ALMOFADA ACÚSTICA
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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto ALMOFADA ACÚSTICA O PROBLEMA DA REVERBERAÇÃO NOS ANFITEATROS DA FEUP Projeto FEUP 2019/2020 1° SEMESTRE – MIEC Equipa: 11MC09_01 Professor: Rui Manuel Gonçalves Calejo Rodrigues Monitora: Mariana Isabel Soares Ferreira Moreira ESTUDANTES Edgar Ferrão [email protected] Nuno Costa [email protected] Isabela Fernandes [email protected] Teresa Guimarães [email protected] Luís Morais [email protected] Tiago Magalhães [email protected]
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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
ALMOFADA ACÚSTICA
O PROBLEMA DA REVERBERAÇÃO NOS
ANFITEATROS DA FEUP
Projeto FEUP 2019/2020 1° SEMESTRE – MIEC
Equipa: 11MC09_01
Professor: Rui Manuel Gonçalves Calejo Rodrigues
Monitora: Mariana Isabel Soares Ferreira Moreira
ESTUDANTES
Edgar Ferrão [email protected] Nuno Costa [email protected]
Isabela Fernandes [email protected] Teresa Guimarães [email protected]
Luís Morais [email protected] Tiago Magalhães [email protected]
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RESUMO
A acústica é o ramo da Física que estuda as ondas sonoras. Nos
estabelecimentos de ensino, a sua qualidade é de extrema importância para o
processo de aprendizagem, uma vez que é necessária para a perceção clara do
que o professor diz, sem ruídos.
O objetivo desse trabalho é solucionar o problema de acústica do anfiteatro
B017 da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), através de
uma almofada. Para isso, foi necessário o estudo detalhado desse ramo, a
compreensão do fenómeno da reverberação e a realização de testes para a
escolha os melhores materiais.
Para a criação da almofada acústica com respetiva qualidade, é necessário,
primeiramente, conhecer o ambiente em causa, neste caso as salas. O formato
da sala, onde o volume e área são determinantes para se estudar como o som
se propaga pelo mesmo e sua respetiva reverberação.
Desta forma, foi realizado uma série de cálculos que nos guiaram à solução do
problema. Por fim, foi possível elaborar uma almofada que obedecia aos
critérios definidos, económica e confortável.
PALAVRAS-CHAVE
Acústica; Reverberação; Ondas; Almofada; Espuma; Poliuretano; Conforto;
Anfiteatro.
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AGRADECIMENTOS
Gostariamos de agradecer, sobretudo, à nossa monitora
Mariana Isabel Soares Ferreira Moreira, pela orientação e ajuda
durante a realização deste trabalho.
Para mais, agradecemos também o professor Rui Manuel
Gonçalves Calejo Rodrigues pela sua atenção, disponibilidade e
por toda a informação que nos transmitiu, e o professor António
Eduardo Batista da Costa, pelo apoio na realização dos testes,
que foram cruciais para a elaboração de todo o trabalho.
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ÍNDICE
Lista de Figuras e Tabelas..............................................................5
1. Introdução.................................................................................6
2. Fundamentação Teórica
2.1) Ondas Sonoras...................................................................7
2.2) Reflexão das Ondas Sonoras..............................................7
2.3) Tempo de reverberação.....................................................8
2.4) Intensidade e nível.............................................................8
2.5) Coeficientes de absorção...................................................9
3. Metodologia..............................................................................9
4. Materiais.................................................................................12
5. Resultados...............................................................................13
6. Conclusão................................................................................13
7. Bibliografia..............................................................................14
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LISTA DE FIGURAS E TABELAS
o Tabela 1 - Coeficientes de absorção da espuma de
poliuretano
o Figura 1 – Tempo de reverberação por volume de um
espaço
o Figura 2 – Câmara onde realizou-se os testes
o Figura 3 – Medidas da cadeira
o Figura 4 – Medidas da cadeira
o Figura 5 – Corte espuma para o acento
o Figura 6 - Espuma acústica moldada
o Figura 7 – Espuma acústica moldada
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INTRODUÇÃO
No âmbito na unidade curricular de Projeto FEUP, foi proposto a elaboração
de uma almofada com dois propósitos basilares. Primeiramente, a melhoria do
conforto, uma vez que, nos anfiteatros da faculdade, o sistema que permite às
cadeiras o seu movimento natural ficou gasto com o uso, tendo perdido a sua
capacidade ergonómica. Em segundo lugar, e mais importante, a melhoria da
acústica dos anfiteatros, visto que a sua arquitetónica não permite que as ondas
sonoras se propaguem uniformemente por toda a sala.
