dBA e Nível Sonoro - Ruído de Baixa Frequência
O dBA e Nível Sonoro
Neste artigo explica-se o que é o dBA e o nível sonoro.
O que é o som que ouvimos?
Som audível pode ser definido de dois modos:
Pode ser definido como uma perturbação acústica que causa uma resposta auditiva;
Também pode definido como a resposta subjetiva causada por uma perturbação acústica;
O som como fenómeno físico – a Pressão Acústica no Ar
A pressão acústica no ar é a variação da pressão entre dois estados físicos:
Quando a perturbação está presente.
Um microfone, assim como os nossos ouvidos, é sensível à pressão acústica.
Enquanto a pressão atmosférica é da ordem dos 100000 Pa, a pressão acústica, correspondente a um som audível, pode ir dos 20 mPa (o limiar de audição) aos 200 Pa (o limiar da dor).
Pressão acústica: é uma força por unidade de área, e é expressa em Pascais (1 Pa = 1 N / m²).
Comparando com a pressão atmosférica tem-se: 1 Atm = 1.013 bar = Pa
Pressão Acústica Eficaz (RMS)
A pressão acústica eficaz (ou RMS, de "root mean square") é expressa à semelhança do valor eficaz de uma corrente ou uma voltagem em eletricidade.
Define-se como a raiz quadrada da média temporal – durante um período de tempo de duração apropriada- do quadrado da pressão acústica. Por outras palavras é a raiz quadrada do valor quadrático médio.
A pressão eficaz é definida como prms:
em que T representa a duração do sinal e p(t) a pressão acústica instantânea.
O dBA e o Nível Sonoro – Descritores dos sons
Descrever sons envolve quantificar parametros como amplitude, frequência, etc. A vasta gama de valores coberta pelas grandezas acústicas justifica o uso de grandezas logarítmicas. Estas grandezas logarítmicas correspondem ao logaritmo da razão entre dois valores da mesma grandeza, pressão por exemplo, expressas na mesma unidade.
O dBA e o Nível Sonoro – Nível Sonoro em Decibéis (dB)
Em geral, o nível L em decibéis (dB ou seja, uma décima do Bell) de uma potência P é, por definição, dez vezes o logaritmo (na base 10) da razão entre P e a potência de referência Pref:
Esta definição é valida para qualquer grandeza física proporcional à potência.
O dBA e o Nível Sonoro – Nível de Pressão Sonora
Como a intensidade acústica é proporcional ao quadrado da pressão acústica rms, o nível de pressão sonora (Lp ou SPL) é dado pela seguinte expressão:
em que a pressão acústica de referência Pref é igual no ar, a 20 micro Pascal.
Um nível de 0 dB indica que a pressão é igual ao respetivo valor de referência.
O valor da pressão acústica de referência corresponde, aproximadamente, ao limiar de audição humano a 1000 Hz.
O dBA e o Nível Sonoro – O som como percebido por nós – a intensidade auditiva
Os sons podem ser avaliados desde sons de baixa intensidade auditiva até sons de alta intensidade auditiva.
Em termos musicais, desde o pianissimo triplo ppp até ao triplo forte fff.
A sensação auditiva corresponde à intensidade da fonte percecionada pelos nossos ouvidos.
A sensação auditiva depende da pressão acústica, da frequência, da forma de onda e da duração dos sons.
O dBA e o Nível Sonoro – Avaliação Subjetiva da Intensidade Auditiva
A escala em fones é arbitraria e não representa a nossa avaliação subjetiva da intensidade auditiva. A nossa perceção subjetiva de um incremento de intensidade auditiva (ou sones) está associada ao estímulo auditivo segundo a seguinte fórmula:
Foi mostrado experimentalmente que para a intensidade auditiva no meio da zona de audição o expoente a é aproximadamente 0,3.
Consequentemente, por exemplo, uma curva de 50 fones será avaliada como tendo o dobro da intensidade auditiva de uma curva de 40 fones, de acordo com a fórmula.
Por outras palavras, um acréscimo de 10 num nível em fones duplicará o nível em sones, enquanto a redução de 10 num nível em fones diminuirá para metade o nível em sones.
Esta definição de um sone é um compromisso que apresenta melhores resultados na gama de nível médio, entre os sons de muito baixa intensidade auditiva (40 fones) e os sons de intensidade auditiva extremamente elevada (100 fones).
O dBA e o Nível Sonoro – O Nível Limiar Diferencial de Intensidade Auditiva
O Nível Limiar Diferencial de Intensidade Auditiva corresponde às variações mínimas do nível de pressão sonora percetíveis pelo ouvido humano.
