DETERMINAO EXPERIMENTAL DA QUALIDADE ACSTICA DE UMA SALA DE AUDIO RESIDENCIAL

Hugo Flvio Benassi Zanqueta1

RESUMODesde a antiguidade, a acstica de um ambiente valorizada pelo homem, como pode ser notada na arquitetura grega e romana, com seus inigualveis teatros e anfiteatros por exemplo: o Colliseo. Com o advento da tecnologia, a rea denominada acstica de salas est ganhando notoriedade em funo da demanda pela realizao de projetos de estdios de gravao, home-theaters, cinemas, teatros e salas de concerto. A disponibilidade de recursos e tcnicas para efetuar bons projetos, no que se refere acstica, tem colocado em evidncia a importncia do controle e tratamento do comportamento acstico em ambientes com funes diversas, como por exemplo: locais destinados a acomodar restaurantes, agncias bancrias, auditrios, salas de aula ou para qualquer outra aplicao onde a acstica deva ser claramente percebida e/ou apreciada. Mas muitas vezes h dificuldades em se determinar a qualidade acstica de um ambiente, pois todos os parmetros acsticos envolvidos na qualificao de um ambiente so de extrema complexidade e difcil entendimento um leigo. O presente trabalho aborda o uso medies in locu para determinao dos principais parmetros acsticos que caracterizam um ambiente. Para tal, efetuaram-se medies em uma pequena sala residencial, destinada a audio. Os parmetros analisados foram: Tempo de Reverberao T10, T20, T30 - EDT, Razo de Graves, Razo de Agudos e outros parmetros referentes distribuio da energia sonora no ambiente. As medies foram realizadas conforme recomendaes das normas ISO e NBR, que determinam metodologia prpria para avaliao de parmetros acsticos em ambientes. Os resultados encontrados foram comparados com valores indicados na literatura. Nesta comparao, pode-se observar que todos os parmetros avaliados para a sala em estudo esto em conformidade, de engenharia, com os valores recomendados pela literatura.

Palavras-chave: Acstica, Tempo de Reverberao, Parmetros Acsticos.

1 PARMETROS ACSTICOS: DEFINIES E RECOMENDAES

Segundo a literatura, h uma variedade de parmetros para descrever a qualidade acstica de um ambiente. Devido a essa gama, surgem dois problemas para execuo de um projeto: Primeiro, h, por parte das pessoas que no conhecem profundamente o assunto, uma dificuldade em entender a vasta quantidade de parmetros envolvidos num projeto. Segundo, por parte dos engenheiros, arquitetos e projetistas, h o paradigma em saber quais os parmetros, e recomendaes para tais, que devem ser utilizados em projeto.Mas ao se pesquisar mais profundamente o assunto, percebe-se que nesta vasta gama de parmetros, existem alguns que so mais citados e recomendados por autores e especialistas da rea. A seguir sero explicados, de maneira resumida e concisa, os principais parmetros acsticos e seus respectivos valores de referncia.

1.1 Tempo de Reverberao - RT

O tempo de reverberao a principal caracterstica de um ambiente, fora definido inicialmente por W. C. Sabine como sendo o tempo necessrio para que o nvel de presso sonora casse em 60 dB presso sonora reduzida a sua milionsima parte. Isto , a partir do instante de desligamento da fonte sonora, o tempo que o rudo no ambiente demora para ser reduzido em 60dB.Sabine formulou uma equao para clculo do Tempo de Reverberao (ver Equao 1):

s (1)

Onde:V volume da sala em m3;A absoro em m2;

1

c velocidade do som no meio em m/s2;m - a constante de atenuao do meio, no caso o ar; Na aplicao prtica, comum medir-se o tempo de reverberao para 10, 20 ou 30 dB. Isso pode ser utilizado onde o rudo de fundo for alto e atrapalhar a medio de queda de 60 dB. Em um ambiente com campo completamente difuso os valores de RT, T10, T20 e T30 tendem a ser iguais1.1.1 T10

Avaliado com relao ao tempo aproximao linear de reduo do som entre os nveis de -5 a -15 dB. A Figura 01 demonstra o procedimento de clculo de T10.

