Acústica e Alta fidelidade parte 8 – painéis absorsores reativos

Na matéria anterior vimos que a absorção da energia sônica pelos materiais ocorre de inúmeras maneiras diferentes. A seguir discutimos a absorção acústica nos materiais porosos.

Nesta matéria vamos explorar os painéis reativos, que são como na figura abaixo. Observe que o painel é apenas uma caixa fechada, com fundo, tendo na parte frontal um painel mais fino, que doravante vou chamar membrana. Esta membrana foi internamente revestida com uma camada de manta de fibra de vidro. O termo caixa fechada tem o sentido da câmara interna ser tão hermética quanto possível.

Crédito: Cysne Sound Engineering

Esses painéis trabalham de acordo com um princípio muito conhecido na física e, também, na acústica arquitetônica. Que é o efeito massa-mola. Quando a enegia incide na parte exterior da membrana, ela flete para o interior, comprimindo o ar enclausurado na câmara hermética. Ao aumentar sua densidade, o ar age como mola e passa a “empurrar” a membrana de volta para a frente. À medida em que isso vai ocorrendo o ar interno vai se tornando mais e mais rarefeito, até que num dado momento ele passa a “puxar” a membrana de volta. Esse processo se repete algumas vezes, num fenômeno governado pela frequência natural de ressonância do painel, dada pela seguinte expressão:

Nesta expressão m é a densidade superficial da membrana em kg/m² e d é a distância entre a membrana e o fundo do dispositivo, em metros, como ilustra a figura.

Portanto, podemos estabelecer que frequência de ressonância desejamos e, com base na expressão acima, combinar alguns pares de valores de densidade de membrana com largura interna líquida do painel, para obter a frequência desejada. Uma análise rápida da expressão acima revela que a frequência de ressonância é tão mais elevada quando menor é a densidade superficial da membrana e quanto menor é a largura interna líquida do painel.

A absorção acústica é máxima na frequência de ressonância. E, agora que vimos como trabalha o painel reativo, podemos ver alguns de seus muitos outros nomes. De fato, painel reativo é apenas um dos nomes que esse dispositivo recebe. Os outros são painel de ação diafragmática, painel diafragmático, absorsor de membrana, absorsor diafragmático, painel massa-mola, painel ressonante, absorsor de painel e outros tantos.

Veja na figura abaixoi os coeficientes de absorção típicos de um destes painéis, num exemplo projetado para sintonia em 250 Hz. Neste caso específico a membrana é de madeira compensada com 4 milímetros de espessura,  instalada paralelamente a uma parede rígida de alvenaria, separada desta de uma distância de 50 milímetros.

Crédito: Cysne Sound Engineering

Há duas curvas no gráfico. A curva azul exibe os coeficientes de absorção do painel instalado sem qualquer material entre ele e a parede. A curva magenta mostra os coeficientes do mesmo painel, mas agora com o espaço interno de 50 milímetros preenchido com manta de lã de vidro. Excelentes resultados são obtidos quando o painel mede de 0,5 a 1 m², e a densidade da lã de vidro aplicada se situa entre 32 e 64 Kg/m³. Outro aspecto importante a ressaltar nesses painéis é o seu Fator de Dissipação, ou Q. Dado pela expressão:

Q é o Fator de Dissipação, FR é a frequência de ressonância do painel em Hz e ∆F é a largura de banda definida pelos pontos à direita e à esquerda da frequência de ressonância, em que se verifica queda de energia de 3,0 dB em relação ao nível máximo de energia. Para que esses painéis sejam funcionais é essencial que o Fator Q seja reduzido. Quando isso ocorre, sua faixa de atuação no espectro é suficientemente ampla. Embora haja maneira de pré calcular qual será o Fator Q de um dado painel ainda na fase de projeto, os projetistas mais experientes e precavidos fazem todos os pré cálculos, mas a seguir, usam protótipos para fazer medições efetivas dos respectivos coeficientes de absorção e, assim, ter certeza de que os objetivos de projeto foram alcançados.

Luiz Cysne, PhD, é engenheiro eletrônico e doutor em física.

Publicado por Alexandre Algranti

Estudou engenharia, marketing e finanças mas quer mesmo ser jornalista. Continua na busca do fone de ouvido perfeito mas espera jamais encontrar.

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