Qualificação acústica de salas

A qualidade acústica de uma sala é avaliada a partir de parâmetros objetivos, que podem ser quantificados a partir de cálculos e/ou medições, e fatores que se relacionam à percepção subjetiva do ouvinte. Vamos, neste artigo, apresentar em detalhes os principais parâmetros objetivos e subjetivos utilizados para caracterização da qualidade acústica de salas.

Como exemplo veja o Studzinski Recital Hall – Brunswick localizado nos Estados Unidos e projetado pela Theatre Projects é uma obra de grande qualidade sonora, e de muito bom gosto estético, como pode ser visto nesta figura.

Fonte: https://www.pinterest.ie/pin/363806476134219109/?lp=true

Fatores subjetivos para qualificação acústica de salas

Reverberância: percepção da permanência do som na sala após a interrupção da fonte sonora, sendo dependente do tempo de reverberação (TR). Uma sala muito reverberante é considerada “viva” e, caso contrário, diz-se que está “seca” ou “morta”. A reverberação influencia outros critérios de qualificação, como Inteligibilidade, Clareza e Definição.

Inteligibilidade: percepção clara das palavras. Diferentemente dos demais parâmetros subjetivos, a inteligibilidade é um fator que pode ser medido: utiliza-se uma cabeça artificial (dummyhead) com microfones implantados nos canais auditivos, a qual recebe e processa os sinais emitidos por uma fonte eletrônica. Os sinais emitidos e recebidos são comparados para a avaliação da inteligibilidade. Este parâmetro correlaciona-se com o parâmetro objetivo Definição.

Clareza: percepção clara dos sons, sendo dependente das características físicas de uma sala e da performance dos músicos. Pode ser dividida em clareza horizontal (percepção clara dos sons sucessivos), e clareza vertical (percepção clara de sons sobrepostos).

Fonte: https://xscala.com/list/products/dirac-room-analysis-software/

Brilho: percepção de decaimento de longa duração da energia acústica nas altas frequências. Em salas com volumes grandes, este fator pode não ser percebido devido à maior capacidade do ar de absorção sonora nas altas frequências.

Loudness: capacidade da sala em amplificar a fonte sonora de forma passiva, sendo dependente da reverberação da sala, da relação entre as posições da fonte e do emissor, e da existência de dispositivos capazes de orientar as primeiras reflexões sonoras para a plateia. Este parâmetro correlaciona-se com o parâmetro objetivo Fator de Ganho ou Strength da sala.

Intimidade: percepção de envolvimento do ouvinte com a música executada. Uma sala qualificada com boa intimidade permite ao ouvinte a sensação de estar perto da fonte. A intimidade é percebida pela intensidade dos sons diretos e pelo breve atraso das primeiras reflexões. Este parâmetro correlaciona-se com o parâmetro objetivo Initial Time Delay Gap (IDTG).

Calor: avalia a presença de sons graves em uma sala, sendo importante para salas destinadas a concertos e apresentações musicais. Este parâmetro correlaciona-se com o parâmetro objetivo Razão de Baixos, ou Bass Ratio (BR).

Espacialidade: percepção das primeiras reflexões laterais que alteram a percepção da largura da fonte, sendo definida por uma combinação de duas características subjetivas: largura aparente da fonte e a envolvência do ouvinte.

Fatores objetivos para qualificação acústica de salas

Tempo de Reverberação (TR): pode ser definido como o tempo que a energia de um campo sonoro reverberante estacionário leva a decair 60dB, após a interrupção da fonte. A área de absorção total e o volume da sala influenciam a reverberação, sendo o TR ideal de uma sala dependente de seu volume e sua finalidade de uso. Diversos métodos podem ser utilizados para estimar o tempo de reverberação, que podem se mostrar melhores em determinados casos. Dois deles são os seguintes: Fórmula de Sabine (aplicável para salas mais reverberantes com o coeficiente de absorção menor do que 0,15) e Fórmula de Eyring (a qual baseia-se no modelo do campo difuso, demonstrando-se mais adequada para salas com maior absorção). As fórmulas de Sabine e Eyring são dadas respectivamente por:

, em que:

V é o volume do recinto [m³];

S é a área de absorção da enésima superfície [m²];

α é o coeficiente de absorção do enésimo material.

Berlin Philharmonie

Fonte: https://blog.teufelaudio.com/room-acoustics-how-to-get-rid-of-reverberation/

Fator de Ganho (Strength) – G: capacidade da sala em amplificar passivamente a fonte, sendo também utilizado para avaliar a intimidade da sala. É geralmente calculado para as frequências de 50 e 100Hz e, no caso da avaliação de graves, para as frequências de 125 e 250Hz. É medido pela razão entre a energia total de uma fonte recebida em um determinado receptor e a energia recebida a 10 metros de distância em campo aberto para a mesma fonte, conforme a equação:

, em que:

h(t) é a resposta impulsiva da sala em um determinado ponto,

h10(t) é a resposta impulsiva medida em campo livre, a uma distância de 10 metros da fonte.

