Medições acústicas. Você sabe como funciona um sonômetro? A ponderação temporal e o tempo de integração

Quando falamos de medições acústicas é muito importante atender os tempos para realização da media temporal (ponderação temporal) que utilizamos assim como o tempo de integração para a obtenção dos níveis equivalentes. Utilizar uma ponderação temporal errada ou um tempo de medição não adequado pode produzir que a avaliação do ruído não seja representativa da situação acústica real, resultando em valores muito altos ou baixos em função do erro cometido invalidando a medição acústica.

A grandeza para avaliar o nível de ruído e a pressão acústica (Pa; Pascales = N/m2)

A pressão acústica varia arredor da pressão atmosférica de uma forma muito rápida. Em função da frequência do som pode variar ate 20.000 vezes em um segundo pelo que não teria nenhuma utilidade visualizar em um sonômetro o valor da pressão acústica de forma instantânea. O interessante é realizar uma media dos níveis médios do valor quadrático de pressão em cada intervalo temporal de integração.

A forma de avaliar o nível acústico é através do valor médio da pressão sonora elevada ao quadrado em um tempo determinado, o que nos proporciona a informação sobre a energia acústica que recebem nossos ouvidos em esse período de tempo.

Os tempos de resposta normalizados para ponderação temporal do som foram implantados nos aparelhos de medição de ruído para proporcionar uma indicação visual de níveis de ruído flutuantes no tempo.

O detector do valor quadrático médio do sinal (em inglês root mean square – RMS) do equipamento de medição sonora proporciona uma media temporal do valor quadrado do sinal de pressão sonora. Assim, a função do detector é elevar ao quadrado os valores instantâneos do sinal elétrico produzido pelo microfone, calcular seu valor médio em um período determinado de tempo (ponderação temporal) e calcular seu logaritmo. Geralmente, o usuário pode escolher entre a opção FAST na qual a constante de tempo do circuito detector  tem o valor de 125 mseg, ou a opção SLOW onde a constante de tempo é de 1 seg o que significa que responde mais devagar as diferentes flutuações do som.

O detector impulso (Impulse)

Alem das opções de ponderação temporal FAST e SLOW, também existe o detector IMPULSE que responde mais rapidamente as variações instantâneas da pressão sonora durante o tempo de medição. Em este caso a constante temporal do circuito detector é de 35 mseg de sobida e 1,5 de descida. A ponderação temporal IMPULSE se adéqua melhor à percepção sonoro do nosso ouvido para som muito flutuantes no tempo e é usado para a avaliação de ruídos impulsivos.

Níveis medidos com diferentes ponderações temporais

Níveis medidos com diferentes ponderações temporais

Ponderações temporais para um ruído impulsivo

As normas de avaliação ambiental normalmente especificam o tipo de ponderação temporal que deve ser utilizado (FAST, SLOW ou IMPULSE). Estas normas podem fazer referencia à níveis equivalentes durante um período de tempo determinado, ou bem à níveis máximos, embora estes valores sempre sejam valores integrados durante um período temporal. As legislações e normativas nunca fixam seus requisitos em função dos níveis máximos instantâneos (pico), senão que sempre são referenciados a niveis equivalentes integrados para um determinado período temporal (FAST, SLOW, IMPULSE, etc.).

Diferentes parámetros em função da ponderação temporal

Diferentes parámetros em função da ponderação temporal

Diferença entre os níveis instantâneos e os níveis equivalentes.

Alem da ponderação temporal escolhida também é determinante o tempo total de medição considerado. Em função do tempo de medição de um evento acústico, o nível acústico equivalente pode sofrer grandes variações.

Para esclarecer isso, vamos usar o exemplo da medição do ruído gerado pelo passo de um trem. Considerando que estamos utilizando a ponderação temporal FAST, o nível sonoro máximo (Lmax) produzido pelo passo do trem a uma distancia de 20 metros da ferrovia poderia atingir os 90 dB(A) enquanto que o valor de pico Lpeak pode superar os 100 dB(A). Se medimos o nível acústico equivalente (Leq) do trem durante o tempo de passo (p.ex. 1 minuto) o nível poderia ficar por volta dos 80 dB(A) (linha azul da figura 1).

Porem, se nos medíssemos o ruído procedente da ferrovia durante a noite (8 horas, com um ruído residual de 50 dB(A) quando nenhum trem esta passando) e apenas passase um único trem durante a noite toda, o nivel equivalente da medição seria de 55 dB(A) (linha azul da figura 2). Assim, em função de forma em que seja realizada a medição acústica, poderíamos obter valores de 55 dB(A), 80 dB(A), 90 dB(A) e até chegar a mais de 100 dB(A) para uma mesma fonte!!!.

Mesma fonte, diferentes resultados da avaliação em função da poderação temporal e tempo de integração.

Mesma fonte, diferentes resultados da avaliação em função da poderação temporal e tempo de integração.

