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Medições Acústicas
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Medição Acústica
• Análise de sinais:Classificação subjetiva (fala, música, barulho, ...) e objetiva (nível, frequência, duração, ...)
• Avaliação de ruído:Valores objetivamente mensuráveis (“limites“)
• Controle de ruído:Acústica de edificações, controle de emissões, controle ativo ou passivo de ruído (barreiras, silenciadores, enclausuramento,...)
• Teste e diagnóstico:Ultrassom (medicina, ensaio de materiais), eletroacústica, acústica de salas, audiologia, teste de equipamentos (sonômetro, microfones, alto-falantes, audiômetros, próteses auditivas, ...)
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Conteúdos
• Fundamentos
• Eletroacústica
• Medição de• Acústica Ambiental
• Acústica das Edificações
• Acústica de Salas
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Fundamentos
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Onda acústica
𝜕2𝑝(𝑡,𝑥)
𝜕𝑡2 = 𝑐2 𝜕2𝑝(𝑡,𝑥)
𝜕𝑥2
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Onda Plana Onda Esférica
𝑝(𝑡, 𝑥) = 𝐴𝑒𝑗(𝜔𝑡−𝑘𝑥) 𝑝(𝑡, 𝑥) =𝐴
𝑟𝑒𝑗(𝜔𝑡−𝑘𝑥)
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𝐿 = 20 log( 𝑝/𝑝0) [dB]
• Pressão eficaz:
𝑝 =1
𝑇 0
𝑇
𝑝2 𝑡 𝑑𝑡
• Pressão de referência:
𝑝0 = 20𝜇𝑃𝑎
Nível de pressão sonora (NPS)
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+ = + 6 dB
+ = - dB
+ = + 3 dB
+ = + 3 dB
0 dB + 0 dB = ? (Soma de sinais)
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Ambientes paramedição acústica
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Câmara anecóica
Aproxima condições de campo livre
(ondas esféricas)
Paredes absorvem até 99,9% da energia do som.
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Caracterização de alto-falantes(sensibilidade, potência, diretividade)
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Caracterização de veículos (potência sonora, diretividade)
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Caracterização de máquinas (potência sonora, diretividade)
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Testes subjetivos (psicoacústicos)
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Câmara reverberante
Aproxima condição de campo difuso (incidência incoerente e isotrópica)
Paredes refletem até 99% da energia do som.
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Câmara reverberante
• Exemplos de uso:
• Caracterização de microfones e medidores de nível sonoro• (sensibilidade)
• Caracterização de alto-falantes • (potência)
• Caracterização de fontes de ruído (máquinas, veículos)• (potência sonora)
• Caracterização de materiais construtivos• (coeficiente de absorção ou transmissão)
• Testes subjetivos, psicoacústicos
• …
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Câmaras acopladas
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Fensterprüfstand
Caracterização de materiais construtivos
(coeficiente de absorção ou transmissão)
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Eletroacústica
• Transdução• microfone
• alto-falante
• Armazenamento• analógico
• digital
• Amplificação• sonorização
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Microfone de medição
CÁPSULA PRÉ-AMPLIFICADOR
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Construção de um microfone capacitivo
C0
Grade (proteção)
Membrana
Eletrodo
Isolador
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Resposta em frequência
• Resposta típica de microfone capacitivo de ½ polegada
Atuador eletrostático
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Calibração
• Uso do pistonfone
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Altofalantes
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Altofalante eletrodinâmico
Imã
Suspensão
Bobina
Membrana
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Fonte omnidirecional (Dodecaedro)
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Fonte omnidirecional (Dodecaedro)
Diretividade
1 kHz 10 kHz
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Sonomêtro
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Sonômetro
Filtro ponderador
Filtro
A, C rms 93,7
f, s
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Curvas de mesma audibilidade
“A“
“C“
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Filtros ponderadores
“A“
“C“
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LA em dB(A)
=
Nível de pressão
sonora ponderado
pela curva-A
Filtros ponderadores
• Correção do nível de pressão sonora para ser equivalente ao nível de audibilidade de um sujeito
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Análise em frequência
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Exemplo: FFT vs espectro de banda
Spectro (FFT)
Banda de terço de oitava
Música (tempo)
Banda de oitava
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Filtro de oitava
log f 0,5 f f 2 f
f / 2 f *2
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• Terço de oitava
• Eng. Civil
• 100 Hz – 3150 Hz (32 Terças)
• Maior precisão
• Pouco usada em acústica de salas e controle de ruído
• Oitava
• Pouco usada em eng. civil
• Comum em acústica de salas e controle de ruído
• Padrão: 125 Hz – 4 kHz (6 Oitavas)
• Extendida: 63 Hz - 8 KHz(8 Oitavas)
Análise de frequência
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Cálculo da banda de oita a partir da banda de terço de oitava
(Soma de níveis !)
