em meios elásticos e acústicos e que podem ser perceptiveis pelo ouvido humano. Cada partícula que compõe o meio de propagação do som desenvolve um movimento em torno de sua posição de equilíbrio, isto é, a partícula vibrante transmite seu movimento para a partícula adjacente, que também o transmite para a próxima, fazendo com que o som se propague em um meio. A propagação das ondas sonoras pode ser harmoniosa, gerando neste caso um som, ou incômoda, gerando neste caso um ruído, dependendo esta classificação da análise subjetiva de cada indivíduo (HARRIS, 1998; BERANEK & VÉR, 1992). A propagação das ondas sonoras em espaços fechados, pode gerar, segundo BERANEK (1960), certos fenômenos, como reflexão, transmissão, absorção e difusão, que são influenciados diretamente pelas características da onda e do meio onde ela se propaga. 2.2.1 - Reflexão, Transmissão e Absorção Entende-se por reflexão o fenômeno que ocorre quando uma onda sonora incidente em uma superfície quesepara dois meios distintos, retorna a energia ou parte da energia incidente ao meio de origem. Neste processo existem dois tipos de onda: uma onda transmitida e outra refletida. Se toda energia incidente for completamente refletida, o processo é considerado equivalente, isto é, as duas ondas do processo terão mesma freqüência e amplitude, propagando-se em sentidos contrários. (BIES & HANSEN, 2002; HASSALL & ZAVERI, 1979). Quando parte da onda sonora 7 incidente atravessa a superfície que separa os dois meios, tem-se o fenômeno denominado de transmissão. Quando parte da onda sonora incidente é atenuada ou distorcida pela superfície ou pelo meio, tem-se o fenômeno da absorção. Tais fenômenos são representados na Figura 2.1. Figura 2.1: Exemplo de absorção, reflexão e transmissão de som incidente em uma superfície. Fonte: adaptado de MEHTA et al., 1999. 2.2.2 - Tipos de Fontes A maioria dos sons está na faixa de nível de pressão 0 a 120 dB, que equivalem a amplitudes de pressão sonora de 2x10-5 a 20 Pa. Na Tabela 2.1 são apresentados os valores de Pressão, Intensidade e Nível de Pressão Sonora de algumas fontes de ruído. Tabela 2.1: Pressão, Intensidade e Nível de Pressão Sonoro de alguns ruídos. Fonte: adaptado de MEHTA et al., 1999. Som refletido 20% Som incidente 100% Som absorvido Som transmitido 30% Som refletido 20% Som incidente 100% Som absorvido Som transmitido 1% 8 De acordo com EGAN (1998), uma pessoa jovem e saudável é capaz de ouvir sons no intervalo de freqüência de aproximadamente 20 a 20.000 Hz e esse intervalo é dividido em faixas de freqüência, onde as faixas de freqüência padronizadas mais utilizadas são as bandas de freqüência de 1/1 oitava ou 1/3 de oitava. Sons de alta freqüência (> 2.000 Hz) incomodam mais que sons de média ou baixa freqüência porque o ouvido humano é menos sensível para sons de baixa freqüência (ver Figura 2.2). A faixa de freqüência da voz humana se estende de aproximadamente 100 Hz até 5 KHz, cobrindo cerca de 5 oitavas. Este intervalo de frequência é o geralmente é avaliado nos problemas de acústica de edificações. Aproximadamente 75% da energia sonora da fala é composta por vogais, que são os componentes de baixa freqüência da fala. É o som das vogais que distingue a fala de um indivíduo. As consoantes são os componentes de alta freqüência da fala. A energia contida nas consoantes é relativamente pequena, mas são as consoantes que determinam a inteligibilidade da fala humana. Freqüências abaixo de 500 Hz contribuem insignificantemente para a inteligibilidade da fala (MEHTA et al., 1999). A música apresenta um espectro de ruído mais alargado abrangendo a banda de frequência dos 63 Hz e dos 8000Hz. Dependo do instrumento músical o som poderá ser mais rico em frequências graves ou agudas. A Figura 2.2 mostra os limites de freqüências para alguns tipos de som. Figura 2.2: Curvas de igual sensação sonora (isofônicas) / Superfície de audição. Fonte: MATEUS, 2008. 