Figura 01 Procedimento de clculo de T10.1.1.2 T20

Avaliado com relao ao tempo aproximao linear de reduo do som entre os nveis de -5 a -25 dB. A Figura 02 demonstra o procedimento de clculo de T20.

Figura 02 Procedimento de clculo de T20

1.1.3 T30

Avaliado com relao ao tempo aproximao linear de reduo do som entre os nveis de -5 a -35 dB. A Figura 03 demonstra o procedimento de clculo de T30.

Figura 03 Procedimento de clculo de T30

1.1.4 Recomendaes para valores de RT

As diferentes finalidades a que se destinam as salas exigem diferentes tempos de reverberao. Diversas pesquisas foram realizadas com o objetivo de obter valores ideais para tempos de reverberao para cada atividade, seja ela uma palestra ou um recital.A Figura 04 representa o tempo de reverberao timo a 500 Hz para diversos ambientes em funo do tipo de ocupao e de seu volume total, recomendado pela norma brasileira NBR 12179, que regulamenta o tratamento acstico em recintos fechados. recomendvel que o tratamento acstico esteja de acordo com as recomendaes apresentadas por essa norma.Embora a NBR 12179 apresente apenas os valores considerados timos para a freqncia de 500 Hz, pode-se estender esta anlise para as demais freqncias. Isto pode ser feito a partir das curvas apresentadas na Figura 05, onde so indicados fatores de correo para o tempo de reverberao em cada freqncia, em relao ao de 500 Hz, em funo da finalidade de uso da sala. Nessa figura esto representadas 4 curvas, sendo duas delas genricas, curva 1 e curva 2 e as outras 2 mais especficas, ou seja, a curva 3 utilizada para ambientes destinados msica e a curva 4 para salas com exclusividade do uso da fala. A rea hachurada representa uma regio mais abrangente para salas com uso misto. Desta pode-se perceber tambm, que normalmente recomendado que o tempo de reverberao seja um pouco mais alto nas baixas freqncias e, para alguns autores, tambm nas altas freqncias.

Figura 04 Tempo timo de reverberao para determinados tipos de ambientes em funo do volume da sala, segundo NBR 12179.

Figura 05 Correo para tempo de reverberao, segundo Salgado.

1.2 Razo de Graves ou Calor - BR

a relao entre os tempos de reverberao das baixas freqncias (125 e 250 Hz) e das mdias freqncias (500 e 1000 Hz). Conforme Equao 2:

2

(2)

Representa a riqueza em baixa freqncia sons graves de uma sala, indica a sensao de calor e suavidade de uma msica neste ambiente. Durante a fase de projeto deve-se ter especial cuidado na seleo dos materiais utilizados, a fim de evitar coeficientes de absoro elevados em baixa freqncia, o que aumentaria, excessivamente, sua razo de graves.Segundo Beranek os valores para a razo de graves estar entre 1,10 e 1,20.

1.3 Razo de Agudos ou Brilho - Br

a relao entre os tempos de reverberao das altas freqncias 2000 e 4000 Hz e das mdias freqncias 500 e 1000 Hz. De acordo com a Equao 3.

(3)

A Razo de Agudos representa a riqueza em altas freqncias sons agudos. Traz a sensao e impresso de clareza e brilho do som. Beranek recomenda um valor para a Razo de Agudos superior a 0.87, mas um brilho excessivo trs uma sensao de artificialidade do som, por isso recomenda-se que o valor de Br esteja acima de 0,87, mas no supere a unidade.

