Universidade Estadual de Campinas

FEC - UNICAMP

RELATÓRIO PARCIAL DE ATIVIDADES / Bolsa PIBIC - CNPq

Projeto: Aplicação da Técnica Impulsiva para a avaliação acústica de salas

de aula

Orientadora: Profª. Dr Stelamaris Rolla Bertoli

Bolsista: Leandro Macedo Matteucci

Período: Março 2006 – Julho 2006

Campinas-SP

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Sumário

RESUMO DO PROJETO..........................................................................................2

RESUMO DO RELATÓRIO......................................................................................2

OBJETIVO DO PROJETO.......................................................................................3

1. INTRODUÇÃO A TÉCNICA IMPULSIVA............................................................3

1.1 Descrição da Técnica Impulsiva......................................................................3

1.2 Parâmetros Obtidos pela Técnica Impulsiva.................................................3

1.2.1 Tempo de Reverberação (TR).......................................................................2

1.2.2 Tempo de Decaimento Inicial (EDT, Early Decay Time).............................3

1.2.3 Índice de Transmissão da Fala (STI, Speech Transmission Index)..........4

1.2.4 Definição (D50)................................................................................................5

2. PROGRAMA COMPUTACIONAL DIRAC...........................................................5

3. MEDIDAS E RESULTADOS................................................................................5

3.1 Apresentação das Salas...................................................................................5

3.2 Equipamentos...................................................................................................6

3.3 Apresentação do procedimento de medição.................................................6

3.4 Resultados.........................................................................................................9

4. DISCUSSÃO PRELIMINAR DOS RESULTADOS...…......................................13

5. CRONOGRAMA ATUALIZADO.........................................................................15

Referências Bibliográficas...................................................................................16

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APLICAÇÃO DA TÉCNICA IMPULSIVA PARA A AVALIAÇÃO ACÚSTICA DE

SALAS DE AULA

RESUMO DO PROJETO

O projeto foi desenvolvido de forma a se estudar o software DIRAC e

aplicar a Técnica Impulsiva para a avaliação de salas de aula do prédio da

Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) da UNICAMP.

Foram identificadas as características da qualidade acústica dos ambientes

através de medições de parâmetro acústicos em salas de aula com diferentes

características quanto à geometria e materiais construtivos. Baseando-se nos

diferentes desempenhos acústicos, foram detectadas as características

arquitetônicas e construtivas que contribuíram para tal desempenho. A

contribuição deste projeto está no fato de terem sido analisados parâmetros

acústicos que vão além da medida de nível de ruído de fundo e de tempo de

reverberação.

RESUMO DO RELATÓRIO

Este relatório apresenta resultados experimentais relativos às medições das

salas de aula da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC)

da UNICAMP. Trata-se dos dados obtidos pela aplicação da Técnica Impulsiva

através do software DIRAC que calcula os parâmetros de resposta impulsiva

Tempo de Reverberação (TR), Tempo de Decaimento Inicial (EDT, Early Decay

Time), Índice de Transmissão da Fala (STI, Speech Transmission Index),

Definição (D50), Nível de Pressão Sonora Ambiental ou Ruído de Fundo (NPS).

São apresentadas as configurações das salas de aula escolhidas para avaliação e

análise de resultados.

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OBJETIVO DO PROJETO

O presente trabalho teve como objetivo fundamental a análise do

desempenho acústico de salas de aula utilizando os parâmetros acústicos

calculados pela Técnica Impulsiva de medição, além de se obter conhecimentos

da Técnica Impulsiva e do uso do software Dirac. Pretendeu-se levantar os

principais parâmetros acústicos dos ambientes e mostrar como a forma

geométrica da sala de aula pode interferir na sua qualidade acústica.

1. INTRODUÇÃO A TÉCNICA IMPULSIVA

1.1 Descrição da Técnica Impulsiva

A Técnica Impulsiva é baseada no princípio de se emitir um estímulo sonoro

num ambiente e analisar seu comportamento através da resposta obtida. Por

exemplo, para investigar a propriedade acústica de uma sala pode-se bater

palmas e ouvir a resposta da sala, observando o decaimento do som e as

possíveis reflexões. Ainda que possa ser difícil descrever precisamente o que se

ouve, este método pode fornecer a impressão de qual música ou fala que podem

ser inteligíveis nessa sala [1].

