Decibelímetro

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Exemplo de modelo de Decibelímetro.

O Medidor de Nível de Pressão Sonora (MNPS), também chamado de decibelímetro, é um equipamento utilizado para realizar a medição dos níveis de pressão sonora, e, consequentemente, intensidade de sons, já que o nível de pressão sonora é uma grandeza que representa razoavelmente bem a sensação auditiva de volume sonoro, quando ponderada. Esse equipamento é normalmente calibrado para ler o nível de som em decibéis (uma unidade logarítmica). O limite da audição humana é aproximadamente 0dB (equivalente a 20μPa) para um ouvido humano normal, e o limite antes da dor (sons extremamente altos) é aproximadamente 120dB, representando uma potência de 1012 maior que 0dB.[1] Atualmente, no mercado brasileiro, existem equipamentos digitais capazes de realizar medições entre 30dB até 130dB.

Características básicas[editar | editar código-fonte]

Internas[editar | editar código-fonte]

Um decibelímetro clássico consiste de um transdutor eletroacústico, que pode ser um microfone ou um acelerômetro, ambos muito sensíveis, para detectar o som e convertê-lo em um sinal elétrico. O transdutor é seguido de um circuito eletrônico para operar no sinal até que as características desejadas possam ser medidas. Esse circuito eletrônico é composto por um circuito amplificador, já que o sinal é de baixa intensidade (da ordem de milivolts) e por um transformador AC-DC. Em alguns decibelímetros, o circuito também pode conter um circuito de ponderação A, B, C ou D, conforme a curva de compensação selecionada para medir. Após a amplificação, o sinal terá um nível suficientemente alto para ser exibido por um medidor, que pode ser um voltímetro comum.[2]

O circuito eletrônico pode ser ajustado para ler o nível de som na maioria das frequências possíveis, ou a intensidade de bandas selecionadas de frequência. Como o sinal é recebido em corrente alternada pelo microfone, ele deve ser primeiro convertido para um sinal em corrente contínua, e uma constante de tempo deve ser incorporada à media do sinal. A constante selecionada depende no propósito para qual o instrumento estará destinado, e é chamada de constante de integração. A capacidade de diminuir a constante temporal depende da qualidade do equipamento. [2]

Externas[editar | editar código-fonte]

Há decibelímetros em diversos tamanhos e formas, mas todos possuem pontos em comum. Eles tendem a ter uma ponta em cima para evitar que o som reflita de volta ao microfone. Alguns decibelímetros de baixo custo não possuem o topo pontudo, porém, em vez disso, possuem o microfone em uma extensão, para afastá-lo da caixa e evitar a reflexão.[3] É importante salientar que quanto menor o diâmetro do microfone, maior a sua sensibilidade aos sons agudos. [4]

Classificações[editar | editar código-fonte]

Analógico ou digital[editar | editar código-fonte]

Entre decibelímetros analógicos e digitais, há apenas a diferença no modo e precisão da leitura. Atualmente, a maioria dos decibelímetros é digital, apesar de haver alguns antigos analógicos ainda disponíveis.[3]

Tipos ou classes[editar | editar código-fonte]

As instituições de padronização normalmente definem três classificações básicas para decibelímetros em tipos ou classes. A diferença entre eles é a precisão da medida. Essa definição é ligeiramente complexa e coberta em detalhes em textos específicos, mas, resumindo, normalmente os decibelímetros são descritos da seguinte maneira[5] :

  • Tipo/Classe 0: geralmente usados para calibrar outros decibelímetros, e podem ser usados em medidas de alta precisão em espaços controlados ou pesquisas acadêmicas. Possuem uma margem de erro de 0.7dB.
  • Tipo/Classe 1 e Tipo/Classe 2: são os mais comumente usados em laboratórios e pesquisas de campo em geral. O de Classe 1 é mais preciso que o de Classe 2. Possuem margem de erro de 1.0 e 1.5dB respectivamente.

