Conhecemos como Ruído Ambiente, todo ruído global em ambiente externo provocado por um conjunto de fonte sonoras existentes na região próxima de um determinado local, em um determinado instante. Ou seja, são as ações, atividades temporárias ou permanentes, equipamentos, estruturas ou infraestruturas que ao produzirem níveis sonoros, incomodam quem está próximo ou podem causar efeitos na fauna e flora.

Fonte sonora é qualquer corpo capaz de fazer oscilar o ar com ondas de frequência e amplitude perceptíveis pelos nossos ouvidos. É o elemento responsável pela emissão do som. A fonte sonora gera uma energia sonora que diminui ao longo da distância entre a fonte e o receptor, propagando-se até atingir um obstáculo. Quando atinge um obstáculo, uma parte dessa energia sonora é refletida, outra parte é absorvida dissipando-se sob a forma de calor e a outra parte é transmitida através do obstáculo.

O ruído produzido por qualquer fonte sonora pode ser caracterizado através do parâmetro Potência Sonora, geralmente representada em Watts ou de Nível de Potência Sonora, expressada na escala decibel (dB). A pressão sonora num determinado ponto depende das características das fontes e também das características da envolvente, chamadas de Absorção, Reflexão e Transmissão para outros locais. Veja na Figura 01 abaixo:

Figura 01 – Propagação Sonora

Fonte: Google, 2019

Propagação das Fontes Sonoras

A forma de propagação do som se dá através de um movimento ondulatório, no qual as ondas são substituídas por compressões e rarefações que carregam energia que é transmitida de uma partícula para a outra adjacente. Para que ocorra a propagação sonora, é necessário que exista sempre um meio material, o qual pode ser sólido, líquido ou gasoso, para que se propaguem as vibrações provocadas pela fonte sonora até o receptor sonoro. Se não existir um meio que propague estas vibrações, então não há propagação de som.

Existem diversos fenômenos que envolvem a interação das ondas sonoras com o meio que as rodeia. Entre a fonte e o receptor existe vários itens que ocasionam o efeito de atenuação da propagação do som. Os principais mecanismos de atenuação ao ar livre, ao longo do caminho de transmissão são:

• Atenuação ao se propagar ao ar livre;
• Distância percorrida (distância fonte – receptor);
• Direcionalidade da fonte;
• Existência de barreiras acústicas ou obstáculos (naturais ou artificiais, por exemplo: muros, edifícios);
• Tipo e topografia do solo, terreno;
• Vegetação;
• Absorção sonora do ar atmosférico;
• Condições meteorológicas, tais como: variação de temperatura, variação de umidade relativa do ar, direção e velocidade do vento, neblina e precipitação.

Tipos de Fontes Sonoras

As fontes sonoras se classificam como as mais variadas possíveis, porém de uma forma geral, podem distinguir-se em três tipos de modelos principais, tais como fontes pontuais, lineares e planas, associadas respectivamente à ondas sonoras esféricas, cilíndricas e planas. Segundo Gerges (2000), a atenuação do nível de pressão sonora com a distância depende da distribuição das fontes de ruído, ou seja, depende do tipo da fonte sonora. O conhecimento do comportamento de fontes sonoras mais complexas parte do estudo as referidas fontes sonoras citadas acima que são modelagens simplificadas que representam diversas fontes sonoras que encontramos no nosso dia a dia.

Fontes Pontuais

Designam-se por fontes pontuais aquelas que, pela dimensão e distância ao receptor, emitem níveis sonoros idênticos em todas as direções. Normalmente, caracteriza-se uma fonte pontual quando suas dimensões forem pequenas quando comparadas com a distância a que se encontra do receptor.

A forma de propagação sonora de uma fonte pontual se dá na forma de ondas esféricas, sendo que, quando existem obstáculos na trajetória de propagação da onda ou em campo aberto, a falta de uniformidade do meio, junto com os ventos e gradientes de temperaturas, podem alterar a trajetória de propagação. Ou seja, a transferência de energia da fonte para as moléculas de ar adjacentes, processa-se segundo uma propagação radial, por ondas esféricas. No caso abaixo, imaginando que olhamos um avião do solo e desconsiderando o efeito Doopler que falaremos na sequência, podemos idealizar uma fonte pontual conforme vê-se na Figura 02 abaixo.