1.4 Early Decay Time - EDT

O EDT avaliado com relao ao tempo aproximao linear de reduo do som entre os nveis de -1 a -11 dB. A Figura 06 demonstra o procedimento de clculo do EDT.Este um parmetro com uma estreita relao com o tempo de reverberao, com a vantagem de o EDT mensurar a reverberao percebida subjetiva-, enquanto o RT indica a reverberao real do ambiente. O EDT representa a vivacidade de um ambiente.

Figura 06 Procedimento de clculo de EDT.

Salas com geometria regular, uma distribuio homognea dos materiais absorventes, se caracterizam por uma distribuio uniforme da presso acstica. E em conseqncia, a curva de decaimento apresentar uma nica inclinao, fazendo com que EDT e TR sejam iguais. Em geral os valores recomendados de EDT so os mesmo que para TR.Em uma ambiente onde EDT menor que o RT, a sala ser percebida de maneira subjetiva mais apagada do que se EDT fosse igual a RT.

1.5 Claridade

O parmetro C80 define a relao entre a energia sonora recebida durante 80 ms depois de se receber o som direto com este incluso e a energia recebida aps os primeiros 80 ms. Tambm expressa em dB (ver Equao 4).

dB (4)

Para garantir uma inteligibilidade aceitvel, deve-se seguir a seguinte recomendao de Beranek:

C80 ? 2,5 dB

De qualquer forma, este parmetro utilizado para avaliar o grau de separao que se pode apreciar entre os distintos sons de uma composio musical. Deve-se mencionar que tanto o parmetro C50 quanto o C80 no so estatisticamente independentes, sendo que variam com o tempo de reverberao, diminuindo a medida que este ltimo aumenta.

1.6 Definio (D)

definida como a proporo entre a energia recebida durante os primeiros 50 ms desde a chegada do som direto com este incluso e a energia total recebida. Que pode ser calculada conforme a Equao 5:

dB (5)

3

Esta relao fora definida pelo alemo Thiele como Deutlichkeit clareza - e utilizada exclusivamente para salas destinadas para palavra. interessante saber a relao existente entre definio, D, e claridade, C50, determinada pela Equao 6:

dB (6)

De modo que se pode definir a definio de uma sala atravs de sua claridade, ou vice-e-versa.Os valores de definio dependem da posio do ouvinte em relao a fonte sonora, diminuindo com o aumento desta. Isto , afastando-se da fonte, o nvel do campo reverberante aumenta e, como conseqncia, a proporo de energia das primeiras reflexes diminui. Devido ao carter de diretividade da voz humana, a definio maior quando o ouvinte se situa frontalmente a fonte.Em qualquer caso, para um correto projeto acstico de um ambiente destinado palavra, deve-se garantir, com a sala ocupada, um valor uniforme e superior a 0,5 dB para a definio em qualquer banda de freqncia de 1/8, recomendao definida por Thiele.

1.7 Inteligibilidade - RASTI

Rapid Speech Transmission Index ou Indice de Transmisso da Fala Rpido, surgiu como uma simplificao do parmetro STI, com objetivo de reduzir o tempo de clculo. Este ndice foi patenteado pela empresa dinamarquesa Brel & Kjr, a qual conseguiu reduzir o nmero de freqncias centrais e freqncias de modulao, chegando a relao constante na Tabela 01.

Tabela 01 Relao entre freqncias centrais e freqncias de modulao para o RASTI.F0 Fm(Hz)(Hz)5001 2 4 82.0000,7 1,4 2,8 5,6 11,6

Como conseqncia o nmero de ndices m(Fm, F0) passa de 98 para 9. E a expresso final do RASTI coincide com a do STI, calculando o valor da relao sinal-rudo media aparente global, conforme Equao 7:

(7)

A Tabela 02 demonstra a relao entre a inteligibilidade da palavra em uma sala com os valores de RASTI.