1.2 Parâmetros Obtidos pela Técnica Impulsiva

Através da resposta impulsiva de um sinal sonoro num ambiente é possível

calcular alguns parâmetros acústicos, destacam-se o Tempo de Reverberação

(TR), o Tempo de Decaimento Inicial (EDT, Early Decay Time), o Índice de

Transmissão da Fala (STI, Speech Transmission Index) e o Índice de Transmissão

da Fala (STI, Speech Transmission Index).

1.2.1 Tempo de Reverberação (TR)

Medida usada para determinar quão rapidamente o som decai em uma

sala. O Tempo de Reverberação depende do volume físico e dos materiais que

revestem as superfícies de uma sala. Espaços grandes, como catedrais e

ginásios, geralmente têm tempo de reverberação mais longo, dando a impressão

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de serem “vibrantes”. Salas pequenas são geralmente menos reverberantes

dando a impressão de serem “secos”. [2]

1.2.2 Tempo de Decaimento Inicial (EDT, Early Decay Time)

Experiências revelaram que principalmente a parte inicial do decaimento do

som é significante. O tempo associado com a parte inicial do processo de

decaimento é chamado tempo de decaimento inicial, do inglês early decay time

(EDT). O parâmetro EDT é definido como o tempo que leva para a energia do som

cair de zero a –10dB, multiplicado por 6. A multiplicação (x 6) é feita para

estabelecer uma comparação com o tempo de reverberação (TR) [3].

1.2.3 Índice de Transmissão da Fala (STI, Speech Transmission Index)

O parâmetro STI é o mais compreendido e importante parâmetro de

inteligibilidade da fala no DIRAC. O índice leva em conta a maioria das condições

que podem causar deterioração da inteligibilidade da fala [4]. Para As diferentes

faixas de valores de STI associa-se uma qualidade de inteligibilidade conforme a

tabela 1.

Tabela 1: Relação entre STI e inteligibilidade da fala

STI Inteligibilidade da Fala

0.00 – 0.30 Ruim

0.30 – 0.45 Pobre

0.45 – 0.60 Regular

0.60 – 0.75 Bom

0.75 – 1.00 Excelente

A inteligibilidade da fala pode ser diferente pra voz masculina ou feminina, a

diferenciação pode ser feita entre valores de STI masculinos e femininos, usando

um sinal com espectro de freqüência de voz masculina padrão que no DIRAC é

obtido filtrando a fonte do sinal com filtro masculino. Similarmente, o STI feminino

é medido usando o filtro feminino.

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1.2.4 Definição (D50)

O parâmetro Definição (D50) representa a razão entre a energia total e a

energia inicial que chega no ponto durante os primeiros 50 ms. Seu valor varia de

0 a 1. Quanto mais próximo o valor de D50 for de 1 (um), melhor a definição e

portanto melhor a inteligibilidade [5].

2. PROGRAMA COMPUTACIONAL DIRAC

O programa computacional DIRAC é usado para medição de uma grande

quantidade de parâmetros acústicos de sala. Baseado na medição e analise de

resposta impulsiva, o programa DIRAC permite uma variedade de configurações

de medição. Para medições de acordo com a norma ISO 3382 [5] pode ser usado

o sinal MLS (Maximum Lenght Sequence) ou varredura de sinais gerados

internamente e emitidos através de fontes sonoras, por exemplo auto-falante.

Medições também podem ser feitas usando fonte impulsiva de som externa, tipo

estouro de balão ou tiro de pistola. As medições relativas à fala podem ser feitas

de acordo com a norma ICE 60268-16 [6], tanto para vozes masculinas e

femininas, através de uma fonte de som em forma de boca direcional artificial

(alto-falante) ou através de injeção direta do sinal em um sistema de som,

levando em conta o impacto do ruído de fundo [1].