Antes da realização de uma medição acústica, resulta fundamental conhecer o que pretende medir e como deve ser medido para atender as normas e legislações aplicáveis.

 

 

O que é o decibel acústico?

Sim, já vimos a sua definição em muitas ocasiões, porem alguém ló entende?. Em este blog pretendemos explicar com uma linguajem pouco matemático e mais intuitivo o que significa o deciBel.

O que e o deciBel acústico?

O decibel (dB) e uma unidade logarítmica, adimensional e matematicamente escalar. E a décima parte de um Bel, que e o logaritmo decimal entre uma grandeza de interesse e a grandeza de referencia.

Como sempre, não entendo…

Vamos por partes. O nível sonoro e proporcional ao quadrado da variação da pressão atmosférica e o ouvido humano tem a capacidade de detectar variações de pressão eficaz entre 0,00002 Pascais (Pa) e 200 Pascais (Pa), que significa uma variação de 10 milhões de unidades (ao quadrado!)… porem, alem disso, para ouvido humano não e a mesma coisa uma pequena variação quando tem pouco ruído que quando tem muito ruído…

Porque os acústicos fazeis tudo tão complicado?

A complicação não e a toa, nem por complicar a acústica. O motivo e que nosso ouvido e um instrumento maravilhoso que se adapta constantemente, para poder medir com a mesma exatidão grandezas de ordem muito pequeno e outras extremadamente grandes. Imaginem uma balança capaz de pesar miligramas e Miles de toneladas sem nenhuma preparação nem fazer nenhuma alteração…

decibel1

Ainda não entendi nada, pode me dar mais um exemplo?

Vamos supor o preço dos bens e nossa valorização de eles… Quando vemos o preço da gasolina geralmente nos focamos nos centavos, e uma pequena variação faz que fiquemos muito chateados de manha no posto. Quando vamos ao mercado nos focamos nas variações do Real nos preços dos produtos (geralmente não reparamos nos centavos). Quando vamos comprar roupas, nosso nível de atenção esta por volta dos R$10 por cima ou por abaixo (R$1 já não e mais critico). Quando o que queremos comprar e um carro, repararemos mais em escalas de R$100 (agora R$ 10 já não são mais importantes)… e quando os políticos nos falam de dinheiro… então já não entendemos nada, porem a escala pode ser de milhões de reais ou mais.

decibel1

No caso do ouvido e igual. Quando estamos em nosso quarto em total silencio, podemos escutar o barulho de um pernilongo que já supõe uma pequena variação do som ambiente do quarto. Essa pequena variação e importante e nosso ouvido e capaz de percebê-la. Quando estamos em uma rua movimentada não vamos ser capazes de ouvir um mosquito que voe por perto. Agora, a mesma variação de pressão acústica já não e mais detectada por nosso ouvido.

Por tanto, ou que realmente importa ao medir um som e quantas vezes superamos o nível mínimo que somos capazes de escutar (20 micro pascais) e por isso trabalhamos com o logaritmo decimal.

Logaritmo?? Nunca entendi isso

O logaritmo pode-se simplificar como “contar” o numero de zeros que tem um numero. Assim, por exemplo, o 10 tem 1 zero, o 100 tem dois zeros, o 1000 tem 3 zeros… e o 1 não tem zeros.

Conforme a isso, o logaritmo de 10 e 1, de 100 e 2, de 1000 e 3… e de 1 e 0.

De esta forma já conseguimos simplificar a nossa escala acústica, porque então somos capazes de ouvir desde 0 Bels (a referencia) ate (Quantos zeros tinha 10 milhões ao quadrado?): 14 Bels. Como o que interessa e o deciBel ou dB (lembre que e a décima parte de um Bel), a escala fica em valores entre 0 e 140 dB.

É claro que tudo se complica…

Sim, porque os decibels não podem ser operados (somados ou restados) matematicamente de forma direta. Para fazer contas temos que convertê-los antes nas grandezas originais (pascal ao quadrado).

Por isso, 100 dB + 100 dB não são 200 dB… senão que são 10.000.000.000 + 10.000.000.000 Pascal (Pa) ao quadrado, ou seja, 20.000.000.000 ao quadrado… o que são 103 dB.

Assim acontece que duas fontes de 10 dB (10 dB + 10 dB) resultam em 13 dB ou duas de  50 dB (50 dB + 50 dB) são 53 dB, e cada vez que duplicamos a fonte incrementamos 3 dB.

Logicamente tudo fica mais complicado na hora de somar fontes, calcular isolamentos acústicos, restar ruídos de fundo, etc.

Por exemplo, quando falamos que uma janela tem um desempenho de isolamento acústico de 40 dB, queremos dizer que reduz a energia acústica do ruído exterior 10.000 vezes! E mesmo assim nosso ouvido ainda e capaz de escuta-lo.

Isso faz da acústica uma matéria especial e complicada, e dos acústicos umas pessoas que pensam em logaritmos, e que estamos dedicados a medir, diagnosticar e reduzir o ruído do nosso entorno.