Tabela 02 Relao entre inteligibilidade e valores de RASTI.RASTIInteligibilidade0,88 1,00Excelente0,66 0,88Boa0,50 0,66Aceitvel0,36 0,50Pobre0,24 0,36Ruim

2 ESTUDO DE CASO

Foram realizadas medies em uma pequena sala localizada em uma residncia na cidade de Maring, no estado do Paran. Esta sala destinada a audio de msica vrios estilos. O presente trabalho restringe-se apresentao dos resultados experimentais

4

obtidos nos ensaios e comparao com os valores recomendados pela literatura.

2.1 Equipamentos

Para coleta dos dados experimentais foram utilizados um micro computador pessoal PC AMD XP2800 Athlon, com placa de som SoundMAx e software Dirac 3.0. Tambm se utilizou um microfone omnidirecional Behringer EMC8000 e uma Phanton-Power Behringer UB802 para pr-polarizao do microfone. Sendo todos esses equipamentos destinados a aplicao de ensaios em ambientes acsticos.

2.2 Metodologia

As primeiras etapas do procedimento experimental foram: a calibrao do sistema de medio e a marcao das posies de microfone conforme recomendaes da norma ISO 354. A seguir procedeu-se a seleo do tipo de fonte sonora de excitao a ser utilizada. Essa fonte deve ser consistente com o parmetro acstico a ser medido. Para medio dos parmetros acstico utilizou-se a tcnica MLS, que uma fonte de rudo binria randmica.Aps cada medida tem-se a opo de aceitar ou no o resultado apresentado baseado no aspecto da curva de decaimento registrada. Muitas vezes, durante a medio, so observados rudos de fundo que interferem no resultado tornando-o inadequado. Foram escolhidos 5 pontos de medio no recinto. O tempo de reverberao foi determinado de forma individual para esses pontos e em cada um foi efetuada a mdia de trs medies indicadas como satisfatrias pelo analisador. Depois de realizadas todas as medies passaram para o processamento dos dados experimentais para se obter os descritores acsticos desejados.

3 RESULTADOS

Aps os ensaios, todos os dados foram tratados no software Dirac e comparados com as recomendaes da literatura. A seguir sero discutidos os resultados das medies e as comparaes com as recomendaes.

3.1 Tempo de Reverberao

Segundo a NBR 12.179 o e as curvas de correes para o tempo de reverberao nas demais freqncias, pode-se avaliar que a sala apresenta um tempo de reverberao de boa qualidade, pois em apenas alguns pontos os valores para este parmetro esto fora dos limites mnimos e mximos curvas em vermelho - sugeridos por diversos autores. A Figura 07 demonstra o resultado da mdia dos pontos para o Tempo de Reverberao, T10, T20 e T30.

Figura 07 Resultados para mdia dos pontos para Tempo de Reverberao, T10, T20 e T30.

3.2 Razo de Graves

Segundo a equao 2, que determina o clculo para a Razo de Graves, pode-se avaliar esse parmetro em funo de T10, T20, T30 e EDT. Sendo que na maioria dos casos este parmetro esteve dentro da faixa recomendada, onde apenas pata T20, o valor ficou abaixo do mnimo, conforme pode ser visto na Tabela 03.

Tabela 03 Resultados para Razo de GravesRazo de GravesRecomendadoBR(EDT)1,221,10 ? BR ? 1,20BR(T10)1,17

BR(T20)

5

1,02

BR(T30)1,12

3.3 Razo de Agudos

Segundo a equao 3, que determina o clculo para a Razo de Graves, pode-se avaliar esse parmetro em funo de T10, T20, T30 e EDT. Sendo que na maioria dos casos este parmetro esteve dentro da faixa recomendada, onde apenas pata T20, o valor ficou abaixo do mnimo, conforme pode ser visto na Tabela 04.