O projeto tem também uma especial atenção a parâmetros considerados por
nós essenciais para a elaboração da almofada, sendo eles a ergonomia dela
(capacidade de adaptação às formas dos corpo humano); a mobilidade, caso
seja necessário efetuar o transporte do objeto para sua limpeza; o conforto, de
modo a que seja aumentada a sensação de bem-estar do utilizador; e sua
economia, para que o preço de produção seja algo a ter em conta aquando da
elaboração do projeto.
A mais importante das questões em causa é a acústica. A base do projeto visa
sobretudo a melhoria da acústica das salas. A almofada como objeto de
engenharia no âmbito do nosso projeto tem como foco principal essa mesma
questão: melhorar de uma forma substancial a acústica dos anfiteatros da FEUP,
utilizando como parâmetro o anfiteatro B017.
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1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Para a elaboração da almofada foi necessário o estudo do ramo da acústica
para a compreensão teórica do problema a ser resolvido. Para tal, teve de se
perceber quais são os tipos de ondas acústicas, suas propriedades e modo de
propagação, de modo a que seja possível escolher os melhores materiais a
serem utilizados.
Nas seguintes secções, descrevemos a parte significativa de acústica para o
trabalho, além de fazermos referência aos materiais selecionados e o motivo de
tais escolhas.
2.1 ONDAS SONORAS
Ondas sonoras são originadas por perturbações no meio elástico, o qual
tende a retomar a deformação, transmitindo a perturbação pelo meio (ondas
mecânicas). Elas são audíveis entre as frequências 20Hz e 20.000Hz,
aproximadamente, e caracterizam-se como ondas tridimensionais, uma vez que
sua energia se dissemina em três dimensões.
Quanto à forma ou direção de vibração, as ondas caracterizam-se como:
➢ Longitudinais ao se propagarem em gases e líquidos, porque os
pontos perturbados pelo pulso vibram em uma direção paralela à
direção de propagação do pulso.
➢ Transversais ao se propagarem em sólidos, em que o ponto do
meio atingido pelo pulso oscila perpendicularmente à propagação
do pulso
➢ Mistas, que apresentam vibrações longitudinais e transversais, e só
ocorrem em propagações no meio sólido.
2.2 REFLEXÃO DAS ONDAS SONORAS
Se na extremidade para a qual o pulso se propaga houver algum
obstáculo (como uma parede, por exemplo), haverá o fenómeno da reflexão, ou
seja, o pulso inverterá o seu sentido de propagação, mas continuará com a
mesma velocidade, frequência e comprimento de onda. Quando as ondas
sonoras refletem, observamos dois fenómenos:
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➢ Reforço: ocorre quando é percebido um som único, ou seja, não se
nota o intervalo entre o som emitido e o som refletido.
➢ Reverberação: é quando o intervalo entre a perceção de dois sons
ocorre em mais de 0,1 segundos, ou seja, tem-se a sensação de um
prolongamento do som. É este o fenómeno presente nos anfiteatros
da FEUP, e que o trabalho tem por objetivo solucionar.
2.3 TEMPO DE REVERBERAÇÃO
O tempo de reverberação de um espaço é, muito resumidamente, o
tempo que demora do início ao fim de um som. Analogamente, este
dependerá também do formato, como também da área e volume do
espaço envolvente. A Figura 1 representa o tempo de reverberação em
diferentes espaços, mediante diferentes teorias de estudo.
Figura 1 – Tempo de reverberação por volume de um espaço
2.4 INTENSIDADE E NÍVEL
A intensidade sonora equivale a qualidade do som, que nos permite
avaliar se este é forte ou fraco. Ela é calculada a partir da divisão potência
sonora recebida por unidade de área de uma superfície, ou seja:
I = P/A
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2.5 COEFICIENTES DE ABSORÇÃO
Cada material tem coeficientes de absorção diferentes para
frequências diversas, isto é, para frequências diferentes, materiais diversos
absorvem o som de maneira diferente. Para um salão, ou um auditório, a
absorção não deve ser muito grande, já que há a necessidade de haver uma
grande reverberação. Por outro lado, numa sala mais fechada, um coeficiente
de absorção mais elevado pode ser vantajoso mediante o uso que esta tenha.
3. METODOLOGIA
Para a elaboração da almofada, realizaram-se testes a fim de descobrir o
tempo de reverberação do anfiteatro B017. Para tal, utilizou-se um
decibelímetro digital que nos permitiu chegar ao valor em decibéis do som
emitido. De seguida, foi aplicada a fórmula de Sabine que permite obter o α de
absorção do anfiteatro, sendo a fórmula:
Em que:
TR = tempo de reverberação
0,16 = constante
V = volume da sala (m³)
α = coeficiente de absorção dos materiais
A = área do chão, parede e teto (m²)
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Figura 2 – Câmara onde realizou-se os testes
Tabela 1 – Coeficientes de absorção da espuma de poliuretano
Após a obtenção dos coeficientes de absorção, foi possível escolher os
materiais que melhor se adaptavam às exigências do anfiteatro, e que, além
disso, tinham o melhor custo benefício. A espuma acústica selecionada foi a de
poliuretano (um polímero), que contribui para amortecer ruídos.