Dependendo da padronização, ainda há mais uma classificação[2] :

  • Tipo/Classe 3: uso restrito a medições básicas, onde não é necessária tanta precisão. Possuem margem de erro de 2.5dB.

É importante lembrar, porém, que a precisão do instrumento também depende da frequência do som que está sendo medido[2] .

Microfones[editar | editar código-fonte]

Os microfones também podem ser classificados, e a escolha certa da classe é fundamental para que o equipamento opere como o esperado. As classes de microfones que podem ser usadas nos decibelímetros são: microfone de incidência aleatória, microfone de campo livre e microfone de pressão. É importante ressaltar também que em altas frequências, quando o comprimento de onda sonora se torna de dimensão comparável ao diafragma do microfone, a direção em que o microfone está direcionado em relação à fonte de som altera a medida. Cada classe tem características específicas, bem como uma recomendação de uso e orientação específica[6] :

  • Microfones de incidência aleatória: são desenhados para uso em campos de sons difusos, onde o som provém de todas as direções (devido a um grande número de reflexões). Assim, esse tipo de microfone deve ser direcionado com um ângulo de 70 graus em relação à fonte de som a fim de se ter medidas acuradas.
  • Microfones de campo livre: são desenhados para uso em um espaço aberto (livre de reflexões) e devem ser direcionados diretamente para a fonte de som.
  • Microfones de pressão: são desenhados especificamente para medidas em cavidades fechadas, como tubos ou dutos, onde há tanta reflexão que a orientação do microfone não é tão relevante; a pressão sonora medida será a mesma independente da orientação.

Alguns decibelímetros proporcionam um filtro de correção que permite o uso de um microfone em um campo que não seja seu específico, porém, obviamente, medidas mais acuradas são obtidas se é usado o microfone específico. [6]

Filtros de ponderação de frequência[editar | editar código-fonte]

Gráfico do ganho em dB x Frequência em Hz (Logaritmo) das curvas de ponderação A, B, C, D.

Ponderação é a filtragem de som antes do cálculo da média. Ela se torna possível através das redes (circuitos) de ponderação disponíveis nos decibelímetros. Isso é feito devido ao fato de que seres humanos não escutam todas as frequências de modo linear, com a mesma intensidade. Portanto, essas ponderações são muito importantes para corrigir esse fato e fazer com que o decibelímetro forneça uma medida de acordo com a intensidade sonora percebida pelos nossos ouvidos.[2]

Conceito de curvas isofônicas[editar | editar código-fonte]

A fim de mensurar a sensação subjetiva de intensidade do som, que depende de sua freqüência, foi criada uma grandeza psicoacústica denominada nível de audibilidade, que por sua vez é função do nível sonoro e de sua freqüência. Experimentos com ouvintes treinados, que a partir de um tom puro a 1kHz e com intensidade conhecida, ajustavam o nível sonoro de outro tom puro para determinada freqüência até que os julgasse equivalentes, geraram as chamadas curvas isofônicas (mesmo valor de fones) ou isoaudíveis (mesmo nível de audibilidade). Essas curvas são resultantes da ligação dos pontos com mesmo nível de audibilidade ao longo da faixa de freqüência audível. O nível de pressão sonora do tom puro a 1kHz passou a ser a medida do nível de audibilidade, que tem por unidade o fone.[7]

Tipos de filtros de ponderação de frequência[editar | editar código-fonte]

Existem ponderamentos do tipo A, B, C e D[7] :

  • A: aproxima a sensação auditiva correspondente a curva isofônica de 40 fones (desenfatiza baixas frequências)
  • B: Aproxima a sensação auditiva correspondente a curva isofônica de 70 fones
  • C: Aproxima a sensação auditiva correspondente a curva isofônica de 100 fones (quase plana)
  • D: desenvolvida para avaliação de ruídos de sobrevoos de aeronaves (penaliza altas frequências)