9 Figura 2.3: Intervalo de frequência de certos tipos de fonte. Fonte: adaptado de MEHTA et al., 1999. 2.2.3 - Defeitos Acústicos de um espaço fechado 2.2.3.1 - Eco O eco é uma conseqüência da reflexão sonora. Define-se eco como a repetição de um som que chega ao ouvido por reflexão 1/15 de segundo ou mais depois do som direto e que é identificado pelo ouvido como sendo um segundo som. Considerando-se a velocidade do som em 345 m/s, o objeto que causa essa reflexão no som deve estar a uma distância do ouvinte (se for este que emite o som) de 23 m ou mais, para que ele perceba um eco. 2.2.3.2 - Eco Flutuante (Flutter Echo) É um caso particular das ondas estacionárias. São as repetições rápidas que podem ser ouvidas, quando, por exemplo, batemos palmas em ambientes fechados. Ocorre quando existe a sobreposição de ondas refletidas cujos caminhos percorridos se diferenciem de um número inteiro de comprimentos de onda. Neste caso, haverá 10 momentos de intensificação do som pelas coincidências das fases, e outros com a anulação do som pela defasagem da onda. Para uma pessoa, esses aumentos e diminuições na intensidade sonora produzirá a mesma sensação de um eco. Sempre que encontrados em uma sala de audição devem ser tratados, quer por meio de absorção, por métodos geométricos, ou por difusão (NEWELL, 2008). 2.2.4 - Modos Acústicos de Espaços Fechados Para se caracterizar rigorosamente o campo sonoro que se estabelece em um recinto fechado, na presença de uma fonte sonora, é uma tarefa difícil, principalmente no que diz respeito a geometrias irregulares da sala e/ou a grande heterogeneidade das características de absorção sonora dos materiais de revestimento do espaço. As frequências de ressonância de espaços fechados são responsáveis pela determinação da forma da propagação sonora. O som ao propagar-se no interior de um espaço fechado sofre reflexões sucessivas. Dependendo da forma e dimensões dos elementos que envolvem a sala, bem como das condições de contorno das envolventes, pode ocorrer formação de ondas estacionárias, condicionando fortemente a propagação nas frequências próprias associadas a estas ondas. No caso de um compartimento paralelipipedico, as frequências do ar neste compartimento podem ser obtidas através da expressão (Noise Reduction, Leo Beranek, MacGraw Hill, 1960, USA.): f n,m,k= c 2 n2L x2 m2L y2 k 2Lz2 , (Hz) (2.1) em que, n, m e k correspondem à ordem das frequências ao longo das direções x, y e z; , e são as dimensões do espaço acústico e c corresponde à velocidade do som. Pela análise desta expressão verifica-se que o número de modos acústicos é ilimitado, sendo a sua distribuição discreta em frequencia. Observa-se ainda que para dimensões de compartimentos elevadas, como é o caso de grandes auditórios, os primeiros modos situam-se em frequências muito baixas. 11 De um modo geral os primeiros modos acústicos dos compartimentos encontram-se espaçados entre si, no eixo da frequência condicionando o nível sonoro. Nas altas frequências estes encontram-se sobrepostos deixando de haver concentrações discretas de energia uma vez que estes deixam de dominar a resposta. Admitindo que a existência de modos é inevitável convém selecionar uma relação entre as dimensões da sala tal que a distribuição dos mesmos em frequência seja o mais uniforme possivel. Desta forma conseguem-se evitar as concentrações de energia em bandas estreitas de frequência, responsáveis pelo aparecimento de colorações intensas do som. Verifica-se ainda que se as dimensões dos compartimentos são pequenas, como é o caso dos estúdios de gravação musical, as primeiras frequências próprias de vibração do espaço tendem a surgir para frequências mais elevadas, principalmente acima dos 100Hz. Em sala que não tem a forma de paralelepípedo, para se determinar os modos próprios de vibração, é necessário a utilização de métodos de cálculo mais complexos, por exemplo, através de elementos finitos ou de elementos de contorno. 