PME 5422- Acústica Aplicada ao Controle de Ruído

1. PME 5422- Acústica Aplicada ao Controle de Ruído Conceitos Fundamentais do Som Carlos Roberto Ilário da Silva N. USP:5820762

2. Apresentação • Introdução • Conceitos Fundamentais • Formas de Onda Sonora • Grandezas Sonoras e suas aplicações

3. O som e o ser humano O som faz parte de nossa vida diária: • Permite sensações agradáveis: canto dos pássaros, música; • Possibilita a comunicação falada; • Alerta e previne: sirene de uma ambulância, o tilintar do telefone; • Permite realizar avaliações de qualidade e diagnósticos de equipamentos mecânicos; Entretanto, o som também pode causar incômodos, danos e destruições a sociedade.

4. Ruído • Definição física: Todo fenômeno acústico não periódico, sem componentes harmônicos definidos. • Definição subjetiva: “Som indesejado”; • Depende de nossa atitude frente ao som emitido; Um mesmo som pode ser considerado como ruidoso para uma determinada pessoa enquanto para outra soa como música a seus ouvidos; Na maioria das vezes, os ruídos geram diversos efeitos indesejáveis: • SPL suficientemente elevados; • Incômodos; • Danificação do sistema auditivo;

5. Porque estudar os fenômenos acústicos? • Melhoria da qualidade de vida do ser humano!

6. Natureza do Som • Som pode ser definido como uma variação de pressão (no ar, água ou algum outro meio compressível) detectável pelo ouvido humano. • Não são todas as flutuações de pressão que produzem a sensação de audição. Esta sensação apenas ocorrerá quando a amplitude destas flutuações e suas freqüências estiverem dentro de determinadas faixas de valores, a qual é denominada de faixa de áudio.

7. Faixa de Áudio • Conceitos básicos: • O sistema auditivo do ser humano consegue detectar sons dentro da faixa de 20 Hz e 20 kHz. • Limiar da audibilidade: menor variação de pressão ambiente detectável pelo ouvido humano (2e-5 Pa); • Limiar da dor: variação de pressão ambiente capaz de provocar dor (60 Pa);

8. Conceitos Fundamentais Amplitude: A Período: Intervalo de tempo decorrido para que um ciclo se complete; Freqüência angular:ω=2πf Freqüência: Indica o número de períodos existentes em um segundo; Comportamento temporal da pressão sonora

9. Comprimento de onda ():distância necessária para que um ciclo se complete; • Relação entre comprimento de onda e freqüência: • Número de ondas (k):comportamento espacial • Relação entre os parâmetros que caracterizam o comportamento temporal e o comportamento espacial de uma onda é dada por:

10. Comportamento espacial da pressão sonora

11. Velocidade do Som nos Fluidos • As ondas acústicas propagam-se através de um meio fluido, e sua velocidade c é definida como sendo:

12. Onda Sonora Plana • As moléculas de ar ao adquirem movimento induzido por alguma fonte sonora (ex. diapasão) transmitem este movimento as moléculas vizinhas através de choques. Não há deslocamento efetivo das moléculas, ou seja, o movimento é transmitido molécula a molécula na forma de uma onda, chamada de onda sonora. A velocidade com que a onda se propaga é chamada de velocidade do som. • O comportamento temporal e espacial da pressão sonora de um tom puro, pode ser escrita matematicamente como:

13. O que caracteriza uma onda sonora como sendo uma onda plana é que o ponto no espaço é descrito apenas pela coordenada x, ou seja, a pressão sonora independe das coordenadas y e z. Portanto, em qualquer ponto de um plano perpendicular à coordenada x, a pressão sonora é uniforme em qualquer instante t. Neste caso, diz-se que a pressão sonora está “em fase neste plano”.

14. Onda Sonora Esférica • Pressão sonora apresenta mesma fase em superfícies esféricas com centro na fonte sonora; • A propagação mais representativa dos sons se dá na forma de ondas esféricas; • Modelo de geração de ondas esféricas: • O comportamento temporal e espacial da pressão sonora de um tom puro é descrito da seguinte forma: Coordenada esférica radial. Amplitude diminui ã razão de 1/r. Propagação no sentido crescente de r.

15. Forma da Onda • Comportamento temporal da pressão sonora; • Necessidade de se caracterizar a forma de onda através de um número único representativo; • Tom Puro • Ruído

16. Forma da Onda • Valor médio da pressão sonora: • Valor absoluto médio da pressão sonora: • Valor eficaz da pressão sonora: Essa grandeza relaciona-se diretamente com a energia transportada pela onda sonora.

17. Grandezas Sonoras Impedância Característica • Razão entre a pressão sonora e a velocidade das partículas; • Depende do meio de propagação e do tipo de onda presente. • Para ondas planas, e esféricas com simetria esférica e para kr grande, a impedância acústica específica (z) é dada por:

18. Intensidade Sonora • É a quantidade média de energia, na unidade de tempo, que atravessa uma área unitária perpendicular à direção de propagação da onda. • É uma grandeza vetorial (magnitude, direção e sentido). Para ondas planas e esféricas progressivas subentende-se que a direção e sentido são coincidentes com os da propagação sonora; • Ondas progressivas se propagam sem sofrer interferência de outras ondas.

19. Para ondas esféricas progressivas, temos que: • Por analogia a eq. de potência elétrica dissipada: Resistência do meio à propagação de ondas sonoras.

20. Potência Sonora (W) • Multiplicando-se a Intensidade Sonora [W/m2] de uma onda esférica pela área da superfície esférica que envolve a esfera pulsante temos: Resolvendo para Ir temos a seguinte relação: Lei do inverso do quadrado da distância: A intensidade sonora e o quadrado do valor eficaz da pressão sonora são inversamente proporcionais ao quadrado da distância.