Acústica arquitetônica

A acústica arquitetônica é o domínio da ciência e tecnologia que visa compreender e controlar a propagação do som em edifícios.

A acústica arquitetônica domina a construção de salas de espetáculos e estúdios de gravação; pode participar na conceção de outros edifícios como locais de trabalho, restauração colectiva, halls de estações e terminais, habitações, para os quais a qualidade acústica pode ter implicações importantes ao nível do bem-estar, estar e saúde .

Acústica de salas de espetáculos

Ao aplicar a teoria da propagação das ondas às vibrações sonoras, chegamos a um campo já muito dominado desde a Antiguidade , o da acústica de ambientes. Para amplificar o som, os gregos usaram as propriedades físicas dos materiais, o conhecimento que haviam adquirido sobre os fenômenos de reabsorção e refração do som, e construíram teatros e anfiteatros dando-lhes uma forma particular. Assim, as construções onde os alto-falantes ou músicos iriam se apresentar tinham uma acústica cuidadosamente estudada. O teatro Epidaurus é, portanto, um indicador do avanço do conhecimento gregos em acústica do IV º século aC. AD .

O conhecimento da acústica da sala na Grécia antiga era, no entanto, acima de tudo empírico. Esta área do conhecimento permanecerá por muito tempo quase inteiramente baseada na experiência, desenvolvendo-se como resultado de provações que levam ora a fracassos, ora a grandes sucessos que podem servir de modelo para salas subsequentes. O físico americano Wallace Clement Sabine é amplamente considerado o pai da acústica ambiente como um campo científico. Em 1900 publicou o artigo Reverberação que lançou as bases desta ciência muito jovem.

Quando um som é emitido em uma sala, as ondas sonoras são refletidas em suas paredes para chegar ao ouvinte com um atraso, em relação à onda direta, proporcional à distância percorrida. O resultado dessas reflexões múltiplas é um som contínuo cuja amplitude diminui mais ou menos rapidamente. A medição dessa resposta é geralmente chamada de ecograma ou resposta de impulso . O tempo de reverberação ou tempo de reverberação TR é geralmente definido como o tempo que leva para a potência do som atingir um milionésimo de seu valor inicial (que corresponde a uma queda de 60 dB ).

Wallace Clement Sabine estudou a propagação das ondas sonoras em uma câmara fechada. Ele mostrou que o tempo de reverberação acústica é proporcional ao volume v dividido pelo produto da área total de suas paredes (paredes, pisos e tetos) por um coeficiente de absorção α entre 0 (parede totalmente refletora) e 1 (totalmente absorvente parede, da qual nenhuma onda sonora é refletida, também chamada de janela aberta ). Calculamos o denominador s .α somando os produtos parciais obtidos para cada um dos elementos das paredes

Fórmula de Sabine: ${\ displaystyle TR = {\ frac {0,163v} {s \ alpha}}}$

TR : segundos, v : m³, S : m², α: [0, 1].

Esta fórmula torna previsível a influência dos materiais utilizados na construção de um local sobre a sua acústica, desde que previamente determinado o índice de absorção, que se faz introduzindo-os numa sala desenhada para o efeito ( câmara de reverberação ) e medindo as alterações que fazem nele.

Sabine estava principalmente interessada em grandes salas de concerto, que deveriam ter paredes suficientemente reflexivas para transmitir o som a todos os ouvintes. Sua fórmula é adequada quando os coeficientes de absorção são suficientemente pequenos. Quando estes são grandes, é manifestamente falso: se α = 1, ou seja, as paredes absorvem completamente o som, não deve haver reverberação ( TR = 0); mas a fórmula de Sabine fornece um valor diferente de zero. Para remediar isso, Eyring propôs redefinir α como o logaritmo natural do coeficiente de transmissão (1 - absorção).