𝐿𝑜𝑐𝑡 = 10 log 10𝐿𝑡𝑒𝑟1
10 + 10𝐿𝑡𝑒𝑟2
10 + 10𝐿𝑡𝑒𝑟3
10
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Acústica Ambiental
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Acústica de Edificações
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Índice de Redução Sonora (R)
𝑅 = 20 log𝑝𝑖𝑛𝑐
𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠
𝑝𝑖𝑛𝑐 𝑝𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠
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SL EL
AA
Isolação entre cômodos(ISO 140)
𝑅 = 𝐿𝑆 − 𝐿𝐸 + 10 log𝑆
𝐴𝐴 = 0,16
𝑉
𝑇, 𝑆 = área da parede
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NBR 15575
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Rw = 81dB
Curva de referência
deslocada
Curva de
referência
Índice ponderado RW (ISO 717-1)
Atenuação depende da
frequência
Busco índice
Ponderação
Medição em terços de oitava
Desloco curva de referência em
passos de 1 dB
► Soma da extrapolação deve ser
a máxima possível, mas não
maior que 32 dB
Leio valor da curva de referência
em 500 Hz
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Ruído de impacto (ISO 140)
EL
A
Preciso
Boa repetibilidade
Dados comparáveis
mas... Ninguém pisa igual!
Máquina de impacto(normalizada)
Máquina de
Impacto
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Acústica de Salas
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Reflexões tardias
tempo
Energia
Som direto
0
Primeiras reflexões
Resposta ao impulso
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Resposta da sala a um ruído branco
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-15
-10
-5
0
5
10
15
White Noise
Time in seconds
Am
plitu
de
ON OFF
CRESCIMENTO
NÍVEL ESTACIONÁRIO
DECAIMENTO
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“Define-se o tempo de reverberação (T60) como o tempo necessário para que o NÍVEL SONORO no recinto caia 60 dB
após o desligamento da fonte sonora.”
Bistafa, 2006
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Tempo de reverberação
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40White Noise
Time in seconds
Am
plitu
de
in
dB
Nível estacionário
Decaimento
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-15
-10
-5
0
5
10
15
White Noise
Time in seconds
Am
plitu
de
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Sistemas acústicos
• Geração e análise sonora
Objeto em
teste Resposta do sistema
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Sistema linear e invariante no tempo
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• Excitação e desconvolução
Medindo um SLIT
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Sinais usuais para medição
• Senóide
• Varredura
• Ruído- branco- rosa
• Impulso
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FFT de 2 canais
FFT
FFT
LTI-
Systems(t)
H(f)DIV
IFT h(t)
𝑥(𝑡)
𝑦(𝑡)
𝑥(𝑡) 𝑋(𝑓)
𝑌(𝑓)
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Parâmetros objetivos para salas
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Tempo de Decaimento Inicial (EDT)
• Este parâmetro se relaciona diretamente com a curva de decaimento.
• Sua diferença para o tempo de reverberação é que o EDT considera os primeiros 10dB de decaimento da curva (de 0dB a -10dB).
• O EDT está mais ligado à reverberação percebida pelo ouvinte, enquanto que o tempo de reverberação está mais ligado às propriedades físicas da sala.
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Força Sonora (G)
• A força sonora é definida como a razão logarítmica entre a pressão sonora medida num ponto e a pressão sonora medida num ponto a 10 metros de distância do primeiro ponto.
𝐺 = 10 log 0
∞ℎ2 𝑡
0∞
ℎ102 𝑡
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Clareza (C50 ou C80)
• Este parâmetro está relacionado com a clareza e definição do som recebido pelo ouvinte, ou o balanço entre clareza e reverberação.
𝐶𝑡 = 10 log 0
𝑡ℎ2 𝑡
𝑡∞
ℎ2 𝑡
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Definição (D50 ou D80)
• A definição é uma medida da perspicuidade da fala (50ms) ou da música (80ms).
𝐶𝑡 = 10 log 0
𝑡ℎ2 𝑡
0∞
ℎ2 𝑡
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Softwares de Simulação
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• Segue alguns exemplos de softwares de simulação acústica. Esta lista está longe de ser completa!
• Cadna A: simulação para predição de ruído.
• Odeon: simulação de acústica de salas.
• BASTIAN: simulação de acústica de edifícios.
• EASE: simulação para instalação de sistemas de sonorização.