Publicação no Anuário da Arq Art 2015/2016

Acústica na Arquitetura

Este é um fator preponderante para que nas obras arquitetônicas possam ser construídos ambientes que causem completo conforto para seus usuários, já que a acústica e o som tem seu precedentes há milhares de anos, como por exemplo, no Egito.

O conhecimento dos conceitos da acústica arquitetônica leva, então, à integração dos requisitos a outras funções arquitetônicas. O papel da acústica arquitetônica é fazer com que o ambiente promova uma melhor função do espaço, tal como trabalhar, dormir ou se divertir.

É essencial que o arquiteto esteja preparado para reconhecer e solucionar os problemas acústicos desde a fase de projeto, evitando, assim, os problemas que possam aparecer na pós-ocupação. Assim, todo arquiteto deve estar preparado para proteger seu cliente e a ele próprio das “surpresas acústicas”.

Na aplicação de um material de construção, é importante conhecer todas as suas propriedades, por isso o arquiteto deve ter conhecimentos suficientes para selecionar o material adequado a um determinado local. Não adianta, por exemplo, empregar um material absorvente sonoro por sua bela textura, quando o problema é uma questão de isolamento. A avaliação e seleção dos materiais empregados são indispensáveis.

Todo problema acústico tem que ser analisado por três aspectos: a fonte sonora, o meio de propagação e o receptor. Muitas vezes, a fonte (humana, equipamentos mecânicos, etc.) pode ser alterada de maneira a ser atenuada ou amplificada. O meio de propagação pode ser manipulado de maneira a transmitir mais ou menos som. Outras vezes, o próprio receptor também pode ser influenciado. Um ouvinte pode, por exemplo, ouvir melhor sua fonte de interesse, se outros sons que o distraiam forem simplesmente inibidos. Considerar apenas um destes três aspectos, no entanto, pode não produzir um resultado satisfatório.

No tratamento acústico de ambientes, os elementos característicos básicos a serem levados em conta são:

*Ambientes acústicos: – Volume; – Forma das superfícies internas; – Seleção de materiais e localização; – Distribuição da audiência e mobiliários;

*Isolamento acústicos:

– Considerações da localização; – Localização das atividades internas; – Barreiras acústicas; – Níveis de ruídos de fundo; – Compatibilidade acústica do ambiente;

*Sistema de reforço sonoro:

– Compatibilidade com o ambiente; – Seleção correta do equipamento; – Localização correta do equipamento; – Sistema de controle e componentes;

*Controle de ruído dos sistemas mecânicos:

– Isolamento de vibrações; – Tratamento de dutos; – Seleção de equipamento; – Geração de ruídos de fundo.

Classificação dos Sons

A voz humana apresenta características diferentes dos sons musicais, e, por isso, o projeto de salas acústicas especiais deve atender às necessidades de cada caso.

Pode-se fazer uma diferenciação entre a voz humana e os sons musicais. A voz humana compõe-se de sons ordenados e desordenados, que consiste de vogais e consoantes, sendo necessária maior potência sonora para as consoantes do que para as vogais. Os sons musicais apresentam uma ordenação de freqüências e apresentam, geralmente, uma potência superior a da voz humana.

A tessitura da voz é o conjunto de sons que ela pode emitir sem esforço, é o tom da voz. O contralto e o baixo podem ser identificados como graves, o meio soprano e o barítono como médio e o soprano e o tenor como agudo.

Os sons musicais, com potência superior à palavra falada, podem variar de 500 a 5000 micro-watt. Assim sendo, a escala fundamental apresenta as seguintes vibrações:

Desta forma, o dó seguinte à escala fundamental apresenta 128 Hz, o ré 144 Hz, e assim por diante.

Os ruídos apresentam-se como sons indesejáveis, que resultam de superposição de sons desordenados, podendo ser proveniente de várias fontes sonoras simultâneas. Os ruídos graves são os menos prejudicados ao homem. Os ruídos, sendo de pouca intensidade, podem produzir cansaço; se é superior a 100 dB, podem provocar náuseas, pois atuam sobre os músculos e o estômago e acima de 130 dB afetam o ouvido interno.

Os ruídos mais danosos, no entanto, são os agudos, pois o sistema nervoso central é muito sensível à altas freqüências. Estes ruídos podem causar cansaço mental e alterar o equilíbrio neurovegetativo.

Os infra-sons e os ultra-sons, apesar dos inaudíveis aos seres humanos, também podem provocar efeitos nos homens. Os infra-sons podem produzir náuseas e dores de cabeça e os ultra-sons podem perturbar a circulação sangüínea. Se os ultra-sons forem a cima de 30.000 Hz podem causar hemorragia cerebral e ataques epilépticos.

A exposição contínua a determinado tipo de ruído pode causar a insensibilidade para sons de uma determinada freqüência. Geralmente, a exposição ao som em uma determinada freqüência ocasiona perda de audição para uma freqüência superior.

Todo ambiente está sujeito a ruídos de fundo, ou seja, ruídos resultantes de fontes independentes.

Comportamento do som

Ao encontrar uma superfície, uma onda sonora pode ser refletida e absorvida pelo obstáculo, em proporções que dependem das características das próprias superfícies. Uma parte de energia sonora absorvida pelo obstáculo é dissipada, tornando-se energia calorífica ou mecânica, e outra parte é transmitida para o outro lado da superfícies.

Além de fenômenos de absorção e reflexão, o som pode sofrer difração, refração, ressonância, reverberação ou mesmo eco. Assim sendo, cada um destes fenômenos devem ser estudados, para que se possa projetar um ambiente acústico adequado.

