Definições físicas e matemáticas relacionadas ao ruído
| Autor | Paulo Rogério Albuquerque de Oliveira |
| Páginas | 16-27 |
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Segue um extrato com algumas definições:9
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Parte-se de uma definição básica sobre ruído assim entendido como sensação auditiva desagradável, decorrente de misturas de sons indistinguíveis com diferentes frequências. Possui, portanto, dois aspectos: subjetivo (desagradável) e objetivo (mistura com diferentes frequências). Neste trabalho, será enfocado apenas o aspecto objetivo relativo ao fenômeno acústico, assim entendido aquele não periódico, sem componentes harmônicas definidas, em amplo espectro de frequências. De um modo geral, os ruídos podem ser classificados em três tipos:
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Ruídos contínuos: são aqueles cuja variação de nível de intensidade sonora é inferior ou igual a 3 dB. São ruídos característicos de bombas de líquidos, motores elétricos, engrenagens etc. Exemplos: chuva, geladeiras, compressores, ventiladores.
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Ruídos flutuantes: são aqueles que apresentam variações superiores a 3 dB, encontrados, em geral, em trabalhos manuais de afiação de ferramentas, soldagem, o trânsito de veículos, entre outros. São os ruídos mais comuns nos sons diários.
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Ruídos impulsivos ou de impacto: apresentam picos de energia acústica com duração menor que 1 segundo para intervalos superiores a 1 segundo. São os ruídos provenientes de explosões e impactos, típicos de britadeiras, bate-estacas e prensas.
Com base na figura abaixo é possível visualizar graficamente o perfil sonoro. Para fins de abordagem sobre ruído, é prudente a definição dessa tipologia tendo na vertical a pressão sonora, expressa em decibéis (dB) ao longo do tempo:
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Figura 2: Apresentação Gráfica da Tipologia de Ruído
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O som é provocado pela percepção do sistema auditivo da variação da pressão atmosférica ambiente. A menor variação que o aparelho auditivo humano pode detectar é da ordem de 2 x 105 Pa, a qual denomina-se limiar de audibilidade.
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O limiar da dor, por outro lado, corresponde à variação da pressão em 2 x 102Pa (200 Pa). No entanto, esta variação deve ocorrer em forma de ciclos para que seja percebida. A frequência mínima audível é de 20 Hz, enquanto a frequência máxima chega a 20.000 Hz. Sons cuja frequência situa-se acima de 20 kHz são denominados ultrassons, enquanto que aqueles abaixo de 20 Hz são infrassons.
Dizer que a onda se repete em um período (T) de tempo é a mesma coisa, em um raciocínio inverso, que afirmar que há uma frequência de acontecimentos, ou repetições, em um período de tempo. Pode-se dizer que essa frequência de acontecimentos é de uma vez por período, o que traz a definição de outra quantidade importante para o estudo de ondas: a frequência (f) equivale ao inverso do período, f = T-1. A frequência é medida em s-1, no caso específico de ondas periódicas, em ciclos por segundo, cuja unidade é convencionada internacionalmente como Hertz (Hz). A frequência (f), o período (T) e o comprimento de onda (A) relacionam-se por meio da velocidade de propagação (v), pelo produto v = f x A.
A intensidade do som está relacionada com a amplitude que permite distinguir um som forte de um som fraco e está relacionada com a energia transportada pela onda que decai do próximo (forte) ao afastado da fonte (fraco). Som mais forte tem maior amplitude e mais fraco, menor amplitude. Popularmente, é o botão do volume que define a intensidade: o indivíduo aumenta o volume do rádio ao girar o botão no sentido do máximo. Ao girar o volume, em verdade está modulando a amplitude.
A figura seguinte apresenta disposição gráfica com dois sinais sonoros: forte (alta amplitude) e fraco (baixa amplitude). A amplitude A1 mede 1,27 m, enquanto a A2, 0,29 m
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Figura 3: Disposição gráfica com dois (n) sinais sonoros. Forte (maior amplitude A1) e Fraco (menor amplitude A2). Indicação de dois harmônicos com perfil, soma dessas amplitudes
O som se propaga num meio material elástico, espalhando-se em todas as direções, e as frentes de onda têm formato esférico. A intensidade sonora, ou sonoridade, de uma onda esférica, num determinado ponto, é definida pela expressão:
Intensidade = Potência da Fonte (W) / Área da Frente de onda no ponto considerado (m2)
A potência da fonte (Po) no Sistema Internacional SI em Watt (W) e a I Intensidade ou intensidade sonora onda esférica (W/m2). A intensidade mínima do som percebido pelo ouvido humano (limiar de audição) é, aproximadamente, de 10-12 W/m2 (equivalente a 2.10-5Pa). A partir de 1 W/m2, provoca-se dor, limiar da dor (equivalente a 2.102Pa).
Tem-se o decibel como medida de equivalência de intensidade. O ouvido humano pode perceber normalmente sons cujas intensidades variem de 10-12 W/ m2 a 102 W/m2 ou 2.10-5 Pa a 2.102 Pa. Os rangers (intervalos de máximo e mínimo) flutuam em 1014 W/m2 e 107 Pa, obtidos pela subtração desses extremos. Ou seja, o ouvido humano é capaz de ser sensibilizado entre um trilionésimo de W/m2 até uma centena de W/m2.
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Na prática, tal capacidade humana inviabiliza a construção de instrumentos que assegurem acurácia em tão longa e ampla faixa de medição. Essa restrição construtiva de mensuração, quase impossibilidade mesmo, combinada à dificuldade de operação e manipulação em tais ordens de grandezas, levou os cientistas a idealizarem uma escala de equivalência. Os valores inferiores de energia audível, 10-12 W/m2 e 2 x 10-5 Pa, foram convencionados respectivamente, para fins de...
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