Figura 02 – Fonte Pontual ou esférica idealizada

Fonte: Google, 2019

Uma característica dessa fonte é a diminuição de pressão proporcional ao aumento da distância à fonte, ou seja, quando a distância dobra, a energia sonora diminui para ¼ (devido ao aumento da área da frente de onda dada por 4πr²), o que corresponde a uma diminuição no nível sonoro de 6 dB. Em outras palavras, para uma fonte sonora pontual, a atenuação sonora é da ordem de 6 dB por duplicação da distância à fonte. Exemplo de fontes pontuais: aeronaves, uma fábrica, um automóvel isolado, um alto-falante no alto de um mastro. Em termos de ruído de tráfego rodoviário, admitimos que um veículo que se comporta como uma fonte pontual, emite ondas sonoras em todas as direções com a mesma amplitude para fins de engenharia e relativamente longe do carro (campo distante).

Fontes Lineares

Uma fonte sonora linear é basicamente um segmento de reta de grande dimensão constituído por um número de fontes pontuais muito próximas entre si, emitindo uma potência sonora constante em todas as direções, originando assim, a uma distância suficiente da fonte uma onda sonora cilíndrica. Ou seja, considera-se como fontes lineares aquelas onde a emissão de ruído adquire a forma de uma linha, propagando-se o som em superfícies semicilíndricas que a envolvem e que apresentaram igual nível de ruído. As fontes lineares emitem som de uma forma contínua ao longo de uma linha. Veja na Figura 03 abaixo:

Figura 03 – Fonte Linear ou cilíndrica:

Fonte: Google, 2019

Numa fonte linear, a propagação realiza-se num plano perpendicular à fonte segundo circunferências que crescem de perímetro de forma proporcional ao raio. Uma fonte sonora linear irradia energia sonora de forma cilíndrica (propagação num plano perpendicular à fonte segundo circunferências que aumentam de raio com o tempo, afastando-se do eixo desta).  O som se propaga em superfícies semi-cilíndricas que envolvem a fonte e que se caracterizam por um igual nível de pressão sonora (ondas sonoras cilíndricas). Ocorre então uma diminuição no nível sonoro de 3 dB, sempre que se dobra a distância entre a fonte sonora e o receptor. Em outras palavras, para uma fonte sonora linear, a atenuação sonora é da ordem de 3 dB(A) por duplicação da distância. Por exemplo, se tivermos 80 dB a 2 m de distância, provavelmente teremos 77 dB a 4 m de distância, e 74 dB a 8 m de distância, e assim sucessivamente até o ruído residual decorrente de outras fontes sonoras encobrir o som da fonte analisada.

De acordo com Souza, Almeida e Bragança (2006), a fonte sonora do ruído de tráfego é considerada como fonte linear, pois, embora o ruído seja o resultado de diversos veículos atuando de forma individual, a fonte se comporta como linear em razão do deslocamento desses veículos. Conforme os veículos se deslocam e se afastam do receptor, o ruído tende a sofrer atenuação, mas como os parâmetros de engenharia são equivalentes e consideram uma média durante certo período de tempo, essa simplificação é muito pertinente. Exemplo de fontes lineares: uma estrada com trânsito intenso, uma linha férrea, ou mesmo um fluído em regime turbulento passando no interior de um tubo. Uma linha ferrea também pode ser considerada uma fonte em linha.

Fontes Planas

A menos usual de todas as fontes é a fonte sonora plana. Neste tipo de fonte sonora, o efeito de atenuação por divergência geométrica não existe. Ou seja, não há dissipação de energia sonora com o aumento da distância da fonte, mas sim somente em termos da dissipação no ar. A onda não muda de geometria ao avançar: As superfícies de onda constituem planos paralelos sempre com a mesma área. Isso é claro uma idealização, como se vê na Figura 04 abaixo:

Figura 04 – Idealização de Fonte Plana longe da fonte:

Fonte: Google, 2019

Ondas esféricas e cilíndricas comportam-se como ondas planas, quando o receptor se situa a grandes distâncias da fonte, de forma que é mais simples analisarmos o som que incide com ondas planas.

Um exemplo de uma fonte sonora plana é um pistão que trabalha no interior de um tubo, originando a propagação de ondas planas. Desde que não haja dissipação de energia sonora através das paredes do tubo, o fluxo de energia sonora ao longo do tubo é constante, e portanto a pressão sonora não depende da distância à fonte, apresentando o mesmo valor em qualquer ponto.

Uma onda plana tem propriedades acústicas (pressão, velocidade, potência, etc), iguais, em amplitude e fase, em planos perpendiculares à sua direção de propagação. Podem ocorrer em tubos ou condutos em que as dimensões transversais são pequenas quando comparadas com o comprimento de onda do som.

Efeito Doppler

Quando uma fonte sonora ou o seu receptor se encontram em movimento, ocorre uma alteração na frequência percebida do som que é denominada Efeito Doppler. Ele pode ocorrer quando a fonte está parada e o ouvinte se aproxima dela, ou quando o ouvinte está em repouso e a fonte se aproxima.