Razão de Baixos ou BassRatio (BR): razão entre a soma dos TR das bandas de oitava de 125Hz e 250Hz e pela soma dos tempos de reverberação nas bandas de oitavas de 500 e 1000 Hz, conforme a fórmula:

, em que:

T_125Hz , T_250Hz , T_500Hz, T_1kHz correspondem aos tempos de reverberação nas bandas de oitava de 125, 250, 500 e 1000 Hz, respectivamente. Quanto maior o BR mais Calor acústico a sala terá.

Tempo de Decaimento Inicial (EDT): é definido como o tempo que o nível de pressão sonora demora a decair 10 dB após a interrupção da fonte sonora , sendo que é multiplicado por um fator de 6 (extrapolado para um decaimento de 60 dB). Em salas onde as primeiras reflexões estão predominantemente direcionadas para a plateia em detrimento ao palco, o EDT apresenta valores mais baixos e, em salas onde o campo sonoro é difuso, o EDT apresenta valores mais elevados e mais próximos do tempo de reverberação [1].

Initial Time Delay Gap (IDTG): intervalo de tempo entre a chegada da onda sonora direta e a primeira onda sonora refletida, sendo influenciado principalmente pela geometria, materiais utilizados na sala e a relação entre as posições de fonte-receptor.

Brilho (Br): avalia a percepção dos sons agudos e a relação com a percepção das médias frequências. É medido pela razão entre a soma dos tempos de reverberação nas bandas de oitava de 2000 e 4000Hz e pela soma dos tempos de reverberação nas bandas de oitava de 500 e 1000 Hz, conforme a fórmula:

, em que:

T_2kHz , T_4kHz , T_500Hz, T_1kHz correspondem aos tempos de reverberação nas bandas de oitava de 2000, 4000, 500 e 1000 Hz, respectivamente. Quanto maior o brilho da sala, mais cristalino é o som, entretanto pode-se ter um brilho excessivo que pode ser incômodo para alguns.

Claridade (C): relaciona-se com o fator subjetivo Clareza. Para a definição da Claridade em salas destinadas à música (C80), utiliza-se a energia sonora inicial contida num intervalo de tempo de 0 a 80 milissegundos, e a energia reverberada contida no intervalo de 80 milissegundos até o tempo final do decaimento (geralmente próximo aos 3 segundos). A C80 deve apresentar valores entre 0 e -3.

, em que:

h(t) é a resposta impulsiva da sala em um determinado ponto.

Para a definição da Claridade em salas destinadas à palavra (C50), a energia sonora inicial é a contida no intervalo de tempo de 0 a 50 milissegundos. O C50 deve apresentar números positivos e maiores que zero.

Definição (D50): parâmetro adimensional, medido pela razão entre a energia sonora inicial recebida no intervalo de tempo de 0 a 50 milissegundos, e pela energia total recebida durante todo o decaimento, conforme a fórmula:

, em que:

h(t) é resposta impulsiva da sala em um determinado ponto.

Fonte: http://www.acousticfrontiers.com/venhaus-audio-room-acoustics/

Fração de Energia Lateral Inicial (JLF): percepção de largura aparente da fonte, sendo medida pela razão entre as energias laterais e totais recebidas. A fração de energia inicial é medida com dois tipos de microfone na mesma posição: o primeiro um microfone direcional mede a energia lateral recebida entre intervalo de 5 a 80 milissegundos, e o segundo microfone omnidirecional mede a energia total recebida entre o intervalo de 0 a 80 milissegundos. Este parâmetro correlaciona-se com o parâmetro subjetivo Espacialidade.

Índice de Difusão (SDI): avalia a difusão sonora da sala, atribuindo os valores de 0, para superfícies lisas, a 1, para superfícies irregulares. Quanto maior o valor de SDI, maior o grau de envolvência do ouvinte. É medido pela razão entre o somatório do produto da área, pelo seu grau de difusão e pela área total das superfícies analisadas.

Nível Sonoro Lateral Reverberado (LJ): medido pela razão entre a energia lateral recebida após as primeiras reflexões e a energia total recebida a 10 metros da fonte em campo livre. A energia lateral é medida por um microfone direcional no intervalo de tempo entre os 80 milissegundos ao final do decaimento, evitando a influência do som direto e primeiras reflexões. Este parâmetro correlaciona-se com o parâmetro subjetivo Espacialidade.

Correlação Cruzada Inter-Aural (IACC): mede a diferença dos sons recebidos nas duas orelhas do ser humano. Este parâmetro pode ser dividido em: IACCE (comportamento da energia do som direto acrescido das primeiras reflexões, medido no intervalo de tempo de 0 a 80 milissegundos) e IACCL (comportamento da energia sonora reverberante no intervalo de tempo entre 80 e 1000 milissegundos).

RapidSpeech Transmission Index – RASTI: relaciona-se com as características de reverberação da sala e é calculado a partir da resposta impulsiva da sala. Seus valores variam de 0 (má inteligibilidade) a 1 (excelente inteligibilidade).

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1 V. L. JORDAN, “Acoustical Criteria for Auditoriums and Their Relation to Model Techniques”, J. Acoust. Soc. Amer., vol. 47, 408-412, 1970.