Fórmula Eyring ${\ displaystyle TR = - {\ frac {0,161v} {s \ ln {(1- \ alpha)}}}}$

As duas fórmulas fornecem resultados equivalentes quando α é pequeno; esta é uma avaliação com no máximo dois sinais significativos, não uma medição física rigorosa. Sabine já sabia que o tempo de reverberação não é suficiente para descrever a qualidade acústica de uma sala. Em seu artigo 'Reverberação', ele sugere três fatores que definem as condições para uma boa escuta. Esses três fatores são:

Loudness (potência, energia total da resposta ao impulso).
Distorção de sons complexos (isto é, o equilíbrio, tanto espectral quanto espacial, resultado dos fenômenos de interferência e ressonância ).
Confusão (perda de clareza devido a sons prolongados resultantes de fenômenos de reverberação e eco ).

Mas para esses três fatores perceptivos, Sabine propõe apenas um critério objetivo (o TR), permitindo apenas a caracterização do fenômeno de reverberação.

Leo L. Beranek foi o primeiro a propor , muito mais tarde, uma abordagem para a definição geral da qualidade acústica de uma sala de espetáculos. Seu estudo de aspectos perceptivos propôs comparar diferentes salas de concerto entre elas por especialistas (maestros, intérpretes e críticos musicais). Com base em entrevistas com esses especialistas e em sua escuta pessoal, Beranek propôs uma lista de 18 fatores perceptuais que ele resumirá mais tarde em 7:

"Reverberância": reverberação, avaliação subjetiva do fenômeno da reverberação;
"Loudness": potência do som;
“Amplitude”: sensação de envolvência de espaço e som;
"Clareza": clareza ou transparência;
"Intimidade": intimidade, sensação de proximidade sonora;
“Calor”: calor trazido pela coloração dos selos pela sala;
“Ouvir no palco”: aptidão para músicos, atores ou palestrantes (portanto, apenas no contexto de uma sala de espetáculos) se ouvirem corretamente.

Para quase todos esses fatores perceptuais, Beranek propõe critérios mensuráveis objetivos: o TR para 'Reverberância', a força sonora G para 'Intensidade', a proporção de reflexões iniciais atingindo lateralmente ao ouvinte para 'Amplitude' (descoberto por Michael Barron ) , a relação entre a energia do som inicial e a energia do som tardio para 'Clareza' (critério C80 definido por Abdel Alim ), o atraso da primeira reflexão chegando ao ouvinte para 'Intimidade', o relatório do TR em baixas frequências no TR no meio para 'Calor'. Apenas 'Audição no palco' não está associada a um critério objetivo.

Salas de concertos, ópera

Essas salas devem ser otimizadas para música. A origem dos sons é bem definida, é necessário garantir ao público uma boa qualidade de escuta.

Geralmente, as salas de concerto e óperas têm um tempo de reverberação mais longo do que outros tipos de salas. Esta reverberação contribui para a impressão de volume do som e a impressão de harmonia musical.

Teatro

Dezenas ou centenas de espectadores devem ouvir um som emitido com potência relativamente baixa pela voz dos atores. Mais reverberação aumenta o volume percebido, mas diminui a inteligibilidade do texto. A resposta acústica ideal de uma sala de teatro resulta em um tempo de reverberação mais curto do que o de uma sala de concertos.

Cinema

Uma sala de cinema transmite um programa gravado por meio eletrônico. O critério da potência sonora percebida não se coloca, pois depende da potência dos amplificadores. Procuramos um nível de som equilibrado em todas as poltronas, boa inteligibilidade do texto, boa qualidade de reprodução musical e o melhor amortecimento possível do ruído emitido pelos espectadores. O tempo de reverberação de uma sala de cinema é normalmente muito menor do que o de uma sala de cinema.

Salas de som

Salas equipadas com um sistema de reforço de som apresentam problemas específicos para arquitetos acústicos. Por um lado, o público deve se beneficiar de um nível de som suficiente, mas não excessivo, em todas as poltronas, e por outro lado é necessário evitar as ressonâncias, facilmente excitadas pela potência da aparelhagem, e que diferem de acordo com a posição dos microfones. Todos os critérios devem ser avaliados com várias configurações de PA.