2.3 - Parâmetros de Qualidade Acústica 2.3.1 - Ruído de Fundo O ruído pode ser classificado como ruído ambiente quando se trata de um ruído associado a um certo ambiente em um tempo específico, sendo usualmente composto pelo som de muitas fontes em diferentes direções, próximas e distantes, incluindo as fontes sonorasde interesse. O ruído pode ainda ser classificado como ruído de fundo, quando se refere ao ruído total de todas as fontes que não são a fonte de interesse (HARRIS, 1998). O ruído de fundo não deve mascarar o sinal de interesse e pode ter origem interna ou externa à edificação. A transmissão de ruído externo para o interior dos ambientes pode ser feita através do ar e da estrutura da edificação. O ruído interno em salas geralmente é oriundo de ventiladores, ar condicionado e outros equipamentos (e.g. equipamento informático ou eletrônico). 12 As principais fontes geradoras do ruído de fundo em edificações são o ruído de tráfego de veículos e o proveniente de atividades de construção civil. O ruído externo pode passar para o interior da edificação através de paredes, aberturas, portas e janelas. Na maioria dos estudos sobre conforto acústico, o ruído de fundo no ambiente é avaliado pelo nível de pressão sonora equivalente medido em dB(A). Esta é uma medida global que não fornece informações sobre a distribuição do nível de pressão sonora por freqüência (GERGES, 2000). Porém, sabe-se que existem diferenças na percepção do ruído pelo ouvido em freqüências diferentes. Desta forma, a medida do ruído de fundo em função da freqüência é uma medida importante para conhecer melhor o comportamento do som no ambiente medido. Segundo GERGES (2000), após muitas pesquisas foi desenvolvido um critério que avalia o ruído de fundo de um ambiente, traduzido pelas chamadas curvas NC (critério de ruído). As curvas NC são conjuntos de níveis de pressão sonora pré- determinados em função de freqüências em bandas de 1/1 oitava que podem ser comparados com os níveis de pressão sonora medidos no ambiente. A classificação do NC de um ambiente é determinada pelo valor que superpõe todos os valores medidos no ambiente pela curva padrão. A Figura 2.4 mostra o gráfico de curvas NC e os valores dos níveis de pressão sonora em função da freqüência relativos a cada curva são apresentados na Tabela 2.2. Através da observação destas curvas, verifica-se que seguem de forma aproximada à evolução da sensibilidade do ouvido humano em função da frequência. Para uma determinada curva NC os níveis sonoros máximos permitidos nas baixas frequências são sempre maiores do que nas altas frequências, uma vez que o ouvido humano tem uma menor sensibilidade aos sons de baixa frequência. O nível de ruído de fundo pode-se representar alternativamente através do nível de ruído equivalente expresso em dB (A), podendo-se verificar que este se encontra cerca de 10 dB acima do valor da curva NC. 13 Figura 2.4: Curvas NC. Fonte: MEHTA et al., 1999. 14 Tabela 2.2: Os valores dos níveis de pressão sonora em função da frequência relativa a cada curva NC. Fonte: MEHTA et al., 1999 Na Tabela 2.3 encontram-se as curvas NC recomendadas para os alguns tipos de espaços e a correspondência em nível sonoro equivalente expresso em dB(A). Tipos de espaços Curva NC recomendada Equivalência em dB (A) Estúdios de gravação 15 28 Salas de concerto e teatros 15-25 28-38 Salas de conferências/aula 20-30 33-42 Hotéis (quartos individuais) 20-30 33-42 Bibliotecas 30-35 42-46 Restaurantes 35-40 46-50 Salas de computadores 35-45 46-55 Tabela 2.3: Curvas NC recomendadas e níveis de ruído de fundo equivalentes em dB(A). Fonte: Isbert, A. - Diseño Acústico de Espacios Arquitectónicos, Edicions UPC, Universitat Politécnica de Catalunya, Barcelona, 1998. 