Material acústico projetável – Ressonador de Helmholtz

Existem uma gama de materiais acústicos para tratamento acústico que são utilizados para basicamente três finalidades: condicionamento acústico, isolamento acústico e controle de ruído. Para um profissional iniciante ou com pouco conhecimento na área é um difícil saber diferenciar a finalidade dos diversos materiais existentes no mercado. Um dos materiais acústicos pouco explorados em sua potencialidade são os ressonador de Helmholtz. Assim como os ressonador de membrana, o ressonador é um material acústico que atua em baixas frequências com absorção sonora restrita a uma faixa de frequência limitada. Isso significa que eles devem ser projetados para atuar em condições específicas que exigem absorção mas também apresentam dificuldades extras, como por exemplo grandes gradientes de temperatura, ambientes agressivos ou restrições de espaço físico. Falaremos sobre as particularidades do Ressonador de Helmholtz, como ele funciona e quais são suas características físicas e aplicações.

O que é um ressonador?

Na grécia antiga os teatros públicos que eram ao ar livre já apresentavam este elemento mesmo que de maneira rudimentar. Vasos eram colocados de cabeça para baixo no chão e entreabertos no palco de madeira dos teatro ou ainda nos degraus do auditório. Tais vasos, descritos por Marcus Vitruvius Pollio, nos anos 25 antes de cristo, vibravam em uma frequência específica de acordo com as dimensões do vaso, seu volume interno e tamanho do pescoço, de forma a vibrar o palco e com isso amplificar o som. A frequência de vibração era em geral de 100 a 300 Hz, que coincide com a frequência fundamental da voz humana. Com isso, conseguia-se uma sensação de poder na voz, que também foi descrita como perfeição acústica por Marcus. Vide este artigo.

Muito tempo depois, em 1860, Hermann von Helmholtz demonstrou as variedades de tons que se conseguia gerar com um vaso o qual chamou de resonador. Um exemplo do ressonador de Helmholtz é o som criado quando alguém assopra pelo gargalo de uma garrafa vazia. O ressonador é um sistema clássico de controle passivo de ruído muito utilizado hoje em dia em dutos, mufflers, sistemas de ventilação, aeronaves, escritórios e auditórios.

Em geral o ressonador é constituído de uma cavidade, ou volume de ar, conectado a um sistema acústico o qual se deseja a absorção de determinada faixa estreita de frequências. Tal volume de ar age como uma mola que é comprimida e rarefeita ao receber ondas sonoras de pressão pela entrada do ressonador. O gargalo, ou pescoço na entrada do ressonador pode ter comprimento variável e com isso alterar a inertância do sistema, ou seja, a massa de ar que vibra na boca do ressonador. Juntos o volume e o gargalo, forma-se um sistema massa mola que é amplamente modelado e equacionado nos estudos mecânicos.

Aplicações modernas

Nos dias de hoje uma das aplicações mais significativas dos ressonadores é na entrada dos dutos de um motor turbofan de uma aeronave comercial e em silenciadores de carros. No caso de aeronaves. próximo às pás de uma hélice do motor estão localizados ressonadores compostos por uma chapa perfurada sobre uma cavidade em formato de colméia. A profundidade da cavidade praticamente determina a frequência de ressonância do sistema para uma condição sem escoamento de ar rasante sobre a placa perfurada. E a taxa de perfuração por célula pode determinar também inertância do sistema. Veja na figura abaixo uma amostra de ressonador de profundidade variável criado pela NASA para experimentos em uma bancada de testes. O objetivo dos pesquisadores é desenvolver um resonador de banda larga com alto poder de absorção sonora em uma ampla faixa de frequências, que seja compacto e que seja facilmente projetável.

Essa não é uma tarefa fácil, considerando que a entrada de uma turbina de aeronave está exposta à variações de temperatura, escoamento de ar sobre a placa perfurada e diversas frequências de ressonância do duto principal do motor, os chamados modos acústicos do duto.

