Blog do Daniel Raizer: Pequena aula de acústica de salas

A sala!

Caríssimo leitor, atente que um setup profissional de nada serve se a sala onde está tem acústica pobre, portanto transformar a sua sala em um espaço adequado para gravação e reprodução musical deve ser um dos veios mais importantes dentre os muitos que compõe o seu discernimento. Hoje, com essa pequena aula vou te dar um norte nessa direção e se precisar de ajuda, basta pedir. Um abraço!

A) Introdução

O tema "acústica de salas" envolve muitos fundamentos que permeiam a física, biologia, arquitetura, entre tantos outros, sendo a maioria destes de alta complexidade e cheio de contas, entretanto é possível ter uma visão abrangente de como os sons se comportam dentro de ambientes fechados sem nos aprofundarmos na matemática para que possamos condicionar esses espaços onde gravamos e escutamos música almejando melhores resultados.

Para isso iremos utilizar duas planilhas de Excel para resolver a grande maioria dos problemas de acústica de salas automaticamente, mas primeiro precisamos entender os preceitos básicos para sabermos utilizá-las.

B) Fundamentos

Os quatro principais fundamentos da acústica são:

Reflexão:

Isso dá-se quando a onda sonora não é absorvida pela superfície onde incide e volta ao ambiente no mesmo ângulo de incidência. Podemos visualizar isso de uma maneira fácil utilizando um laser pointer, desses de palestra, apontando-o nas superfícies reflexivas e vendo sua reflexão; o som comporta-se de maneira similar. Materiais muito lisos, como vidro são muito reflexivos.

Absorção:

É quando a onda sonora é absorvida pelo material onde incide, assim como a luz é absorvida por uma parede pintada de preto fosco. Para isso o material tem que ser poroso, como espuma, veludo ou lã de pet (melhor substituta das lãs minerais), por exemplo.

Difusão:

É o fenômeno que faz com que as ondas sonoras se espalhem em diversas direções dentro do ambiente, sem uma direção determinada. Isso cria um campo difuso do mesmo jeito que uma luz indireta embutida ilumina um ambiente suavemente. Não existe material difusor, mas sim uma combinação de técnicas construtivas que tornam uma superfície difusora, como um painel de quadrados de madeira cada um com tamanhos, alturas, profundidades e orientações.

Transmissão:

É quando o som atravessa uma superfície e aparece do outro lado atenuado, assim como a luz passa por um papel translúcido. Quanto maior for a rigidez, densidade e a espessura do material, menor é a transmissão.

C) Reverberação:

A reverberação é o mais importante conceito que devemos lidar na acústica de salas.

A reverberação é constituída por muitas reflexões com intervalo muito pequenos entre si (millisegundos) que se espalham em todas as direções formando um campo difuso. A medida em segundos desse campo difuso desde sua formação até quando se extingue é denominada de RT60.

Não existe uma norma que determine o quanto de reverberação devemos ter em nossas salas de gravação e de escuta de música, mas é notório que em auditórios onde apresenta-se música os tempos de reverberação são bem maiores do que nas salas de gravação de voz, por exemplo.

Quando há muita reverberação na sala, dizemos que a sala é viva. Quando há pouca, dizemos que é morta.

A reverberação também varia conforme a frequência do som, por exemplo: Uma sala pode ter bastante reflexão de graves e pouca de agudos, tornando a sala "abafada". Um outro exemplo de sala com bastante reflexão de agudos e pouco de graves nos dá a sensação de estarmos em uma sala "magra". São os materias presentes na sala que regulam a "cor" da reverberação. Uma sala toda revestida de azulejos, como o banheiro, tem reverberação bem aguda.

Normalmente as salas de pequeno porte tentem a ser melhores quando mais mortas que vivas.

D) Cálculo do comprimento de onda

O cálculo do comprimento de onda é importante para podermos ajustar o tamanho das salas de forma a não produzirem ondas estacionárias.

O cáculo é simples e feito da seguinte forma:

Pegue a velocidade do som e divida pela frequência, exemplo:

344m/s dividido por 50Hz = 6,88m Isso significa que 50Hz tem 6,88m de comprimento. Se sua sala é menor que isso não vai existir 50Hz inteiro dentro dela, apenas suas frações.

E) Ondas estacionárias:

Com a fórmula acima podemos entender o que são ondas estacionárias.

Se uma sala tem 3,44m em uma dimensão e um som de 50Hz é produzido em uma das extremidades irá caber exatamente meia onda dentro da sala quando é então refletida de volta. A onda na ida e na volta são praticamente a mesma e por terem direções opostam acabam se anulando e as diferenças de pressão ficam paradas dentro da sala, sendo o ponto máximo nas extremidades e ao meio a pressão mínima, ou seja silêncio.

F) Modos e Cálculo Modal

Modos

As salas onde produzimos música normalmente tem 6 paredes formando 3 eixos, portando produzem 3 ondas estacionárias relacionadas às 3 dimensões da sala: largura, profundidade e altura, estes são os MODOS AXIAIS.