15 A norma brasileira NBR 10152 (1987) – Níveis de ruído para conforto acústico, fixa os níveis de ruído de fundo compatíveis com o conforto acústico nos seguintes ambientes: hospitais, escolas, hotéis, residências, auditórios, restaurantes, escritórios, igrejas e templos e locais para esportes, e utiliza o parâmetro NC para indicar os valores de nível de ruído de fundo ideais para estes ambientes através de uma tabela, que mostra também os valores de nível de pressão sonora medidos em dB(A). Níveis superiores aos estabelecidos pela norma são considerados de desconforto, sem necessariamente provocar danos à saúde (ABNT, 1987). 2.3.2 - Tempo de Reverberação Quando um som é gerado dentro de um ambiente escuta-se primeiramente o som direto e, em seguida, o som refletido pelas superfícies existentes. Ao prolongamento do som resultante das múltiplas reflexões produzidas pelas superfícies dá se o nome de reverberação Define-se como tempo de reverberação o tempo necessário para que, depois de cessada a fonte, a intensidade do som se reduza de 60 dB. Se as paredes do local forem muito absorventes (pouco reflexivas), o tempo de reverberação será muito pequeno, caso contrário ocorrerão muitas reflexões e o tempo de reverberação será grande. Existe uma relação entre tempo de reverberação e os parâmetros geométricos da sala. Sabine (1964 apud MEHTA et al. 1999) desenvolveu a equação, denominada de equação de Sabine indicando que o cálculo do tempo de reverberação (TR) é função somente de dois parâmetros: a absorção (A) e o volume da sala (V). A absorção da sala é determinada através do tipo de revestimentos que a compõem e do seus componentes (e.x: mobiliário, cortinas, tapetes) através de seus respectivos coeficientes de absorção sonora (α). nA VTR 16.0= , (s) (2.2) 16 onde: V é volume da sala (m³); An = Σ αn . Sn + Aeq é a área de absorção total na sala (m2); Aeq é a área de absorção equivalente do mobiliário sem ou com ocupação (m²); αn é o coeficiente de absorção do material e Sn é a área do material (m²). A equação de Sabine possui limitações, designadamente quando aplicada a salas de grandes dimensões e pouco reflexivas, onde a média dos coeficientes de absorção dos materiais é superior a 0,2. Para essas situações outras equações foram desenvolvidas e devem ser usadas, como por exemplo, a Equação de Eyring (NEWELL, 2008), dada por: TR= 0 .16 V −S ln 1−α , (s) (2.3) onde, V é o volume da sala (m³); S é a área total das superfícies dos materiais (m²); e α refere-se à média dos coeficientes de absorção. A Figura 2.5 mostra os valores de tempo de reverberação ideais em função do volume e do uso das salas avaliados na freqüência de 500 Hz. 17 Figura 2.5: Tempos de reverberação recomendados para diversos tipos de recintos fechados em função do volume da sala. Fonte: NEPOMUCEMO, 1968. Para medir o Tempo de Reverberação em uma sala são utilizados equipamentos específicos. Primeiramente gera-se um sinal sonoro, que deve ser amplificado até que preencha toda a sala. Em seguida o sinal é cortado e é medido quanto tempo o som leva para decair 60 dB. 18 Entretanto, na prática, nem sempre esta redução no nível sonoro de 60 dB pode ser possível, principalmente nos casos em que o ruído de fundo existente seja elevado. Nestes casos, considere-se, por exemplo, que o nível sonoro na presença de uma fonte sonora atinge 90 dB, numa determinada banda de frequências, enquanto que o ruído de fundo atinge 50 dB. Ao ser desligada a fonte sonora, a redução no nível sonoro