Acústica arquitetônica é um ramo da acústica aplicada à arquitetura, que estuda o controle acústico em instalações e edifícios, seja para obter um isolamento acústico adequado entre diferentes ambientes, seja para melhorar o condicionamento acústico no interior de instalações. A acústica arquitetônica estuda o controle do som em locais abertos (ao ar livre) ou em espaços fechados.
Evolução histórica
Acústica arquitetônica nos tempos antigos
Os escritos mais antigos conhecidos sobre acústica arquitetônica datam do século AC. C., mais especificamente, o ano e devem-se a Marco Vitrúvio Pólio, engenheiro militar de Júlio César. Nestes escritos eles descrevem vários projetos para a acústica dos antigos teatros romanos. Por exemplo, foram utilizados vasos de bronze afinados que atuavam como ressonadores, graves ou agudos. Embora as embarcações servissem para redirecionar o som em direção diferente da inicial, não o reforçavam.
Nas igrejas cristãs, com abóbadas altas, com muitos problemas acústicos, acima do púlpito era colocada uma tornavoz, uma espécie de marquise, que evitava que o som da voz do pregador se perdesse pelas abóbadas. Resultados muito notáveis foram alcançados.
Até ao século XIX, o design acústico era puramente prático e consistia principalmente em imitar a disposição das salas existentes nas quais a música soava bem. Além disso, existiam por vezes práticas quase supersticiosas, como colocar fios (que não tinham função) nos lugares altos de uma igreja "Igreja (edifício)") ou auditório.
Mais de 1000 anos antes da criação da acústica arquitetônica moderna, na foz do poço das bruxas das águas, Chichén Itzá, começava a criação de um dos fenômenos mais marcantes da acústica arquitetônica antiga. Situado a 40 metros do Templo Kukulkan, na perpendicular da escadaria e produzindo um som impulsivo (curta duração mas volume alto) como bater palmas ou tocar um instrumento de percussão, é produzido um efeito acústico denominado “A Cauda do Quetzal”.
Este efeito é um som agudo, semelhante ao canto de um Quetzal, a ave sagrada dos Maias. À primeira vista, o peculiar efeito acústico em Chichén Itzá parece ser produto de sorte e coincidência, mas em 2004 Nico Declerq e vários cientistas belgas da Universidade de Ghent demonstraram a forma como as ondas sonoras que saltavam pela escada produziam sons que tinham sido interpretados em tempos antigos, como o canto de um Quetzal ou o tamborilar das gotas de chuva.
Projeto acústico de espaço público
Introdução
Em geral
Acústica arquitetônica é um ramo da acústica aplicada à arquitetura, que estuda o controle acústico em instalações e edifícios, seja para obter um isolamento acústico adequado entre diferentes ambientes, seja para melhorar o condicionamento acústico no interior de instalações. A acústica arquitetônica estuda o controle do som em locais abertos (ao ar livre) ou em espaços fechados.
Evolução histórica
Acústica arquitetônica nos tempos antigos
Os escritos mais antigos conhecidos sobre acústica arquitetônica datam do século AC. C., mais especificamente, o ano e devem-se a Marco Vitrúvio Pólio, engenheiro militar de Júlio César. Nestes escritos eles descrevem vários projetos para a acústica dos antigos teatros romanos. Por exemplo, foram utilizados vasos de bronze afinados que atuavam como ressonadores, graves ou agudos. Embora as embarcações servissem para redirecionar o som em direção diferente da inicial, não o reforçavam.
Nas igrejas cristãs, com abóbadas altas, com muitos problemas acústicos, acima do púlpito era colocada uma tornavoz, uma espécie de marquise, que evitava que o som da voz do pregador se perdesse pelas abóbadas. Resultados muito notáveis foram alcançados.
Até ao século XIX, o design acústico era puramente prático e consistia principalmente em imitar a disposição das salas existentes nas quais a música soava bem. Além disso, existiam por vezes práticas quase supersticiosas, como colocar fios (que não tinham função) nos lugares altos de uma igreja "Igreja (edifício)") ou auditório.
Mais de 1000 anos antes da criação da acústica arquitetônica moderna, na foz do poço das bruxas das águas, Chichén Itzá, começava a criação de um dos fenômenos mais marcantes da acústica arquitetônica antiga. Situado a 40 metros do Templo Kukulkan, na perpendicular da escadaria e produzindo um som impulsivo (curta duração mas volume alto) como bater palmas ou tocar um instrumento de percussão, é produzido um efeito acústico denominado “A Cauda do Quetzal”.
Após diversas simulações e cálculos acústicos, eles mostraram que, embora a previsão exata dos sons resultantes fosse provavelmente impossível, a construção peculiar da pirâmide foi realizada intencionalmente, de modo que produzisse sons surpreendentes.
