Pressão

Em termos práticos, a geração de ruído é causada pela variação da pressão (P) no meio de propagação. Essa propagação pode ser representada por uma série de compressões e rarefações do meio. A figura seguinte representa a variação da pressão atmosférica ao longo do tempo.

pressão sonora

Intensidade

A intensidade sonora (I) é a quantidade média de energia que atravessa, por segundo, numa dada direção, uma área de 1 m2 e é expressa em W.m-2. O Nível de Intensidade Sonora é expresso em decibéis e toma-se, como referência, I0=10-12 W.m-2.

Potência sonora

A potência sonora (W) é uma característica da fonte e não do estímulo criado por essa fonte num dado ponto ou direção, como era o caso da pressão e da intensidade. Caracteriza-se como sendo a energia total que num segundo atravessa uma esfera fictícia, centrada na fonte, e expressa-se em watt.

Inter-relação entre a potência sonora pressão e intensidade

Nível sonoro

As vibrações emitidas por uma fonte têm valores variáveis, dependentes de fatores externos, tais como a distância e a orientação do recetor, as variações de temperatura e a tipologia do local, entre outros.

De acordo com a norma portuguesa NP 1730:1996, o nível de pressão sonora, Lp, em decibéis, é dado pela expressão:

novel pressão sonora

 

 

 

 

pressão sonora e nível de pressão sonora

 

De uma forma análoga, podemos exprimir potência sonora através da seguinte expressão:

Potência sonora

Frequência

O som criado por uma vibração sinusoidal é designado por som puro ou simples. O espectro acústico representa a distribuição das pressões sonoras ou intensidades medidas em função da frequência.

Nas figuras seguintes, podemos ver a representação de um som puro e de um som complexo, com a pressão sonora em ordenadas e a frequência em abcissas.

Som puro e respetivo espectro

Espectro de um som complexo

A frequência é uma das características mais importantes de um sinal sonoro. Quase todos os sons contêm diferentes frequências e uma fonte sonora é muitas vezes diferenciável de outra pelas frequências que emite.

A frequência mede-se em Hertz e representa a taxa de ocorrência das flutuações completas de pressão por segundo.

frequencia

Desta forma, pode fazer-se uma análise por frequência do som representando-o graficamente num sistema de eixos.

Espectro sonoro de um transformador

A escala de frequências é, usualmente, dividida em três grupos.

  • Infrassons (<20 Hz)
  • Gama de frequência audível (entre 20 Hz e 20 000Hz)
  • Ultrassons (>20 000 Hz)

A figura seguinte apresenta a escala de frequências desde os infrassons aos ultrassons, com alguns exemplos de frequências de sons na gama audível.

Escala de frequências do som

A gama audível está dividida em 10 grupos de frequências, que se designam por oitavas. Conforme ilustrado na figura seguinte, cada uma destas está dividida em 3 grupos de terços de oitava sendo que a designação de cada oitava corresponde à sua frequência central. Esta é o dobro da frequência central antecedente e a média geométrica da frequência limite.

Comprimento de onda

Uma outra característica do som e das ondas sonoras é a respetiva extensão, denominada por comprimento de onda (λ). Representa a distância entre dois pontos idênticos consecutivos da onda periódica, por exemplo, entre dois máximos. É expresso em metros e pode ser relacionado com a frequência do seguinte modo:

comprimento de onda

Absorção Sonora

O som representa a energia vibratória das partículas e a absorção sonora é a propriedade que possuem certos materiais de poderem transformar parte da energia sonora, que neles incidem, em outra qualquer modalidade de energia, geralmente térmica. A quantidade de calor gerada pela absorção sonora é minúscula. Seria necessária a energia de milhões de pessoas a falar para aquecer uma chávena de chá.

Na figura seguinte, podem observar-se os vários fenómenos que ocorrem na dissipação da energia sonora de uma fonte S, emitida contra um muro de blocos de cimento cobertos com um material absorvente.