limita-se a 40 dB (90-50). Perante este cenário apenas é possível determinar uma duração aparente de reverberação, inferior ao tempo de reverberação conforme esquema representação na Figura 2.6. (TADEU, MATEUS, ANTONIO, GODINHO, MENDES, 2007). O tempo de reverberação obtém-se normalmente extrapolando o valor para 60 dB a partir de um decaimento de 30dB ou mesmo de 20 dB. Nestescasos, o tempo de reverberação obtido denomina-se de T30 ou T20. Figura 2.6: Tempo de Reverberação Aparente. Fonte: TADEU, MATEUS, ANTONIO, GODINHO, MENDES, 2007. O tempo de reverberação é medido geralmente em função da freqüência em bandas de 1/1 oitava ou de 1/3 de oitava. A norma brasileira NBR 12179 de 1992 – Tratamento Acústico em Recintos Fechados, tem como objetivo fixar os critérios fundamentais para a execução de tratamentos acústicos em recintos fechados. Este documento apresenta duas fórmulas para o cálculo do tempo de reverberação: Fórmula de Sabine e Fórmula de Eyring. Segundo a norma, o tratamento acústico é o modo pelo qual se procura dar aos ambientes boas condições de clareza e inteligibilidade, de acordo com as atividades 19 desenvolvidas em cada um deles. E o condicionamento acústico é o modo onde se procura garantir a boa distribuição do som e também o seu tempo ótimo de reverberação (ABNT, 1992). A norma NBR 12179 de 1992 apresenta a Figura 2.7, onde se definem os valores de tempo ótimo de reverberação recomendados de acordo com o volume do ambiente e da atividade nele desenvolvida. A indicação na norma que mais se assemelha estúdios de gravação é o estúdio de rádio para música. Figura 2.7: Tempo de Reverberação NBR 12179. Fonte: ABNT, 1992. 2.3.3 - Outros parâmetros Além dos fatores que foram apresentados anteriormente, existem outros parâmetros que podem auxiliar na determinação da qualidade acústica de ambientes, e entre eles, podemos destacar: 20 2.3.3.1 - EDT (Early Decay Time) O EDT, Early Decay Time, ou tempo de reverberação mais cedo, é caracterizado como o tempo que a energia sonora leva para decair 10 dB. Este tempo está associado com a primeira parte do decaimento sonoro (10 dB) após cessada a fonte sonora, mas também extrapolando para um decaimento de 60 dB. Este parâmetro permite avaliar o efeito das primeiras reflexões, que são as mais perceptíveis para os ouvintes. 2.3.3.2 - RASTI (Room Acoustics or Rapid Speech Transmission Index) O parâmetro RASTI, Room Acoustics or Rapid Speech Transmission Index, é chamado de índice rápido de transmissão e utiliza uma escala que varia de 0 a 100% (ou de 0 a 1), onde “0” corresponde a uma inteligibilidade nula, enquanto que o valor “100” corresponde a uma inteligibilidade perfeita, mas na prática, ambas são inatingíveis. (MATEUS, 2008) 2.3.3.3 - Definição - D50 Definição, que é representada por D50, é o parâmetro determinado pela razão entre a energia que chega ao receptor nos primeiros 50 milisegundos e a energia total. Seus valores variam entre 0 a 1 ou pode ser representado em porcentagem de 0 a 100%, mas de um mode geral, este valor deverá ser superior a 50%. (MATEUS, 2008) 2.4 - Materiais e Sistemas Sonoros Absorventes Conforme mencionado anteriormente, entende-se por absorção, a propriedade de alguns materiais em não permitir que o som seja refletido totalmente por uma superfície. Os materiais de revestimento, absorvem energia sonora em maior ou em menor quantidade. A absorção do som é controlada por duas grandezas: a porosidade e a vibração das massas que vibram em coerência. Os materiais ou sistemas absorventes sonoros podem ser classificados em: 21 • Materiais porosos ou fibrosos: materiais texturados, onde a absorção de energia é mais eficiente nas altas frequências (≈ 1600 Hz a 6400 Hz). • Ressonadores de cavidade: absorvem energia nas frequências médias (≈ 400 Hz e 1600 Hz). •Membranas ressonantes: a absorção de energia sonora é mais eficiente nas baixas frequências ( ≈ 100 Hz a 400 Hz). 