3. MEDIDAS E RESULTADOS

3.1 Apresentação das Salas

O prédio das salas de aula da FEC - Faculdade de Engenharia Civil,

Arquitetura e Urbanismo da UNICAMP contém 20 salas de aula, foi feito um

levantamento entre as 20 (vinte) salas de aula para identificar as diferentes formas

geométricas e suas respectivas quantidades. Esse procedimento permitiu a

classificação das salas de aula em grupos conforme a semelhança das formas

geométricas e materiais construtivos que as compõem. Dentro desse grupo foram

escolhidas nove salas de aula para serem analisadas. As dimensões e volumes

das salas escolhidas estão apresentas na Tabela 2.

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Tabela2 : Dimensões e volumes das salas

3.2 Equipamentos

O conjunto de medição compreende: uma fonte omnidirecional BK 4296 da

Brüel&Kjaer, um amplificador BK 2716, um medidor de pressão sonora BK 2238

da Brüel&Kjaer e computador com o programa de análise de dados DIRAC da

Brüel&Kjaer, conforme a figura 1.

Figura1 : Esquema dos equipamentos

3.3 Apresentação do procedimento de medição

Para a medição foram escolhidos 3 (três) pontos (P1, P2 e P3) comuns a

todas as formas geométricas além de alguns outros pontos adicionais conforme o

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tamanho da sala. A distância entre a fonte e o receptor em cada sala está indicada

na tabela 3. Os pontos escolhidos e as configurações das salas podem ser

visualizados na figura 2.

Tabela 3: Distâncias entre fonte e receptor (P)

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Figura 2: Configuração das salas e a disposição dos pontos de medida

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3.4 Resultados

Observando os resultados de Tempo de Reverberação (TR) em um ensaio

prévio constatou-se que os valores não variavam significativamente entre os

pontos, portanto adotou- se o valor médio mais o desvio padrão como pode ser

constatado na tabela 4 abaixo.

Tabela 4: Tempo de Reverberação

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Similarmente aos resultados de Tempo de Reverberação (TR), os

resultados de Tempo de Decaimento Inicial (EDT) não variam significativamente

entre os pontos, portanto adotou- se o valor médio mais o desvio padrão como

pode ser constatado na tabela 5 abaixo.

Tabela 5: Tempo de Decaimento Inicial (EDT)

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A Definição D(50) apresentou resultados com pouca variação de ponto pra

ponto, por isso foi adotado o valor médio mais o desvio padrão como mostra a

tabela 6 abaixo.

Tabela 6: Definição D(50)

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Várias pesquisas indicam que a inteligibilidade da fala está relacionada ao

Tempo de Reverberação e Ruído de Fundo. Foram medidos o ruído de fundo em

dB(A) para diferentes pontos e para duas condições, com e sem ventilador, os

índices encontrados estão relacionados às diferentes qualidades de STI conforme

a tabela 7 abaixo.

Tabela 7: Índice de Transmissão da Fala (STI) por Ponto (P)

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4. DISCUSSÃO PRELIMINAR DOS RESULTADOS

A discussão será feita baseada nos resultados obtidos no item anterior,

para os parâmetros Tempo de Reverberação (TR); Tempo de Decaimento Inicial

(EDT); Definição (D50) e o Índice de Transmissão da Fala (STI). Junto de cada

parâmetro é apresentada a análise dos resultados.

A técnica impulsiva tem como característica avaliar o parâmetro acústico

segundo a relação fonte e receptor. No caso do tempo de reverberação a análise

dos resultados mostrou que não houve variação significativa nos valores entre os

pontos no interior de uma mesma sala.

Os resultados mostram que o tempo de reverberação tem seus maiores

valores em baixas freqüências, diminuindo com o aumento da freqüência. O tempo

de reverberação depende do volume e da absorção das superfícies. Nos

resultados a sala de maior volume não foi a que apresentou o maior valor de TR.

No caso estudado não foi possível avaliar a influencia da forma no parâmetro TR,

pois não existiam nas amostras salas de formas diferentes e volumes iguais.

Observou-se também que salas de mesmos volumes apresentaram TR diferentes

com os mesmos materiais de acabamento.