Ao viajar pelo ar, há, inicialmente, uma pequena perda de calor, sendo esta mais significativa para as maiores frequências. Quando a onda sonora atinge uma parede, há uma componente A que é refletida e volta para o ar. Parte da onda penetra no material absorvente, representado a sombreado na figura. O som é refratado porque o material absorvente é mais denso do que o ar e ocorre então uma perda de energia, F, que é função da resistência que o material oferece à vibração das partículas.

À medida que o som atinge a superfície da parede, acontecem duas coisas: a componente B é refletida e ocorre novamente refração, uma vez que entra num meio muito mais denso e há a perda de calor G dentro das paredes. Ao longo do percurso, ocorre a dissipação de energia até que atinge o outro limite da estrutura. Aí sofre nova refração, C, e emerge com a energia perdida em todos os 3 meios (I, J e K). (Everest, 2009)

Podemos então definir um parâmetro dos materiais para quantificar a sua capacidade de absorção. Designa-se por coeficiente de absorção sonora, α, a relação existente entre a quantidade de energia sonora que é absorvida por um determinado material e a que incide sobre ele.

O coeficiente de absorção sonora varia, pois, entre 0 e 1. Um material muito refletor, como o mármore polido, apresenta uma absorção quase nula, entre 0,01 e 0,02, enquanto que uma abertura, janela ou porta aberta, absorve 100% do som que nela incide. Considera-se que os materiais são absorventes quando apresentam um a superior a 0,5.

Este valor varia com o ângulo de incidência e com a frequência do som incidente. Quando no referimos a um ângulo específico, α vem representado por αθº, em que θº é o ângulo de incidência.

Na tabela seguinte são apresentados alguns valores de coeficiente de absorção sonora de alguns materiais:

A absorção proporcionada por um determinado material é dada através da multiplicação do coeficiente de absorção do respetivo material pela respetiva área.

 

 

 

 

 

Os materiais absorventes sonoros podem agrupar-se em 3 categorias, em função das suas características básicas:

  • Porosos e fibrosos;
  • Ressoadores;
  • Membranas.

Estes 3 tipos de materiais atuam em gamas distintas de frequência. Os materiais porosos são mais eficazes a altas frequências, os ressoadores nas médias e as membranas nas baixas. Na figura seguinte, apresenta-se a variação do coeficiente de absorção de 3 exemplos de tipos de materiais em função da frequência.

O mecanismo de absorção sonora dos materiais porosos e fibrosos baseia-se na existência de poros e interstícios. Quando as ondas sonoras incidem nestes materiais fibrosos fazem transferir parte da respetiva energia nos movimentos que lhe resistem. Se estão afastadas, haverá pouca energia perdida, pelo contrário, se estiverem muito concentradas, não haverá muita penetração no material e o movimento do ar não gerará uma fricção suficiente para ser eficaz. A eficiência dependerá da respetiva densidade e espessura. Nos materiais porosos, a eficiência dependerá da capacidade de estes dissiparem a energia nos respetivos poros minúsculos.

Um ressoador é um sistema formado por uma cavidade de paredes rígidas, tendo uma única abertura estreita. O ar entra no gargalo e é colocado em vibração, entrando e saindo do mesmo da mesma forma que uma mola de amortecimento em que a mola é o ar existente na cavidade. A sua eficiência dependerá do volume da cavidade e das dimensões geométricas, podendo a respetiva eficácia ser alargada pela inclusão, no interior, de um material absorvente, mas perdendo amplitude de absorção.

No caso das membranas, estes sistemas absorvem as ondas sonoras através de perdas de energia por fricção nas respetivas fibras, quando o material entra em flexão. O sistema absorve e dissipa energia para a frequência do som incidente, que corresponde à respetiva frequência natural de vibração.

Num próximo artigo será abordada a anatomia e fisiologia da audição e as consequências da exposição ao ruído ocupacional.

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