2.4.1 - Materiais porosos ou fibrosos De acordo com NEPOMUCENO (1968), os materiais absorventes porosos são caracterizados pela porosidade e pela resistência específica a vazão por unidade de comprimento. A queda de pressão que se observa entre duas faces do material poroso é devida ao fato de ter tal pressão de vencer não só as perdas devidas ao escoamento como também a reatância de massa do ar no interior dos poros. Os materiais porosos possuem apenas parte do volume preenchido por matéria sólida, sendo o restante constituído por pequenas cavidades cheias de ar, com comunicação entre si e para o exterior, e o ar contido nesses orifícios está submetido a pequenos movimentos oscilatórios que permite, através do atrito sobre as paredes sólidas, a transformação de parte da energia sonora em energia térmica. Normalmente, os materiais absorventes porosos se aplicam como revestimentos de superfícies uma vez que, além do mecanismo de absorção sonora, ele também atua como atenuador da onda sonora, através de um processo de interferência entre a onda incidente na superfície do material e a onda emergente após reflexão na superfície rígida em que se apóia o material absorvente. Como se descreveu, estes materiais são constituídos por pequenas câmaras de ar ou por pequenos poros que comunicam entre si. As ondas sonoras com comprimentos de onda pequenos (frequências elevadas) penetram nestas pequenas câmaras de ar e propagam-se nestes interstícios fazendo movimentar o ar que se encontra no seu interior. Alguns exemplos destes materiais são as lãs minerais (lã de rocha, lã de vidro, etc.), aglomerados de cortiça, alcatifas e tecidos. O coeficiente de absorção destes materiais varia com a frequência, conforme ilustra a Figura 2.8. Verifica-se que aumentando a espessura dos materiais absorventes, consegue-se uma maior absorção nas baixas e médias frequências. 22 Figura 2.8: Coeficiente de absorção em materiais porosos ou fibrosos. Fonte: TADEU, MATEUS, ANTONIO, GODINHO, MENDES, 2007. 2.4.2 - Ressonadores Um ressonador é constituído por uma cavidade preenchida por ar ligada ao ambiente exterior através de um orifício. O ressonador funciona, quando uma onda sonora ao “entrar” num ressonador, põe em movimento a massa de ar do orifício do ressonador. Se a frequência do som incidente for próxima da frequência característica do ressonador, a velocidade e a amplitude do movimento da massa de ar do gargalo aumentam, provocando vibrações acentuadas no ressoador as quais, por atrito, acabam por dissipar, parte da energia sonora incidente. 23 Figura 2.9: Exemplo de um Ressonador. Fonte: MOREIRA, 2008. Na Figura 2.9 está representado um ressonador de cavidade, apresentando seus principais componentes. O mais simples ressonador absorvente é o de Helmholtz e é utlizado para atenuar o som. Neste caso, a frequência correspondente à vibração máxima (frequência de ressonância) é dada por: 0 ' (Hz)2 c Sf VLpi = , (s) (2.4) em que S é a área da abertura (m2), 'L refere-se ao comprimento efetivo dessa abertura (m), V é o volume da cavidade (m3), e c é a velocidade do som (m/s) Por motivos de desenvolvimento prático, os ressonadores comuns tem a frequência de ressonância entre 100 e 800Hz, o que permite a obtenção de absorção para médias frequências. Para se aumentar a absorção dos ressonadores, atenua-se ainda o movimento do ar nos orifícios, enchendo os mesmo de material poroso. O grau de absorção do ressonador alcança teoricamente seu máximo quando a resistência à vazão for da ordem de grandeza da impedância específica do ar e é, nesse caso, teoricamente 100%. Quando ambas as resistências não são iguais, obtém-se o máximo na frequencia 24 de ressonância, mas nesse caso, a absorção é menor que 100%. Por este motivo deve-se fazer a resistência a vazão sempre grande,porque tem-se, dessa maneira, um fator de qualidade menor e uma absorção grande dentro de faixa maior de frequências. (NEPOMUCENO, 1968). Um painel com aberturas de diferentes dimensões, funciona como um conjunto de ressoadores de cavidade que absorvem energia sonora em frequências diferentes, conforme apresentado na Figura 2.10. Figura 2.10: Ressonadores de Cavidade. Fonte: MOREIRA, 2008. 