Tecnologias que envolvem ressonadores

As tecnologias mais modernas de condicionamento acústico baseadas nos princípios dos ressonadores de Helmholtz envolvem basicamente:

  • Chapas microperfuradas (MPPs – Micro perfurated plates)
  • Ressonadores com cavidades curvas
  • Ressonadores com microtubos

As MPPs apresentam chapas com perfurações da ordem de 0,2 a 0,8 mm com baixas áreas abertas (1 a 5%) as quais promovem absorções em amplas faixas de frequência. Os ressonadores com cavidades curvas apresentam a possibilidade de conseguir reduzir o espaço disponível para aplicação do material acústico e atingir baixas frequências de ressonância. Já os ressonadores com microtubos apresentam a facilidade de modelagem da inertância do sistema em regimes lineares de excitação sonora (baixos Niveis de Pressão Sonora – NPS) e com isso melhor previsão do comportamnto.

Tendências e conclusões

Acreditamos que para obter um material acústico projetável seja necessária uma mescla das tecnologias apontadas acima. Ao se valer de métodos de manufatura avançada baseados em fotolitografia é possível conseguir ressonadores de banda larga. Preferencialmente os ressonadores devem atuar em baixas frequências, com dimensões aceitáveis e que sejam altamente previsíveis quanto à sua impedância acústica. As aplicações deste material acústico projetável pode ir além do mercado aeroespacial, passando por drones, aviação pessoal, automotivo e arquitetônico, entretanto o custo será fator determinante. Considera-se que tais projetos são de alto risco para a indústria, mas o problema do ruído das aeronaves em áreas residenciais só tende a piorar se não formos para modelos elétricos de baixo ruído. No caso da indústria automotiva, Elon Musk apresenta modelos e perspectivas muito claras para um futuro elétrico, mas ainda assim, dispositivos acústicos serão necessários para atuar em diferentes faixas de frequência que podem ser até mais incômodas devido às características subjetivas as quais o ruído elétrico nos causa. Além disso, estudos recentes ainda não publicados mostram a maior qualidade acústica proporcionada por ressonadores de Helmholtz em divisórias de escritórios open office frente a outros revestimentos acústicos. Ainda há muito mais nos esperando quanto a isso…

Espero que você tenha gostado do artigo. Esperamos seus comentários e pode nos solicitar os artigos nos quais nos baseamos para elaborar este. Não se esqueça de visitar o nosso site principal www.portalacustica.info para baixar os nossos e-books introdutórios sobre acústica.

 

 

Parede acústica – Qual devo escolher?

 

Ter uma vida agitada em grandes centros urbanos pode ser estressante principalmente por causa do ruído urbano. Cada vez mais se procuram métodos para o controle desse ruído tão incômodo que traz estresse e problemas cardiovasculares. Visando o conforto e a saúde da população em 2013 foi publicada a norma NBR 15.575 através da ABNT. A norma determina valores mínimos de desempenho quanto ao isolamento acústico para pisos, paredes externas e paredes internas de edificações.

Porém, como devo construir uma parede acústica adequada? Qual a morfologia ideal dessa parede acústica? Existe diferença entre o isolamento acústico de uma parede interna e de uma parede externa? Pretendo falar aqui sobe essas dúvidas que estão surgindo devido às recentes mudanças nesse ramo de materiais acústicos para construção civil.

Tipos de paredes e requisitos exigidos pela NBR 15.575

A NBR 15.575 classifica o desempenho acústico em partições verticais de fachadas e partições verticais internas, ou seja, as paredes acústicas externas e as paredes acústicas internas. Lembrando que também temos o isolamento acústico entre andares e que podemos classificar a propagação do som em aérea e de impacto.

Paredes acústicas internas

As paredes acústicas internas são paredes que separam as diferentes unidades habitacionais autônomas, ou ainda paredes dentro de uma mesma unidade. Para garantir desempenho adequado de isolamento acústico ao ruído aéreo devemos ter em mente o padrão pretendido pela construção. Podemos montar a parede com diversas morfologias, mas é comum a montagem de duas formas diferentes:

  •  Massivas: Alvenaria (bloco de concreto, cerâmico ou de gesso), concreto pré- moldado ou moldado “in loco”. Seu desempenho de isolamento ao ruído aéreo em partições verticais internas (Dnt,w) depende fundamentalmente da sua densidade superficial, ou seja, massa por metro quadrado – kg/m2.
  • Leves: Sistemas drywall ou steel frame. Seu desempenho de isolamento ao ruído aéreo depende de sua composição (número de placas, perfis, banda acústica perimétrica, etc). A espessura da cavidade e presença de material absorvente na cavidade contribuem para o desempenho acústico e devem ser projetadas para minimizar custos e para atender aos requisitos de projeto.