Este limiar depende da frequência (ver gráfico abaixo para um nível inicial de 40 dB).
No meio da zona de audição, este limiar é igual a aproximadamente 1 dB (ex: variação de 26% da potência sonora) sendo esta a razão pela qual os nossos ouvidos não conseguem detetar pequenas variações do nível sonoro.
O dBA e o Nível Sonoro – A Intensidade auditiva de Sons de Curta Duração
Verificou-se experimentalmente, que a intensidade auditiva de sons de curta duração (i.e. menos que 0.1 segundos) decresce quando a duração diminui.
Podemos então deduzir que o nosso ouvido tem um tempo de integração, (similar ao de um detector rms), aproximadamente igual a 100 ms.
O gráfico abaixo ilustra esta propriedade.
Mostra em quanto o nível de pressão sonora de um som de curta duração teria de ser aumentado para ter a mesma intensidade sonora de um som de duração mais longa.
Dá valores em função da duração do som de curta duração.
O dBA e o Nível Sonoro – Zona de Audição
Nem todos os sons são percetíveis pelos nossos ouvidos: devem estar dentro de uma zona de audição cujo limite é definido em função da frequência e nível de pressão sonora, como se pode ver claramente no gráfico.
A curva limite inferior representa o limiar de audição.
A curva limite superior representa o limiar de dor.
A gama dinâmica da audição (i.e. a maior diferença entre os dois limiares de audição), é aproximadamente de 130 dB.
As frequências audíveis cobrem aproximadamente 10 oitavas: desde 16 Hz a 16 kHz aproximadamente.
A linha correspondente ao limiar de audição tende a subir com a idade (i.e. aumenta o limiar de audição médio).
Os infrassons e os ultrassons ficam para a esquerda e para a direita, respetivamente, da zona de audição.
Animais como os cães e os gatos são capazes de ouvir ultrassons até aproximadamente 40 kHz.
O limiar de audição corresponde aos níveis de pressão sonora mais baixos que o nosso sistema auditivo consegue detetar.
O limiar de dor corresponde aos níveis de pressão sonora mínima que provoca sensações auditivas que podem ser desagradáveis ou mesmo dolorosas.
O dBA e o Nível Sonoro – Curvas Isofónicas
As curvas isofónicas normalizadas (mostradas no gráfico abaixo) foram determinadas a partir de respostas binaurais, de vários jovens saudáveis de idades na casa dos vinte anos, a tons puros normalizados em condições de campo livre (câmara anecóica).
As curvas Isofónicas são linhas de sons de igual intensidade auditiva em função da frequência.
A linha a verde mostra o limiar de audição normalizado.
Cada curva isofónica pode-se expressar em fones. O fone é uma escala escolhida de modo a que à frequência de 1000Hz, o número de fones LN seja igual ao nível de pressão sonora Lp.
O dBA e o Nível Sonoro – O Sonómetro
Sendo a intensidade auditiva a característica mais incomodativa do ruído, a maneira mais simples de avaliar o desconforto é considerar que este depende principalmente da intensidade auditiva. A medição de ruído é, portanto, uma medição da intensidade auditiva.
É preciso então um aparelho para medir a intensidade auditiva. Este aparelho é o sonómetro que reproduz tão precisamente quanto pode linhas Isofónicas.
O sonómetro é um instrumento que mede a pressão acústica.
Inclui um sistema de ponderação que simula a reação do ouvido humano em função da frequência.
O diagrama a seguir mostra como funciona este aparelho.
Tal como os circuitos de ponderação têm de simular a resposta do ouvido na frequência, o detector rms tem de simular a resposta temporal do ouvido. É assim necessária também uma ponderação temporal.
O dBA e o Nível Sonoro – Malhas de Ponderação de Frequência
Inicialmente foram desenvolvidas três malhas de ponderação de frequência. São designadas por malhas A, B e C e correspondem aproximadamente ao inverso das linhas isofónicas de 40, 70 e 100 fones.
Hoje em dia, estas malhas são aceites pelas normas internacionais.
No gráfico ao lado são mostradas as curvas de ponderação.
Por exemplo, a 100Hz a malha A introduz uma atenuação de 20 dB para qualquer nível sonoro.
O dBA e o Nível Sonoro – Malha de Ponderação A
O resultado de uma medição com uma malha de ponderação A, representa-se por LA ou por L(A) e expressa-se em decibéis ponderados por malha A, dB(A).