Tabela 04 Resultados para Razo de AgudosRazo de AgudosRecomendadoBr(EDT)0,830,87 ? BR ? 1,00Br(T10)0,91

Br(T20)0,86

Br(T30)0,94

3.4 Claridade

Como a sala destina-se a audio de msica, apenas o fator C80 fora avaliado. A Figura 08 demonstra os resultados de cada ponto em funo da freqncia para este parmetro. Pode-se perceber facilmente que o ambiente avaliado est bem acima do mnimo requerido que de 2,5 dB.

Figura 08 Resultado de C80 para cada ponto de medio em funo da freqncia.

3.5 Definio

Recomenda-se para este parmetro um valor uniforme e superior a 0,5 dB, que pelos resultados mostrados na Figura 09, pode-se ver que a sala atende em todos os pontos de medio e em todas as freqncias.

Figura 09 Resultados de Definio para os pontos de medio em funo da freqncia.

3.6 Inteligibilidade RASTI

A Tabela 05 trs os resultados do valor de RASTI para cada ponto de medio, bem como o valor mdio para o parmetro de inteligibilidade. Se esses valores forem comparados com as recomendaes da Tabela 02, pode-se destacar que a sala em estudo apresenta uma inteligibilidade boa com alguns pontos podendo ser considerada excelente.

Tabela 05 Valores de RASTI para cada ponto de medio e mdia dos pontos.Pt1Pt2Pt3Pt4Pt5Mdia0,910,880,82

6

0,890,920,88

4 CONCLUSO

Atravs dos comparativos dos parmetros acsticos medidos na sala de audio com valores recomendados pela literatura, pode-se perceber que todos os parmetros analisados aproximam-se dos valores recomendados pela literatura. Desta maneira, conclui-se que o ambiente estudado apresenta boa qualidade acstica para uma sala de audio musical. Mas para se ter certeza de que esses valores realmente condizem com a percepo do homem, uma avaliao subjetiva fora realizada com pessoas que utilizam esse ambiente. Sendo que essa sala utilizada freqentemente por trs pessoas para audio musical e inclusive para ensaios, e todas concordam que o ambiente possui uma acstica muito boa, pode-se concluir que a utilizao dos parmetros mencionados neste trabalho serve, satisfatoriamente, como indicativos da qualidade acstica de um ambiente.Mesmo com essas constataes, que podem ser verificadas em outros trabalhos tcnicos e pesquisas da rea, existem outros parmetros que podem ser utilizados em conjunto com os acima apresentados. Sendo que isso implicaria num enriquecimento de informaes para projetos futuros.

5 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ARIZMENDI, L. J. - Tratado Fundamental de Acstica em la Edificacin. Pamplona: Ediciones Universidade de Navarra, 1980.BERANEK, L. L. Acoustic. Cambridge, 1993.CARVALHO, B. A. Acstica Aplicada Arquitetura. Rio de Janeiro: Freitas Bastos, 1982.COOPER, J. - Building a Recording Studio. 5th edition, Synergy Group Inc., Los Angeles, 1996.GERGES, S. N. Y. - Rudo: Fundamentos e Controle. Florianpolis: NR, 2000.ISO 354 Acoustics Measurement of Sound Absorption in a Reverberation Room. Genebra: ISO, 2003.NBR 12179 Tratamento Acstico em Recintos Fechados. Rio de Janeiro: ABNT, 1985.SALGADO, A. B. S. - Validacin de Software para Prediccin Acstica de Salas Y Aplicacin al Deseo de Aulas. Tese. Vigo: Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Telecomunicaciones, 2003.WILSON, M. - Acoustical Design for Achitects. Londres. University of North London, 1998.

1 Professor, Universidade Estadual de Maring / UEM Departamento de Engenharia Qumica.E-mail: hugo@deq.uem.br??

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V ENCONTRO TECNOLGICO DA ENGENHARIA CIVIL E ARQUITETURA ENTECA 2005

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V ENCONTRO TECNOLGICO DA ENGENHARIA CIVIL E ARQUITETURA ENTECA 2005

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