Os 4 passos para a simulação acústica de salas

Você já ouviu falar da Acústica Geométrica?

A acústica sempre se mostrou uma ciência abstrata e de difícil compreensão para projetistas. Motivo de frustração para tanta gente e de paixão por tantas outras, compreender a arte da acústica data desde tempos antigos. Tendo a voz como principal fonte sonora, não demorou para que os primeiros projetistas arranjassem o público em volta do orador, uma vez que a distância seria fator crucial para o entendimento da voz, além de diminuir o esforço necessário para se fazer entendido. 

Com o passar dos anos e a evolução da arquitetura, diversos estudiosos buscaram compreender o funcionamento da acústica. Desde os gregos e romanos com seus anfiteatros, até os dias atuais com a construção de salões de ópera e cinemas. 

O domínio da igreja católica a partir do século III e o aumento de grandes templos de arquitetura gótica altamente reverberantes ao longo de toda Europa, fez com que a própria música precisasse evoluir para algo mais cadenciado. Para assim ser compreendida dentro desses templos, mostrando que a acústica é motivo de preocupação há muito tempo, mesmo que de forma empírica e subjetiva.

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Nos dias atuais, o conhecimento de acústica está altamente difundido. Diversos autores publicam trabalhos todos os anos com novas tecnologias e conhecimentos. Hoje um projeto acústico bem feito é mais questão de recursos, e claro, estudo do projetista, do que meramente o acaso, como já foi dito por Jean Louis Charles Garnier no século 19.

Neste artigo pretendemos te apresentar os conceitos ligados à acústica de salas e te direcionar para temas mais profundos deste estudo.

O que é acústica geométrica?

Acústica geométrica é um método que existe desde os tempos dos anfiteatros romanos, mas que está em constante evolução. Hoje é a base de diversos softwares modernos de acústica de salas. No que você pensa quando ouve o termo “Acústica geométrica”? Provavelmente pensa em geometria. E é exatamente por aí que funciona. Uma das ideias por trás do método é traçar raios entre a fonte e o receptor. Estes raios carregam as informações acústicas necessárias para a simulação do ambiente, como a energia da onda, que ao incidir em uma superfície, tal energia sofre diminuição ou reflexão. Os elementos de parede, piso e teto possuem o coeficiente de absorção sonora e o coeficiente de espalhamento do material que os reveste, e com isso a energia do raio é alterada. Esse método é conhecido como ray-tracing, ou traçado de raios.  Para criar o modelo da sala a ser simulada acusticamente alguns passos são necessários:

Passo 1: A geometria da sala

Primeiramente é necessária uma geometria 3D. Uma não muito complexa. Aliás, quanto maior a complexidade do modelo, maior a chance de algum problema ocorrer durante a simulação. Quanto maior a complexidade do modelo maior, o número de vértices, o que pode acarretar em “buracos” no modelo. Para o modelo funcionar bem é importante que a geometria esteja totalmente fechada, facilitando o entendimento do software sobre os diferentes materiais que fazem parte da geometria.

Mas como simplificar a geometria?

Mas como fazer para simplificar a geometria? Bom, primeiramente, vamos pegar como exemplo um teatro. O que é necessário para fazer a modelagem acústica do local? Quais são os principais itens de absorção e difusão sonora? Um teatro possui um palco e a área de públicos essencialmente, além das quatro paredes, teto e piso (tratando o local como uma sala retangular simples). Tudo que não for estritamente necessário para representar a acústica do local, não se usa no modelo. Na área de público as cadeiras são dispensáveis. Pense o local de maneira mais simples. Crie um grande bloco na área que tenha as informações de absorção sonora e espalhamento desse tipo de local (público sentado, ou cadeiras estofadas, por exemplo). Dessa forma a quantidade de polígonos diminui, o modelo é simplificado, porém as informações acústicas se mantêm intactas. Se possuir materiais absorvedores nas paredes, incorpóreos ao polígono da parede, dividindo o que é material acústico e o que é parede lisa ajustando as áreas do que é material acústico e do que é a própria parede. Mesma coisa para o teto e demais áreas. O importante na geometria é que todos os polígonos possuam informações corretas acerca do tipo de material que ele compõe e que tenham a área de aplicação correta.