Desta forma, foram tiradas as medidas necessárias para o desenvolvimento do
projeto.
Frequência (Hz) Coeficientes s/espumas
Tempo s/espumas (s)
Coeficientes c/espumas
Tempo c/espumas (s)
125 0.017 9.32 0.317 6.94
250 0.02 8.06 0.57 5.15
500 0.026 6.269 0.60 4.26
1000 0.029 5.59 0.75 3.68
2000 0.038 4.23 0.988 2.8
4000 0.05 3.21 0.829 2.43
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Figuras 3 e 4 – Medidas da cadeira
Para a elaboração da almofada modelo, cortou-se uma placa de espuma,
seguindo as medidas da cadeira, a qual seria utilizada para melhorar o conforto.
Em seguida, moldamos a espuma acústica de forma que não prejudicasse a
passagem pelos corredores, nem sequer a abertura da cadeira quando o
estudante a utilizasse.
Por fim, envolvemos a espuma utilizada no acento com um tecido, costuramos
os dois e juntamos com a espuma de poliuretano, resultando em uma almofada
que melhora o conforto e a acústica.
Figura 5 – Corte espuma para o acento
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Figura 6 e 7 – Espuma acústica moldada
4. MATERIAIS
• Espuma acústica VÅGOR, é utilizada na parte inferior da almofada, para que, quando a cadeira estiver fechada, funcionar como absorvente acústico. Como a sua espuma é de boa densidade e porosidade, consegue-se obter grande absorção sonora.
Devido às suas ondas, a superfície de absorção é maior, o que melhora a capacidade acústica. É boa para recintos que precisam de diminuir a reverberação, como é o caso da sala B017, e ficaria a cerca de 3,00€ por almofada.
• Tecido poliéster, pois para além de ser barato seca rápido e não amassa, o que é favorável para a aparência e para o seu custo económico. Este tecido será enchido da parte superior da almofada, enquanto na parte inferior lhe será colada a espuma acústica e ficaria a cerca de 2,00€ por almofada.
• Enchimento da almofada na parte superior com uma placa de espuma de 30mm, para melhorar o conforto visto que os alunos deixarão de se sentar numa superfície dura e custaria 1,70€ por almofada.
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• Botões mola para prender a parte inferior da almofada à parte superior, visto que a almofada funcionará como uma luva no assento e os botões farão com que ela fique bem presa e não saia do sítio e custariam 0,42€ por almofada.
• Cola para tecidos para colar a espuma acústica ao tecido na parte inferior da almofada.
• Linha para coser o tecido da almofada à volta do enchimento.
5. RESULTADOS
Depois de ser elaborado o projeto e ser analisado o impacto esperado chegou-
se à conclusão de que com a implementação das almofadas acústica nos
anfiteatros da FEUP, estes passariam a usufruir de um maior conforto para os
alunos e restantes utilizadores dos seus bancos.
Além das consideráveis melhorias no conforto e ergonomia dos bancos, o mais
relevante dos impactos esperados dá-se ao nível acústico, uma vez que o tempo
de reverberação seria significativamente menor, de certa forma compensaria a
lacuna arquitetónica dos anfiteatros ao nível acústico, desta feita, estes sairiam
bastante beneficiados.
6. CONCLUSÃO
Por fim, depois de elaborar uma maqueta da almofada e cálculos científicos,
onde se pode apreciar o impacto da implementação das almofadas nos
anfiteatros, é possível concluir que as almofadas terão, à partida, um
desempenho bastante satisfatório, tanto pelo seu design, como pelos materiais
utilizados no seu desenvolvimento e processo de fabrico.
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7. BIBLIOGRAFIA
➢ https://www.pollux.pt/loja/pt/placa-espuma-amarela-30mm-
23d/?pid=11037 - 11/10/2019
➢ https://www.skumacoustics.com/pt/3-espuma-
acustica?gclid=CjwKCAjwlovtBRBrEiwAG3XJ-
4p3jGDRC253roRqUfvCuMp09gPcn9drJ4gcLlW8pG_ZcgIJqA6A6RoC8gQQ
AvD_BwE - 11/10/2019
➢ https://www.tecidos.com.pt/81-2795-057_classic-poly-14.html -
11/10/2019
➢ https://casaforra.pt/categoria-produto/ilhos-molas-botoesilhos-molas-
botoes-molas/ - 11/10/2019
➢ https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/3779580606453/Acustica_
de_edificios.pdf 11/10/2019
➢ http://www.fau.usp.br/arquivos/disciplinas/au/aut0278/Aulas/AUT0278
%20Aula%2006%20-%20Absorção.pdf - 8/10/2019