Os resultados dos tempos de decaimento inicial (EDT) apresentam um

padrão de comportamento e valores similares aos do tempo de reverberação (TR).

Isso significa que a maior parcela de decaimento de energia acontece no primeiros

10dB. Esse resultado é favorável à inteligibilidade da fala, porém, assim como no

caso da reverberação, os resultados de EDT são elevados e necessitam de ajuste.

Entre os pontos avaliados, os resultados não apresentam diferença significativa o

que prejudicou a análise da influencia da forma a partir desse parâmetro.

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Em função da freqüência os resultados do parâmetro D50 são piores para as

baixas freqüências comparando com as médias e altas frequências, o que vêm

reforçar a discussão de que o TR e EDT inadequados influenciam na Definição e

conseqüentemente na inteligibilidade da fala. Observou-se que as salas de

maiores volumes têm os piores valores de D50. Para pontos mais afastados das

geometrias estudadas existe uma tendência de que o valor de D50 diminua com a

distância,porém os resultados merecem uma investigação mais profunda.

O índice de transmissão de fala (STI) foi avaliado nos vários pontos das

salas com diferentes ruídos de fundo (com e sem ventilador (es) ). A classificação:

ruim, pobre, razoável, boa e excelente é feita de acordo com a faixa de STI

indicada na norma ISSO 3382/97. Observa-se claramente que a elevação do ruído

de fundo com o acionamento da ventilação prejudica a inteligibilidade como um

todo. Mesmo para as menores distancias, o nível de transmissão da fala é pobre.

Observa-se a tendência de que, entre os pontos similares em salas retangulares e

em salas quadradas, os valores de STI são menores para a configuração

retangular. Observa-se também que os valores de STI são melhores para os

pontos distantes em salas de configuração retangular, onde a largura é maior que

o comprimento.

Pela analise preliminar existe forte indicio de que a forma quadrada com

dimensões de até 4,5m são favoráveis à inteligibilidade. Entre as formas

retangulares, as mais favoráveis são as que a largura tem maior dimensão que o

comprimento. Tempos de reverberação e tempos de decaimento inicial têm

valores próximos para as dimensões, configurações e acabamentos similares aos

estudados. A influencia de ruídos de fundo elevados pode comprometer

significativamente o desempenho de inteligibilidade da fala.

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5. CRONOGRAMA ATUALIZADO

Devido à bolsa de iniciação cientifica PIBIC-CNPq do presente projeto ter

saído apenas em Março de 2006 e o relatório ter sido produzido em julho de 2006,

o cronograma foi atualizado de acordo com esse fato.

O quadro abaixo apresenta as atividades realizadas a partir de janeiro de

2006, antes do início do recebimento da bolsa de iniciação cientifica PIBIC-CNPq.

Etapas Meses

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Levantamento

Bibliográfico

X X X X

Aprendizado da

Técnica Impulsiva e

uso do software DIRAC

X X X

Pré-teste: medição e

avaliação acústica de 1

sala

X X X

Relatório parcial X X

Medidas acústicas nas

salas selecionadas

X X X

Analise dos resultados

de medição

X

Análise geral

Relatório Final

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Referências Bibliográficas

[1] Brüel & Kjær – DIRAC Room Acoustics Software – Type 7841, PRODUCT

DATA, www.bksv.com

[2] SEEP, B. et al. Acústica de Salas de Aulas. Revista de Acústica e Vibrações,

traduzida por: STEPHAINE L.B.M. v. 29, p. 2-22, 2002.

[3] Mehta, M., Johnson, J., Rocafort, J., Architectural Acoustics: Principles and

Design. New Jersey, Prentice Hall, 1999 .

[4] Brüel & Kjær – Measuring Speech Intelligibility Using DIRAC – Type 7841,

APPLICATION NOTE, www.bksv.com

[5] INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STARDARDIZATION. ISO 3382:

Acoustics – measurements of the reverberation time of rooms with reference to

other parameters. Geneva, Switzerland, 1997. p.

[6] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION (IEC). IEC 60268-16.

Sound system equipment – Part 16: Objective Rating Of Speech Intelligibility by

Speech Transmission Index. 1998.