Passo 2: Setar materiais e propriedades

O software analisará as faces e arestas dos polígonos que compõem a geometria para fazer os cálculos dos parâmetros acústicos. Para isso são necessários que cada polígono possua informações de absorção sonora, através dos coeficientes de absorção sonora por frequência, e espalhamento, através do coeficiente de espalhamento – um índice entre 0 e 1 que representa a razão entre a energia refletida de forma difusa com o total da energia refletida. Normalmente os softwares contém uma biblioteca de materiais com os valores para estes parâmetros, além de permitir que o usuário adicione seus próprios materiais à biblioteca. De fato, a biblioteca de materiais é uma das coisas mais importantes na simulação acústica. Utilizar materiais errados, com os coeficientes errados, logicamente, leva a um resultado errado. Portanto, tenha em mente que ter os valores para o coeficiente de absorção sonora e espalhamento são muito importantes para que os cálculos sejam feitos de maneira correta e representem a realidade.

Passo 3: Fontes e receptores

Neste passo é importante que o modelo apresente dois elementos essenciais, a fonte sonora e alguns receptores. A fonte pode ser posicionada em algum local estratégico, como por exemplo em um palco ou ainda em um fosso para orquestras.

Deve-se posicionar a fonte, por exemplo no teatro, na posição do artista no palco. A potência sonora da fonte deve ser informada, assim como a sua direcionalidade. Para uma fonte omnidirecional, a orientação não faz diferença, porém caso opte-se por utilizar uma fonte direcional, a orientação do eixo da fonte é crucial.  Normalmente é possível ajustar no software o tipo de sinal enviado. Podendo-se valer de um sinal do tipo ruído branco, ruído rosa, ou até mesmo um sinal personalizado.

Já os receptores podem ser posicionados em locais de plateia, ou ainda como músicos em cima de um palco. Podemos dividir eles em receptores pontuais e receptores em área. Os receptores pontuais funcionam como microfones e irão fornecer os parâmetros acústicos calculados no ponto de interesse. O custo computacional de usar um receptor pontual também é menor, diminuindo o tempo de processamento, o que é ótimo para verificar a integridade do modelo. Já os receptores em área mostram a distribuição da energia sonora na área do polígono escolhido, além da variação no espaço dos parâmetros objetivos calculados, como o tempo de reverberação, fator de clareza e definição.

Todos esses receptores são avaliados pois é nessas posições que precisamos de qualidade acústica. Cada software tem sua particularidade, mas em geral você precisa saber a posição x, y e z destes elementos de fonte e receptores. Em geral quem projeta sistemas de áudio, ainda conta com um parâmetro importante que é a diretividade da fontes sonora. Esse parâmetro é interessante já que podemos ver a distribuição dos níveis de pressão sonora no ambiente ao variar o número de caixas, sua posição e direção. Mas não vamos confundir a resposta acústica da sala com a resposta do sistema de som.

Passo 4: Simulação

Softwares modernos como Odeon, EASE e RAIOS permitem adicionar as informações referentes as HRTFs às fontes sonoras, isto é, as respostas em frequência relacionadas à cabeça. Desse modo é possível realizar a aurilização, método em que se calcula a resposta impulsiva biauricular da sala para o conjunto fonte-receptor simulado. Em outras palavras, é possível “ouvir a sala” através da simulação. 

Cada software utiliza o seu próprio método de cálculo. O Odeon, por exemplo, utiliza uma mistura de ray-tracing com fonte-imagem, conseguindo calcular os mais diversos parâmetros acústicos com bastante confiança. Já o RAIOS traz as redes neurais como seu diferencial, prometendo cálculos muito mais rápidos e com mais exatidão.

Ficou interessado em acústica geométrica e em softwares de simulação acústica de salas? Alguns autores interessantes para se aprofundar no assunto são Marshal Long, Heinrich Kuttruff, Vorländer e o brasileiro Roberto Tenenbaum.

• Leia também: Qualificação acústica de salas

Temos muito conteúdo sobre softwares de simulação e realmente como realizar projetos de espaços para diferentes usos, mas isso requer mais tempo e explicação. Então por esse motivo que criamos o Método Exclusivo EFC que usamos para ensinar os alunos a projetar, avaliar e medir salas de diversos tipos. Eu ensino esse método dentro do Portal Viva de Acústica, um mundo de conteúdos que serão lançados no dia 21/06 no evento que farei no dia 21/06.

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