O uso da ponderação deve ser informado, especificando também seu tipo, na unidade da medida. Por exemplo, se o ponderamento do tipo A for usado, informamos na unidade como dBA. Estudos recentes mostram que a curva de ponderamento A providencia uma relação aproximada de como o ser humano escuta sobre uma boa faixa de frequências. O filtro ponderador do tipo B raramente é utilizado, pois aproxima a resposta do sistema auditivo para sons com níveis sonoros medianos. O filtro do tipo C possui função quase plana e, consequentemente, é utilizado para aproximar resposta de nível sonoro elevado(esse tipo de filtro não influi muito na medição original. O filtro D só é utilizado para a função para o qual foi especificamente criado, para ruídos de sobrevoos de aeronaves.[7]

Integração[editar | editar código-fonte]

Se um decibelímetro integra e então acumula o total de energia sonora sobre um período e calcula a média, apresentando o resultado em decibéis, o equipamento pode ser chamado de Decibelímetro de Integração. Isso é feito devido à alta dinâmica do som e à dificuldade de se mensurar uma grandeza muito descontínua e também pode ser chamada de ponderação no tempo. [8]

Há também softwares que dão a opção de fazer a média estatística da saída AC de qualquer decibelímetro, já que normalmente decibelímetros de integração são relativamente mais caros que os básicos. [8]

Nível contínuo de som equivalente[editar | editar código-fonte]

Designado por Leq, ou mais formalmente por LAT, representa o nível contínuo (estacionário) equivalente em dB(A), que tem o mesmo potencial de percepção auditiva que o nível variável considerado. Esse parâmetro é apresentado em decibéis e é pesado como “A” na maioria das aplicações, de modo que é mais corretamente chamado de LAeq,t. Assim, o decibelímetro de integração deve ser usado sempre que as regulações dizem que um parâmetro como Leq ou LAT são necessários. Muitas regulamentações de barulhos em ambiente são escritos baseados nesse parâmetro.[7]

Matematicamente, representa, portanto, a integração do som durante determinado período de tempo, definido pela seguinte fórmula[7] :

L_{eq} = 10 \log \left( \frac{1}{T} \right) \int_{0}^{T} \frac{P^2(t)}{P_{0}^{2}}dt, onde:

  • T é o tempo de integração
  • P(t) é a pressão acústica instantânea
  • P0 é a pressão acústica de referência
  • Leq representa o nível contínuo (estacionário) equivalente em dB(A), que tem o mesmo potencial de percepção auditiva que o nível variável considerado.

Tempo de integração do detector[editar | editar código-fonte]

O tempo de integração é definido a partir da configuração que se usa no decibelímetro. A configuração Rápida tem 125ms como tempo de integração e é útil para usos estáticos. Para medir sons mais dinâmicos, a configuração lenta providencia 1 segundo de tempo de integração, gerando leituras mais consistentes e estáveis. Alguns decibelímetros possuem ainda a configuração Impulso, usada para sons extremamente dinâmicos (bater de palmas, disparo de uma arma, etc.). Essa última configuração responde precisamente a pulsos tão curtos como 50ms. Outra maneira de medir o som de impacto é usar a escala "valor de pico" (peak), que se trata não mais da medição da pressão média quadrática RMS em um determinado tempo, mas sim o valor máximo atingido pela pressão sonora durante a medição.[2]

Padronização[editar | editar código-fonte]

A performance de decibelímetros é ditada pelos padrões IEC (Comissão Eletrotécnica Internacional). As seguintes padronizações são aplicáveis[notas 1] :

  • IEC 60651 – Padronização para Decibelímetros
  • IEC 60804 – Padronização para Decibelímetros de integração
  • IEC 61672 – Padronização para Decibelímetros, susbtituindo IEC 60651 e IEC 60804
  • IEC 60942 – Padronização para calibradores de Decibelímetros