2.4.3 - Membranas A Figura 2.11 apresenta um exemplo de membrana acústica, que é constituída por uma placa flexível separada de uma base de suporte, vertical ou horizontal, através de apoios. 25 Figura 2.11: Esquema de funcionamento de uma membrana acústica. Fonte: MOREIRA, 2008. Neste caso, a absorção do som é obtida através da dissipação da energia sonora no movimento da membrana. O som ao incidir nesta placa provoca o seu movimento vibratório, dissipando desta forma parte da energia incidente. Parte da energia sonora é, então, transformada em energia cinética que por sua vez se vai dissipar devido a atritos internos de deformação e de atrito nos apoios. Existem frequências de excitação para as quais a placa vibra com mais facilidade. Estas frequências estão associadas aos modos de vibração próprios do elemento placa-separador. Os modos próprios de vibração de uma placa dependem da distância entre apoios e da rigidez da própria membrana. 2.5 - Difusão Tal como já foi abordado anteriormente, a reflexão de uma onda sonora, existe em maior ou menor amplitude e depende das características dos materiais que constituem os obstáculos. No entanto, este fenômeno também depende do tipo de superfície. Para superfícies rígidas, a onda sonora é refletida apenas numa direção e depende do ângulo de incidência da mesma. No caso de superfícies irregulares, a onda sonora incidente é refletida em várias direções. Este fenômeno denomina-se por difusão. Na Figura 2.12 apresentam-se imagens dos vários comportamentos de uma onda sonora ao incidir num obstáculo. 26 Figura 2.12: Onda sonora incidente num obstáculo e sua: (a) Reflexão; (b) Absorção e (c) Difusão. Fonte: Crutchfield, 2008. Precisamos da difusão para bem distribuir a energia acústica dentro do recinto de audição, já que a difusão espalha o som reverberante por toda a sala, proporcionando melhor controle das reflexões e modos de ressonância, não só impedindo a formação de ondas estacionárias como também eliminando pontos mortos, que são lugares onde os componentes do som não aparecem devido a interferências de fase e evitando ecos de curta duração (“flutter echo”) e o efeito “comb-filter”, que ocorre quando dois sons iguais são tocados simultaneamente, porém, com atraso de um para o outro. Superfícies planas podem ser “quebradas” colocando-se difusores nas mesmas. Uma difusividade aceitável pode ser encontrada usando-se difusores fixos e / ou rotativos. Quando o som é uniformemente distribuído pela difusão, ele passa a ter a fidelidade da fonte sonora dispersa por uma área de audição mais ampla, livre de interferências e com pleno aproveitamento e otimização da potência sonora original. Não existe um limite definido quanto ao número de difusores a ser utilizado. Aumentando o número de difusores, a difusividade aumenta proporcionalmente até aproximar-se de um valor máximo, e permanece constante com o aumento da quantidade de difusores. O número ótimo de difusores estacionários é aquele em que esse valor constante é atingido. Qualquer objeto pode difundir o som, e por isso existem diversos tipos de difusores. 