Além disso, é opcional a aplicação de revestimento de gesso, de argamassa ou de cerâmica para dar acabamento. Esses são os revestimentos mais comuns na construção civil brasileira, mas em sistemas de steel frame se usam as placas cimentícias e OSB. A escolha da morfologia da parede acústica interna (composição de materiais) deve seguir às exigências de isolamento acústico dados na NBR 15.575 conforme a tabela abaixo.

D2mntw parede interna

É importante ressaltar aqui que os métodos construtivos adotados até então no Brasil dificilmente atingem os níveis intermediários e superiores isolamento acústico (colunas mais à direita). Algumas construtoras tiveram que variar a morfologia das paredes para se adequar ao desempenho térmico e acústico e com isso alcançar desempenhos mensuráveis e previsíveis.

Paredes acústicas externas

As paredes acústicas externas separam dormitórios do exterior e devem garantir um desempenho adequado de isolamento acústico ao ruído aéreo. Por ruído aéreo entendemos o som da televisão, caixa de som, e outros que não vibram o piso e paredes de maneira significativa. O desempenho mínimo de uma fachada varia em função do ruído exterior no entorno do empreendimento. Os sistemas de vedações verticais externas são em geral compostos pelos seguintes elementos:

  • Parede: Diversas morfologias.
  • Esquadrias: É o ponto mais fraco de isolamento acústico de uma fachada. Para saber mais sobre como ter uma esquadria adequada para a sua obra, adquira agora: O guia de janelas acústicas para fachadas residenciais.
  • Instalações: são dutos de ar condicionado, saídas de ventilação, chaminés, etc.

As exigências da NBR 15.575 levaram as construtoras e fabricantes de materiais a repensarem a morfologia das paredes, para atingir o desempenho quanto ao isolamento acústico necessário. Está cada vez mais comum utilizar light steel frame e wood frame, assim como é feito na Europa e Estados Unidos. Essas paredes leves possuem uma estrutura de aço ou madeira com reforços e contraventamentos. Por serem revestidas com placas em ambos os lados, também são classificadas como paredes duplas. Veja um exemplo abaixo.

paredes

Os requisitos para paredes externas podem ser observados na tabela a seguir. Vale  lembrar que para avaliar as paredes externas é necessário medir o ruído externo a 2 metros da fachada. Para mais informações sobre ruído de fachada leia o nosso artigo clicando aqui.

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O desempenho exigido varia conforme a localização da edificação, podendo variar o desempenho mínimo entre 20 dB e 30 dB. Em morfologias como as mostradas anteriormente, as paredes de light steel frame podem possuir um Rw em torno de 43~47 dB. Lembrando que há diferença entre os índices de D2m,nT,w, Rw e D,nT,w , e esses valores devem ser calculados pelo projetista acústico ou medidos in-loco ou em laboratório. As paredes de wood steel frame possuem um Rw  em torno de 35~38dB para morfologias semelhantes a mostrada na figura acima.

Dicas e conclusões importantes

As exigências da NBR 15.575 levaram as construtoras e os fabricantes de materiais de construção a se adequarem. Por isso é importante que o profissional do ramo busque informações e se adeque às exigências normativas. É sempre importante a consulta com um Engenheiro Acústico ou um profissional qualificado, pois cada vez mais os clientes estão ficando exigentes sobre as condições do isolamento acústico em edificações.

Além de todo o conhecimento teórico sobre paredes acústicas é crucial cuidados na hora da construção da mesma. Cuidados com a montagem das esquadrias evitam frestas por onde o som pode passar. Cuidado na construção da parede para evitar juntas com massa mais fraca também degradam o desempenho. Uma atenção especial às esquadrias que serão utilizadas é essencial, pois essas são o ponto fraco do isolamento acústico de uma parede.

 

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