A respeito de normas específicas brasileiras, a ABNT dita normas apenas a respeito de calibração e procedimento de operação de decibelímetros, como por exemplo[9] :

  • NBR 10151 - Avaliação do ruído em áreas habitadas, visando o conforto da comunidade - Procedimento
  • NBR 17025 - Acreditação de Laboratórios (calibração)

Calibração[editar | editar código-fonte]

Um calibrador de decibelímetro é um pequeno dispositivo que emite um “apito” de tom e nível sonoro específico. Os mais comuns operam em 94dB em 1kHz. Deve-se usar o calibrador para se ter certeza de que o decibelímetro está operando de acordo com o esperado antes de se fazer qualquer medida. Muitas regulamentações recomendam (ou até exigem) que a calibração seja feita antes e depois de se fazer uma medida, principalmente quando se está fazendo medidas para proteção ou qualquer razão de cunho legal.[5]

Se o nível medido pelo decibelímetro não está certo, ele deve ser ajustado. Alguns podem ser ajustados manualmente, enquanto outros o fazem automaticamente com uma função específica.[3]

Cuidados com a precisão[editar | editar código-fonte]

Flutuações na pressão (pressão sonora) que o microfone mede são tão pequenas que o microfone usado deve ser muito sensível. Os seguintes fatores podem alterar a sensibilidade do microfone:

  • Grandes mudanças na temperatura
  • Grandes mudanças na pressão do ar
  • Envelhecimento da membrana do microfone
  • Queda ou colisão do microfone

Além disso também podem ocorrer falhas nos amplificadores, filtros e etc, todos muitos sensíveis. A principal razão para se usar o calibrador, portanto, é para realmente ter certeza de que nenhum desses fatores estão causando falta de precisão nas medidas.[6]

Medida relativa e medida absoluta[editar | editar código-fonte]

Medidas absolutas são aquelas feitas com decibelímetros calibrados, que providenciam o real nível de pressão sonora referenciado a 20uPa, equivalente a 0dB. Esse tipo de medida pode ser comparado com qualquer outro dado absoluto.

Por outro lado, medidas feitas com decibelímetros não calibrados ou de baixa qualidade não indicam o real nível de pressão sonora; entretanto, para alguns casos, eles ainda são extremamente úteis. Ainda é possível usá-los para fazer comparações entre medidas de pressões de som com outras medidas também feitas por ele e feitas da mesma maneira. Qualquer decibelímetro é capaz de indicar um desvio que possa existir nos níveis de pressão de som.[8]

Guia e regras gerais para medidas com qualquer decibelímetro[editar | editar código-fonte]

  • Mantenha o decibelímetro posicionado adequadamente em relação à fonte de som, na distância adequada com o braço esticado e longe de paredes e fronteiras da sala.
  • Para a maioria das medidas em sistemas de som, use o filtro ponderado A e a resposta lenta
  • Tenha certeza de que você está medindo dentro do alcance que você selecionou. Decibelímetros com alcances múltiplos e aqueles com display analógico, em particular, podem gerar leituras incorretas se o nível de pressão sonora está abaixo ou acima da faixa selecionada.
  • Antes de fazer qualquer medida, tenha certeza de que o decibelímetro já está ligado por alguns minutos e já atingiu a temperatura da sala em que se está fazendo a medida.
  • Ventos e correntes de ar afetam as medidas dos decibelímetros[8]

Aplicações[editar | editar código-fonte]

Decibelímetros são usados principalmente devido ao fato de que seres humanos percebem o som de uma maneira muito subjetiva, de modo que se precisa desse tipo de equipamento quando se quer medidas acuradas e reprodutíveis de níveis sonoros. Isso se aplica para todos os aspectos na área de percepção de som, como conteúdo de frequências, dinâmica, pressão sonora, etc.. Decibelímetros providenciam meios irrefutáveis de verificar objetivamente a magnitude de um nível sonoro ou de sua variação.[8]

Além disso, também há uma crescente preocupação a respeito de questões sobre saúde pessoal afetada por níveis sonoros, bem como limites legais de intensidade sonora. Por essa razão encontra-se cada vez mais aplicações para o decibelímetro.