Acústica do local de trabalho

Oficinas Industriais

Nas oficinas industriais, o problema que se coloca é a contenção dos níveis de ruído, com muitas fontes sonoras. Além dos requisitos de comunicação oral relacionados ao trabalho, normas, leis e regulamentos definem os níveis máximos de ruído permitidos. Os constrangimentos da organização da produção tornam complexo o trabalho dos acústicos e dos arquitectos.

Escritórios organizados em open space

Tal como no espaço industrial, os arquitectos e acústicos que trabalham em espaços abertos de escritórios têm muitos constrangimentos. O nível de ruído que eles devem atingir é mais baixo; deve permitir uma comunicação verbal fácil entre as pessoas que ali trabalham, sem que as vozes incomodem excessivamente os vizinhos.

Estúdios de gravação, rádio e televisão e suas salas de controle

Os operadores destes espaços de trabalho dedicados ao som são particularmente exigentes no que diz respeito à acústica das instalações.

Insonorização

A questão do isolamento é um aspecto fundamental da acústica de edifícios. Isso é para garantir que uma casa ou local de atividade não seja perturbado por ruídos externos ou provenientes de outros cômodos no mesmo edifício. O isolamento é geralmente quantificado por uma quantidade chamada isolamento acústico padrão DnT, expresso em dB (A) em comparação com um ruído rosa na emissão. A normalização europeia das normas acústicas de edifícios conduziu a uma nova definição deste isolamento acústico, desta vez designado por DnTw e expresso em dB . Este isolamento não depende apenas do desempenho da parede divisória (seu índice de redução de ruído ): na verdade, fenômenos diferentes da transmissão direta interferem na passagem do nível de emissão para o nível de recepção:

transmissões laterais, por propagação de vibrações nas paredes ligadas à parede de separação e depois radiação dessas paredes;
transmissões parasitárias por defeitos de execução e passagem de bainhas e tubos na parede;
reverberação na sala de recepção, ligada ao seu volume e à sua área de absorção equivalente.

Existem, portanto, basicamente três maneiras de melhorar o isolamento acústico:

limitar as transmissões diretas, seja reduzindo a superfície de separação, seja melhorando o índice de redução de ruído da parede de separação usando materiais de construção mais pesados ( lei de massa ) ou usando complexos de multicamadas (massa / princípio da mola / Massa);
limite as transmissões laterais: as paredes laterais mais expostas a esta forma de transmissão são paredes leves e rígidas, como telhas de gesso, blocos ocos de concreto ou tijolos ocos. Caso este tipo de parede não possa ser evitado, pode-se tratá-las colando forros de materiais porosos e flexíveis como lã mineral, por exemplo. Outra possibilidade é introduzir quebras de impedância bloqueando a propagação das vibrações. Esses cortes podem ser feitos, por exemplo, com juntas de dilatação;
limite as transmissões parasitas, monitorando falhas de mão de obra, preenchendo rachaduras, juntas, passagens de cabos ou tubos. É necessário muito cuidado: por exemplo, uma parede cuja constituição teoricamente permite uma redução acústica de 60 dB , se tiver 1% de orifícios, só permite um desempenho de 20 dB !

Veja também

Notas

Wallace Clement Sabine, Collected Papers on Acoustics , Harvard University Press, 1922. Várias reedições em inglês.
Mario Rossi , Audio , Lausanne, Polytechnics and University Presses Romandes,2007, 1 r ed. , p. 211.

Referências externas

ISO ISO 3382-1: 2009 Acústica - Medição de parâmetros acústicos de salas - Parte 1: Salas de espetáculos http://www.iso.org/iso/fr/catalogue_detail.htm?csnumber=40979 ;
ISO 3382-2: 2008 Acústica - Medição dos parâmetros acústicos da sala - Parte 2: Tempo de reverberação de salas comuns http://www.iso.org/iso/en/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber= 36201 ;
ISO 3382-3: 2012 Acoustics - Medição dos parâmetros acústicos da sala - Parte 3: Escritórios abertos http://www.iso.org/iso/fr/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=46520 .