Quando a onda incide na diagonal à parede paralelamente a outra formando um plano chamamos de MODOS TANGENCIAIS. Por exemplo: o som bate na parede da esquerda, bate no fundo da sala, na parede da direita, na frente da sala e volta ao mesmo ponto de onde saiu na parede da esquerda.

Quando um som completa um plano, mas passa por todas as paredes da sala chamamos de MODOS OBLíQUOS.

Cálculo Modal

Quando andamos por uma sala com acústica problemática devido às suas dimensões percebemos que determinados instrumentos tem um som mais alto ou mais baixo em determinados lugares da sala. Isso deve-se às frequências estacionárias dentro da sala e quanto menor for a sala, maiores são os problemas com ondas estacionárias.

Para tentar minimizar este problema fazemos o cálculo modal da sala para buscarmos as melhores dimensões para que estas não realcem nem atenuem frequências.

Um gráfico ideal de densidade modal deve ter uma curva ascendente, sem vales e picos pronunciados. Isso é relativo à quantidade de modos por frequência, que devem aumentar gradativamente evitando-se muitos modos em determinada frequência.

Critérios de Bonello

Quem rege um gráfico ideal de densidade modal são os critérios de Bonello que indicam:

a) O número de modos por banda deve aumentar gradativamente ou, em último caso, manter-se constante.

b) Se houverem dois modos coindcidentes em uma banda devem haver mais três modos coincidentes na mesma banda.

c) Três modos coincidentes em uma banda é inaceitável.

OBS: Quando não há paredes paralelas usamos a média entre elas.

G) Isolamento

O Isolamento do som é bastante simples de compreender, mas bastante difícil de executar. Isolar um espaço é o mesmo que impedir o som de dentro de sair ou o som de fora de entrar.

A primeira premissa básica enfrenta os vazamentos estruturais e consiste na construção de paredes (chão e tetos inclusos) que vedem a passagem mecânica do som. Uma boa técnica é conhecida como o princípio massa x mola x massa, onde faz-se uma parede densa (massa), uma camada de material elástico entre elas, como o ar ou lã de pet (mola) e uma outra parede densa. Muitos projetos apostam nesse princípio, também conhecido como Box in a Box, onde constroi-se uma caixa dentro da outra, ambas isoladas uma da outra através de suportes de EVA (no chão), paredes afastadas umas das outras e estruturas tensionadas por molas para ambos os tetos.

A segunda premissa básica é vedar a passagem aérea que acontece por qualquer fresta. Desse modo evitamos também que o som escape de dentro de uma sala para fora e vice-versa. Para isso toda fresta deve ser vedada, inclusive os vãos da porta e fechaduras fazendo um contorno em toda a porta com um perfil tipo "escadinha". Janelas fixas vedadas com vidros duplos e até triplos são bons isolantes acústicos.

Dica: Uma técnica interessante é uma pessoa utilizando um secador de cabelo apontado para as possíveis frestas do lado de dentro da sala e outra pessoa do lado de fora verificando se escapa algum ar. Pontos onde o ar passa devem ser "lacrados".

H) Planilhas do Excel

Vamos utilizar duas planilha do conceituado Engenheiro Brasileiro Sóllon do Vale. Ambas são gratuita e podem ser encontradas no site musitec.com.br na área de downloads (clique aqui para fazer download) e com elas podemos calcular as melhores dimensões para a sala que estamos estudando e escolher os melhores revestimentos para podermos controlar a reverberação resultando em uma sala com boa qualidade acústica.

a) Primero abra a planilha Modos e preencha as dimensões da sala a ser estudada.

Nesse estudo iremos colocar os números 3 x 4 x 2,6, que representam a largura (x), Profundidade (y) e Altura ou pé direito (z) normal da maioria dos cômods das casas brasileiras.

Logo ao lado a planilha calcula automaticamente o gráfico de densidade modal. Perceba que nesse exemplo que criamos a sala apresenta um vale na região de 50Hz e também em 100Hz produzindo um gráfico muito ruim.

No gráfico modos por banda podemos perceber que não há um número crescente de modos por banda, indo ao contrário do estipulado por um dos critérios de Bonello, portanto ajustes na dimensão da sala devem ser feitos.

Normalmente não é possível aumentar uma sala, pois elas já estão construídas, mas podemos diminuí-las facilmente colocando divisórias de dry wall e tetos de gesso acartonado, por exemplo. Isso ainda nos favorece a implementação do princípio massa x mola x massa ao enchermos os espaços entre as paredes originais e as novas com lã de pet, por exemplo, para melhoraro isolamento da sala.

Vamos então mudar o tamanho da sala para 2,8 x 3,8 x 2,4, diminuindo 20cm as paredes e rebaixando o teto.

O gráfico da densidade modal melhora bastante, apresentando apenas um pequeno vale na região de 63Hz e um pequeno pico em 80Hz.

E o gráfico de modos por banda também melhora e conseguimos atender o principal critério de Bonello.

Agora que a sala já está do tamanho adequado precisamos calcular a reverberação da sala por frequências para saber quais materias de acabamento são indicados para esta. Abra então a planilha Reverb.