Quando a fonte está parada e o receptor se aproxima dela, o receptor perceberá um som mais agudo, com frequência maior do que quando ele está parado; já ao se afastar da fonte sonora, perceberá um som mais grave, de menor frequência. Quando o receptor está em repouso e a fonte se aproxima, ocorre uma diminuição do comprimento de onda da fonte, aumentando a frequência do som percebido pelo receptor. Se a fonte se afasta do receptor, o comprimento de onda aumenta, a frequência diminui e o ouvinte percebe o som mais grave (ACIOLI, 1994), conforme pode ver-se na Figura 05 abaixo:

Figura 05 – Efeito doppler para o receptor em repouso:

Fonte: Google, 2019

Conceito de Direcionalidade

Conceituamente, as ondas esféricas são geradas quando o comprimento de onda é maior que a dimensão da fonte e as ondas direcionais acontecem quando o comprimento de onda tem a mesma dimensão da fonte ou é menor. Para altas frequências com pequenos comprimentos de onda, a fonte apresenta direções preferenciais de radiação sonora. As fontes omnidirecionais, como por exemplo, as esferas pulsantes, as quais não apresentam direções preferenciais de radiação sonora. Em outras palavras, as esferas pulsantes emitem a mesma energia sonora em todas as direções. Um exemplo de fonte onmidirecional seria as fontes dodecaédricas usadas para excitar salas e extrair os parâmetros acústicos de salas para atender por exemplo às normas ISO 3382:2017.

Quando as fontes sonoras apresentam formas não esféricas ou quando a amplitude e fase das vibrações da superfície não são uniformes, elas perdem a omnidirecionalidade, tendo como resultado o som mais irradiado em determinadas direções. Essas fontes são chamadas de fontes direcionais, pois geram pressão sonora diferentes para as diferentes direções. Para fontes omnidirecionais o nível de pressão sonora é sempre o mesmo em qualquer direção para uma mesma distância “r”, já para as fontes direcionais o nível de pressão sonora depende da direção do receptor em relação à fonte.

Para se obter uma caracterização acústica completa de uma fonte direcional é necessário saber, além da potência, o índice de diretividade da fonte em todas as direções. Esse índice é comumente apresentado através de diagramas polares nas bandas de 125Hz a 16kHz, e pode ser obtido por ensaios em campo livre através de medidas de níveis de pressão sonora (BISTAFA, 2006).

A diretividade das pontuais pode ser observada na figura 06, que compara uma fonte pontual sem superfícies próximas e com as fontes colocadas sobre superfícies:

Figura 06 – Diretividade sonora restringida por planos

Fonte: Google, 2019

Observe que nesses casos, a potência sonora da fonte se mantém inalterada, entretanto, as ondas são refletidas nos planos e concentram o som de forma a radiar (é radiar o som mesmo) para uma direção preferível. Índices de direcionalidade são normalmente apresentados em diagramas polares visto que as fontes sonoras usuais são diferentes das fontes pontuais (idealização). Para diagramas polares de índices de direcionalidade de um alto falante no plano horizontal em função de θ, nas bandas de 125 Hz a 16 kHz, observe na Figura 07 abaixo. Como o alto falante é mais direcional nas altas frequências (característica comum a muitas fontes sonoras), observamos níveis de pressão sonora mais alta na frente do alto-falante:

Figura 07 – Diagrama Polar do alto falante

Fonte: Google, 2019

Existem algumas extensões de arquivos que trabalham com direcionalidade de caixas de som (Arquivos CLF) e podem ser usados na modelagem acústica para prever os níveis de pressão sonora em ambiente computacional. Essa modelagem pode levar em consideração às características geométricas da sala e seus coeficientes de absorção de todos os revestimentos, o que deixa o modelo computacional mais robusto e pesado de rodar no computador, mas oferece maior fidelidade.

CONCLUSÃO

Conhecer os tipos de fontes sonoras, seus níveis de pressão sonora e o índice de diretividade são fundamentais para um bom projeto acústico e de áudio. Níveis sonoros são logarítmicos e, portanto, não podem ser somados algebricamente. Projetar não é tarefa simples. Esta é apenas uma pequena noção dos diversos fatores a serem calculados para um bom projeto acústico. É necessário conhecer a fundo as diversas fontes sonoras, saber identificá-las e calcular corretamente seus índices e valores de potência sonora para planejar corretamente. Seja qual for sua necessidade acústica, o melhor a se fazer é consultar um especialista. Em geral, os engenheiros acústicos são os mais indicados para tais trabalhos.

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