27 2.5.1 - Efeitos da geometria, tamanho e absorção da sala na difusão sonora A difusão sonora é função da geometria da sala, e salas retangulares com paredes paralelas possuem uma pobre difusão. Na verdade, quanto mais a sala sair da forma retangular e quanto mais irregular forem as superfícies de suas paredes, maior será a difusão sonora nesta sala. O tamanho da sala é outro fator que afeta a difusão. A difusão é mais facilmente obtida em salas grandes do que em pequenas, assim sendo, em espaços pequenos destinados a estúdios de gravação, é difícil conseguir uma boa difusão sonora, a menos que sejam usados difusores de som em suas superfícies . Salas com superfícies muito reflexivas aumentam a difusão sonora. Por outro lado, quando se promove a absorção de som dentro de uma sala, a difusão diminui. Mesmo quando apenas uma das superfície da sala é altamente absorvente, como o piso, por exemplo, é difícil se obter a difusão necessária, a menos que outros meios de ampliar a difusão sejam incorporados. (METHA et al, 1999) 2.5.2 - Difusores Quando não se consegue atingir a difusão necessária dentro de uma sala, podem ser usados difusores sonoros para aumentar a difusão do ambiente. Um difusor de som é um elemento de superfície que produz reflexão difusa.Toda a superfície reflexiva com irregularidades de tamanho comparável ao comprimento de onda de som, vai funcionar como um difusor. Quanto maior as irregularidades e tamanho de sua superfície, melhor será o difusor. Assim, um difusor pode ter uma variedade de geometrias e pode ser de diferentes tipos de materiais, como placas de gesso, madeira compensada, ou painéis de disco rígido que são comumente usados, mas os metais e materiais de alvenaria também podem ser utilizados. Existem vários tipos de elementos difusores, denominados: difusores policilíndricos (Figura 2.13) e de Schröeder (RPG), podendo estes subdividirem-se em difusores MLS (Figura 2.14), QRD unidimensionais (Figura 2.15), QRD bidimensionais (Figura 2.16). 28 Figura 2.13: Elemento de um difusor policilíndrico. Fonte: Metha et al, 1999. Figura 2.14: Perfil de um difusor MLS. Fonte: Metha et al, 1999. Figura 2.15: Exemplo de um difusor unidimensional QRD. Fonte: Metha et al, 1999. Figura 2.16: Exemplo de um difusor bidimensional QRD. Fonte: Metha et al, 1999. 29 2.6 - Parâmetros Subjetivos Segundo NEPOMUCENO (1968), apesar de existirem diversos equipamentos capazes de medir os parâmetros necessários para a avaliação acústica de um espaço, a decisão final quanto a qualidade acústica de um ambiente será sempre do ouvido humano, isto é, do usuário e da sua percepção acústica e seus critérios de julgamento da qualidade sonora de um instrumento, uma voz ou de um sistema acústico. Para a avaliação subjetiva, a elaboração de questionário visando avaliar a percepção acústica dos usuários dos ambientes, é sempre o mais indicado. Segue uma breve descrição qualitativa dos principais parâmetros subjetivos para se avaliar a qualidade acústica de um ambiente: • Ruído Exterior: É o efeito de sons escutados dentro do local de estudo, mas que são oriundos de fontes de fora do recinto, como conversas, barulho de trânsito, buzinas, etc. (MACHADO, 2008). • Ruído Interior: É o efeito de sons escutados no próprio local, provenientes do próprio espaço, como o ruído de equipamentos de ar condicionado, computadores, etc. (MACHADO, 2008). • Impressão Espacial: É a sensação acústica espacial do ambiente pelo ouvinte, que é causado pelas reflexões sonoras que o atingem. (IAZZETTAA, et al, 2004). • Vivacidade: É o efeito de persistência do som no espaço, e que está diretamente relacionada ao tempo de reverberação da sala. Salas reverberantes são ditas salas "vivas", e já as salas que apresentam elevado índice de absorção e que refletem pouco som para o ouvinte são ditas salas "mortas/secas". É uma qualidade relacionada diretamente ao tempo
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