Primeiro faça uma avaliação da sala e preencha as medidas na tabela de acordo com os acabamentos da sala, por exemplo: vamos supor que as peredes são todas lisas e pintadas, incluindo o teto e temos chão sem acabamento, aparecendo o contra-piso.

Uma lista de materiais estão na parte de baixo da planilha indicando seu número.

Coloque o tamanho da sala na parte superior da planilha

Calcule a área de teto primeiro:

2,8m x 3,8 = 10,64m. Preencha a primeira coluna (Material No.) com o valor 35, que é referente ao meterial parede lisa pintada e coloque 10,64 na próxima coluna (Área).

Calcule agora as paredes individuais:

Esquerda = 3,8m x 2,4m (pé direito) = 9,12m

Direita = 3,8m x 2,4m = 9,12m

Frente = 2,8m x 2,4m = 6,72m total, mas nesta parede imaginamos que temos uma janela de 1,5m por 1m, então subtraimos a área da janela resultando no valor 5,22.

Fundo = 2,8m x 2,4m = 6,72m total, mas nesta parede imaginamos que temos uma porta de 0,8m por 2,1m, então subtraimos a área da porta resultando no valor 5,04

Agora calcule o piso:

2,8m x 3,8m = 10,64m e para este escolha o item 31 imaginando que o piso está sem acabamento aparecendo o contra-piso.

Agora precisamos calcular as área das aberturas.

Imaginaremos que termos uma janela fixa com vidro grosso duplo de 1,5m por 1 em uma das paredes e uma porta de 0,8m x 2,1 em outra, para isso iremos calcular essas áreas, escolher o material adequado inseri-los na planilha e retirar suas áreas da parede em que estão, nesse caso a parede da frente e do fundo, respectivamente.

Janela:

1,5m x 1m = 1,5m

Para este item escolhemos o item vidro grosso (33)

Porta:

0,8m x 2,1m = 1,68m

Para este item escolheremos o item Piso de madeira (32), pois neste exemplo a porta é solida e feita de madeira.

Na parte de baixo escolha a quantidade de pessoas no ambiente, pois pessoas também são absorvedoras e difusoras e influenciam na conta: escolheremos aqui 1.

Pronto, agora vamos dar uma olhada nos tempos de reverberação da sala de acordo com cada frequência:

Olhando o gráfico resultante vemos que há mais reverberação nas frequências mais altas do que baixas e que a frequência de 500Hz tem reverberação alta, maior que 1s.

O gráfico ideal da densidade da reverberação tende a ser uma curva descendente imaginando que da metade para a esquerda esteja por volta de 50% acima do meio e da metade para a direita 50% abaixo, ou seja a nossa curva atual está ao contrário.

Para esta sala pequena que tem foco na produção musical almejaremos a reverberação de graves por volta de 0,5s, de médios por volta de 0,3s e de agudos por volta de 0,2s. Esses valores são realtivos ao tamanho da sala e sua finalidade. Por exemplo: Um auditório de 1000m quadrados com RT60 em 500Hz de 1 segundo é uma sala com pouquíssima reverberação, dizemos: - morta. Ao contrário, uma salinha de 20m quadrados com o mesmo RT60 já pode ser considerada bem viva.

Normalmente estúdios de gravação tem um RT60 em 500Hz próximo ao 1/2 segundo.

Vamos então começar a substituir os materias das paredes.

Primeiro substitua o piso de concreto por carpete grosso sobre feltro, item número 28. Perceba que imediatamente o gráfico já toma uma forma amistosa.

Agora precisamos achar um material que absorva bem as frequência altas, pois precisamos abaixá-las um pouco para gerar a curva descendente na parte da direita.

Olhando na tabela de materiais percebemos que lã de vidro (lã de pet atualmente) com 50mm de espessura tem alta absorção na região de 1000Hz a 4000Hz, com índice próximo a 1.

Vamos então revestir toda a parede da frente (onde tem a janela) com esse material, substituindo a parede com 5,22m com material 35 por material 2. Percebemos que melhora bastante.

Dica: A forma de aplicação desse material na parede é feita através de caibros pregados à parede e a lã de pet entre eles. Depois um tecido bem poroso grampeado recobre toda a área para dar acabamento.

Vamos agora colocar espuma em relevo de 50mm de espessura que também tem boa propriedade acústica sintonizada para agudos no teto, substituindo o material 35 por pelo 5.

Pronto, nossa sala está com boa resposta de reverberação.

Dica: Podemos colocar apenas metade da espuma no teto e a outra metade distribuir pelas laterais da sala, criando um visual mais atrativo.

Isso também é interessante de acordo com uma das técnicas de projeto de estúdio que privilegia uma área mais absorvente próxima aos monitores e uma área mais difusora oposta.

Para finalizar o projeto coloque alguns difusores tipo QRD que você mesmo pode construir com tocos de madeiras colados em uma base de compensado para pendurar nas paredes, veja esse exemplo e o mapinha de construção.