Acustica Tema I Intro

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Prof. Dr. Leopoldo P. R. de Oliveira
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Departamento de Engenharia Mecânica
SEM5917 - Acústica
Prof. Dr. Leopoldo P. R. de Oliveira
Fonte principal: P.Sas, ISAAC (K.U.Leuven - 2008)
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Introdução: conceitos básicos
Genesis 1-1 “No princípio era o verbo…”
O que é o som?
Como medimos?
Como analizamos?
Como projetamos, modificamos, controlamos?
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Introdução: conceitos básicos
• o som é composto por pequenas flutuações de pressão 
em torno de uma posição de equilíbrio, que se propaga 
através de um meio elástico
• o meio elástico pode ser gasosos, líquido ou sólido
• toda vibração no meio em que as partículas podem se 
mover pode atuar como fonte acústica
• as flutuações de pressão viajam através do meio com 
velocidade c, que depende apenas do meio
• ondas longitudinais: velocidade das partículas na 
mesma direção da propagação de ondas
• sem transporte de massa ou energia
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Introdução: ondas
fonte: http://paws.kettering.edu/~drussell/Demos.html
• distúrbio ou variação que 
atravessa um meio elástico
• o meio sofre alterações locais 
quando a onda passa por uma 
região, mas as partículas daquela 
região não viajam com a onda
• o movimento líquido do meio é 
nulo (a não ser que haja 
escoamento)
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Introdução: ondas
onda unidimensional (plana) viajando no espaço
Comportamento de um ponto 
no domínio do tempo
Registro do espaço em um 
instante de tempo
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propriedades físicas
f
c
fc  
Ondas Acústicas:
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a velocidade do som c[m/s] depende das 
propriedades físicas do meio elástico (gás, líquido 
ou sólido)
a maioria dos gases e ar atmosférico seguem as leis 
gerais da termodinâmica
no ar à pressão atmosférica, a velocidade do som 
depende principalmente da temperatura (343 m/s 
@ 20ºC) 
sm
RTE
c /343

 

Atenção, há uma distinção clara entre velocidade 
do som (speed) e a velocidade de partícula v [m/s], 
que está associado com o “vai-e-vem” em torno do 
ponto de equilíbrio (dimesão em torno de frações 
de mm/s a cm/s)
propriedades físicasOndas Acústicas:
K bulk modulus
E Young modulus
 density
R molar constant
T temperature [Kelvin]
M molar mass
 isoentalpic constant
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f
c
fcm
ERT
c 

  sec/343
Ondas Acústicas: freqüência e comprimento de onda
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Faixa de freqüência [Hz]
Fonte Audição
Voz humana 85 ~ 5 000 20 ~ 20 000
Cachorro 450 ~ 1 000 15 ~ 50 000
Gato 780 ~ 1500 60 ~ 65 000
Morcego 10 000 ~ 120 000 1 000 ~ 120 000
Grilo 7 000 ~ 100 000 100 ~ 15 000
Golfinho 2 000 ~ 13 000 150 ~ 150 000
Motor a jato 5 ~ 50 000 -
Carro 15 ~ 30 000 -
Piano 30 ~ 4100 -
La (A4) 440 -
Tomprete 190 ~ 990 -
Ondas Acústicas: freqüência e comprimento de onda
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dB
p
p
SPLPap
ref
ref 







  10
5 log20,10.2
2/1
2 )(
1
)( 





 

t
Ti
dp
T
tp 
)(tp
Grandezas Básicas
Pressão
valor RMS
escala decibel
dB
p
p
SPL
ref









2
2
10log10
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dB
mW
I
L rI 






 21210 10
log10
Grandezas Básicas
Intensidade Acústica (dB)
)(tIr
)(tur
cpupI 2
)()()( tutptI rr 
cpur 
Intensidade Acústica
velocidade de partícula
propagação livre
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Watt
W
LW 1210 10
log10



s
r sdtItW )()(
SPL
pp
c
pI
LI 



















2
512
2
12
2
12
)
10.2
log(10
10.400
log10
10.
log10
10
log10 
para W = 1Watt LW = 120dB
)1( 2mSWI
LLSPL


Grandezas Básicas
Potência Acústica (dB)
nível
obs:
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2
2
4
4).().()()(
r
W
IrtIStIdStItW rrr
s
r   
Propagação do som
Fonte Pontual
dBrrSPLrrSPL 6)()2( 00 
SLS
WI
LSPL WI log10log10
10
log10
10
log10
1212


campo puramente ativo
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rlS 2
24 rS 
Propagação do som
Fonte Pontual
Fonte “Linha”
-6dB com o dobro da distância
-3dB com o dobro da distância
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Propagação do som
reflexão – reverberação – ondas estacionárias
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Propagação do som
reflexão – reverberação – ondas estacionárias
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Propagação do som
reflexão – reverberação – ondas estacionárias
campo puramente reativo
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Propagação do som: efeitos metereológicos
Efeito do vento
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Propagação do som: efeitos meterorológicos
Efeito do temperatura
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Medição do som: bandas de 1/3 de oitavas
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Medição do som: filtros A, B, C, D …
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Medição do som: percepção humana
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





  dt
T
eqL
t
o
LA 10/
10 10
1
log10
NL
eqL
Medição do som: outros níveis
Nível Estatístico
Nível Equivalente Contínuo
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Mecanismos de geração do som:
Ruído Estrutural (structural born)
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Mecanismos de geração do som:
Ruído Aéreo (air born)
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Mecanismos de geração do som: exemplos
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Mecanismos de geração do som: exemplos
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2vSc
W

 
Mecanismos de geração do som: exemplos
Eficiência de Radiação
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Ferramentas de Análise:
Elementos finitos 
- acoplado
- desacoplado
Elementos de contorno
- acoplado
- desacoplado
- inverso
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Controle Passivo
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Controle Ativo
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– feedforward
– feedback
Controle Ativo
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Active headsets
Technofirst active headset
KULeuven active headset
Controle Ativo
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Programa / Avaliação
• Propagação de Ondas – modelo contínuo
• Modelos acústicos de parâmetros concentrados
• Introdução à vibro-acústica
• Métodos numéricos para solução de acúsitca/vibro-acústica
• Controle Passivo de Ruído
• Controle Ativo Acústico/Estrutural
• Instrumentação
• Qualidade Sonora
Avaliação
• Lista de Exercícios
• Trabalho (entrega de relatório/apresentação)