Exemplos[editar | editar código-fonte]

A principal aplicação do decibelímetro é a de medidas para regulamentação de ambientes de trabalho. A Norma Regulamentadora Nº 15 define atividades e operações insalubres. Os anexos 1º e 2º referem-se a limites de tolerância para o ruído intermitente e limites de tolerância para ruídos de impacto, respectivamente[10] . Neles pode-se encontrar, além dos limites em cada caso, o modo de operação do decibelímetro para cada tipo de medida, por exemplo:

  • Os níveis de ruído contínuo ou intermitente devem ser medidos em decibéis (dB) com instrumento de nível de pressão sonora operando no circuito de compensação "A" e circuito de resposta lenta (SLOW). As leituras devem ser feitas próximas ao ouvido do trabalhador. [11]
  • Os níveis de impacto deverão ser avaliados em decibéis (dB), com medidor de nível de pressão sonora operando no circuito linear e circuito de resposta para impacto. As leituras devem ser feitas próximas ao ouvido do trabalhador. O limite de tolerância para ruído de impacto será de 130 dB (linear). Nos intervalos entre os picos, o ruído existente deverá ser avaliado como ruído contínuo.[12]

Entretanto esse não é o único uso do decibelímetro, que pode ser usado em diversos estudos específicos nas mais diversas áreas. Como por exemplo na economia, onde há estudos relacionando o impacto de ruídos desagradáveis sobre as emoções e comportamentos do consumidor. Um conjunto de medidas com decibelímetro juntamente com a observação do comportamento dos consumidores pode levar a um estudo específico, cujos resultados melhorem o rendimento de um estabelecimento.[13]

Ver também[editar | editar código-fonte]

Notas

  1. Por motivos de direitos autorais, o conteúdo das padronizações não podem ser publicadas. Porém, elas podem ser compradas no seguinte sítio:
    • Padrões IEC[1]

Referências

  1. "sound-level meter." Encyclopaedia Britannica. Encyclopaedia Britannica Online Academic Edition. Encyclopædia Britannica Inc., 2014. Web. 23 Apr. 2014. [2]
  2. a b c d e f WEBSTER, J. G. (Editor-in-chief). The Measurement Instrumentation and Sensors Handbook. CRC Press LLC, 2000 Corporate Blvd., N.W., Boca Raton, FL 33431.
  3. a b c Noise Products Worldwide (em inglês).
  4. Miguel, L.F.F., Tamangna, A., “Notas de Aula de ENG03015: Acústica Aplicada”, 1ª edição, 2007
  5. a b OSHA Noise and Hearing Conservation, Appendix III:A (em inglês). Occupational Heath and Safety Administration (07/03/1996).
  6. a b c NBS Technical Note 931: Environmental Effects on Microphones and Type II Sound Level Meters. U.S. Department of Commerce/ National Bureau of Standards. Whashingtom, D.C., 1976. Appendix C.
  7. a b c d e BISTAFA, S. R.: Acústica Aplicada ao Controle do Ruído. 1.ed Edgard Blücher, Ltda., 368p, 2006.
  8. a b c d e Everything you wanted to know about Sound Level Meters(SLM) (em inglês). ProSoundWeb, news and information for the Audio Professional (27 Janeiro 2012).
  9. Legislação Brasileira[3]
  10. Norma Regulamentadora Nº15[4]
  11. Norma Regulamentadora Nº15 Anexo 1º[5]
  12. Norma Regulamentadora Nº15 Anexo 2º[6]
  13. FEHSE, F. B.. Impacto de ruídos ambientais desagradáveis sobre as emoções e o comportamento do consumidor. Dissertação - UFRGS. Porto Alegre, março de 2009.