Reflexão

Como nas leis da reflexão ótica para o comportamento da luz, onde o raio incidente é de igual ângulo ao raio refletido, ao encontrar uma superfície uniforme, e suficientemente grande em relação ao seu comprimento de onda, está sujeito à reflexão. Desta forma, o ângulo dos raios sonoros incidentes em uma superfície também são iguais ao ângulo dos raios sonoros refletidos.

A distribuição dos raios sonoros refletidos depende da forma que apresenta a superfície refletora. Tratando-se de superfícies côncavas, por exemplo, os raios refletidos convergem, enquanto que, para superfícies convexas, os raios refletidos tendem a difundir. No caso de superfícies rugosas, reflexão sonora é feita para várias direções, ocorrendo também uma difusão.

O fenômeno da reflexão sonora pode, portanto, proporcionar um aumento do nível de intensidade sonora em determinada região. Para isso, deve ser observada a distribuição dos raios refletidos, em função da forma do elemento refletor.

Quando um som é emitido em um ambiente fechado, é refletido por todas as superfícies do ambiente. Se não houvesse a absorção sonora característica de cada material, o som não se extinguiria. Como há esta absorção, a cada reflexão, o som perde uma porcentagem de energia.

Com a queda de 60 dB no nível de intensidade sonora, o som, normalmente, não é mais percebido. Por esta razão, este valor é definido como o tempo de reverberação, ou seja, o tempo de permanência no ar, antes de cair 60 dB, abaixo de seu valor inicial.

Para cada tipo de local, existe um tempo conveniente de reverberação. Se o som é absorvido demais (salas surdas ou mortas), sua audição é desagradável, e se o local é muito reverberante (salas vivas), o som é confuso.

Ressonância

Cada corpo possui sua característica própria de vibração. Quando ocorre uma coincidência de freqüências de vibração entre os corpos, esta é chamada de ressonância.

Se uma fonte com determinada freqüência é gerada, havendo um outro elemento de igual freqüência , os dois entrarão em ressonância, e o segundo elemento também começa a vibrar. Esta pode ser responsável por grandes deformações em estruturas.

Este é o fenômeno que ocorre ao se colocar dois diapasões, aos se produzir vibração no primeiro, o segundo também fará. A ressonância é também verificada ao se quebrar um copo com uma nota musical. Se a nota se repete invariadamente, com intensidade e freqüência, o vidro vibra, podendo quebrar ao se abaixar a amplitude de oscilação.

Eco e Reverberação

Em conseqüência da própria reflexão sonora, pode ocorrer o eco. O eco é uma superposição do som direto e refletido, que apresenta um intervalo de tempo de 1/10 (som musical) ou 1/15 (som seco) de segundos entre eles. Se ocorre esta diferença de tempo entre o som direto que chega ao ouvido e o som refletido, a sensação causada pelo som direto se extingue, e o som refletido é captado separadamente.

Como a velocidade do som no ar é de 340 m/s, o caminho máximo que o som refletido deve percorrer, para que não se perceba eco, deve ser:

340/10 = 34m, para sons musicais;

340/15 = 22m, para sons secos.

Se os sons diretos e refletidos respeitam estes limites, há uma superposição de sons, que aumenta o tempo de permanência do som no ar, chamada de reverberação.

Absorção Sonora e Materiais Acústicos

A absorção sonora é o resultado da queda da pressão sonora do som refletido, em relação ao som incidente. A parte da energia que é absorvida pela superfície é denominada de coeficiente de absorção.

O valor do coeficiente de absorção depende da natureza do material, da freqüência do som incidente, das condições construtivas e do ângulo de incidência da onda sonora.

O material é absorvente, se grande parte da energia sonora sobre ele incidente é absorvida. A absorção dos materiais porosos é crescente com a freqüência. Entre os materiais elásticos estão: lã, cortiça, feltro, espuma, etc. Os materiais elásticos são aqueles que vibram na presença do som (ressonância).

A energia sonora absorvida é parte transformada em calor, e outra parte transmitida através do material. Assim sendo, apenas uma pequena parte é refletida pelo material.

Quando o material é poroso, o som penetra nos poros da superfície, sendo refletido várias vezes. Neste caso, também ocorre a transmissão de uma parcela de energia sonora através do material.

Tratamento Acústico

Para que um ambiente permita o conforto acústico necessário ao seu usuário, alguns critérios devem ser estabelecidos, visando promover o tratamento acústico necessário. Estes critérios podem ser divididos em algumas etapas de trabalho da fase projetual.

A primeira etapa é o levantamento do nível de ruídos, diversos pontos do local selecionado para a implantação do ambiente arquitetônico, e a identificação das diferentes fontes de ruído. Assim, após este levantamento, a primeira providência é isolar acusticamente o ambiente de interesse, dos ruídos sobre ele podem atuar. Para isso, podem ser adotadas barreiras acústicas e aplicadas materiais apropriados, que diminuem a influência das fontes sonoras indesejáveis.

A etapa seguinte está relacionada ao estudo das formas arquitetônicas a serem empregadas nas superfícies do ambiente. Este estudo requer o conhecimento do comprimento do som e suas propriedades, para que não sejam adotadas formas prejudiciais a sua propagação. Esta fase refere-se à Acústica Gráfica ou Estudo Geométrico Acústico, que por ser de fundamental importância, também é tema a ser abordado em uma aula específica.

A última fase é a de consideração dos cálculos do tempo de reverberação. Nesta etapa, são consideradas as absorções relativas a cada material utilizado nas superfícies, é verificado o tempo de reverberação proporcionado e, eventualmente, corrigido, para que se obtenha um tempo ótimo de reverberação.