O segredo da borda da pirâmide fica por conta das longas e estranhas escadas, em que os degraus são muito mais altos que o normal e com uma base bem menor que o tamanho do pé inteiro de uma pessoa hoje. Essa combinação de medidas faz dos passos uma espécie de filtro acústico que enfatiza algumas frequências e suprime outras. Segue-se então que quando um som alto é produzido, ele viaja colidindo com múltiplas “paredes” separadas por alguns centímetros de base, criando um eco múltiplo, que retorna com uma pequena lacuna em relação ao som anterior. O resultado deste jogo de geometria acústica é a sucessão de ecos quase colados de tons diferentes (os tons mais graves são dados pelo rebote dos degraus mais altos e vice-versa).
O ouvido humano não discerne as diferentes ondas sonoras que o estimulam e por isso as assimila como um som contínuo que muda de tom, criando o canto do Quetzal. Com isso, a escada funciona como um difrator de som gigante.
Embora seja cientificamente impossível provar se a construção da pirâmide foi realmente um projeto intencional de acústica arquitetônica, e a ideia de que a ideia principal por trás da construção foi o jogo de luz durante o equinócio seja mais plausível, a ideia de que a construção de tais degraus desconfortáveis tinha um propósito maior não pode ser descartada.
Da mesma forma, a existência de outros sítios com efeitos semelhantes na Mesoamérica, como Teotihuacán, dá origem ao estudo da existência de uma relação explícita entre os edifícios onde ocorre este fenómeno, especialmente porque o Quetzal teve um importante papel religioso-mitológico em toda a região. O estudo dos elementos específicos para a produção do fenômeno acústico poderia levar à comparação entre sítios arqueológicos, e o resultado poderia tanto apoiar quanto afastar a hipótese de que o efeito foi incorporado intencionalmente pelos construtores.
Outro fenômeno acústico fascinante foi descoberto pela arqueóloga da UNAM, Francisca Zalaquett, que descobriu que os templos e praças da cidade maia de Palenque, em Chiapas, tinham como função secundária a amplificação das ondas sonoras, para projetá-las claramente a uma distância de pelo menos cem metros. Foi realizada uma análise arqueoacústica dos rituais públicos que aconteciam na área da praça, o que sugeriu que os edifícios funcionavam como amplificadores de som e que a camada de estuque que os cobria era especialmente utilizada para estimular o referido efeito acústico, pois altera a reflexão e absorção dos sons.
Da mesma forma, Zalaquett e sua equipe identificaram salas que eram utilizadas exclusivamente por músicos, padres e oradores. Estes compartimentos desempenharam um papel fundamental na estrutura sonora dos edifícios, uma vez que qualquer som que neles fosse produzido era projetado com muito maior intensidade e clareza do que se fosse emitido de outro ponto da construção.
Da mesma forma, algumas das múltiplas praças de Palenque parecem ser projetadas de tal forma que funcionam como receptores sonoros e são, de alguma forma, nichos de destino na jornada das ondas sonoras.
Wallace Clemente Sabine
A acústica arquitetônica moderna nasceu no final do século graças ao físico americano Wallace Clement Sabine.
Em 1895, quando foi inaugurado o Museu de Arte Fogg), os membros do conselho da Universidade de Harvard, descobrindo que a acústica das instalações era péssima e que a fala dos palestrantes era ininteligível, pediram a Sabine que resolvesse o problema.
Sabine chegou à conclusão de que o problema estava na reverberação excessiva da sala. Para diminuir, ele cobriu as paredes com feltro, que é um absorvente acústico. Embora não fosse uma solução ideal, a acústica melhorou e a sala pôde ser aproveitada.
Após essa conquista, Sabine foi chamada para assessorar na construção do novo Boston Symphony Hall. No desenvolvimento deste projeto, durante sua pesquisa, estabeleceu uma fórmula de cálculo do tempo de reverberação que aplicou ao local.
Quando chegou a hora da inauguração em 1900, Sabine ficou muito decepcionado, pois o tempo de reverberação da sala não correspondia ao que ele havia previsto teoricamente. Foi muito criticado pela mídia e por outros especialistas da área.
Após esse fracasso, Sabine abandonou a pesquisa e retornou ao mundo universitário, dedicando-se ao ensino até sua morte em 1919.
Porém, a história colocou Sabine no lugar que ela merecia. Em 1950, cinquenta anos após a construção do teatro, foram realizados alguns testes e foi confirmado que os cálculos de Sabine estavam corretos. Aliás, hoje (2005), o Boston Symphony Hall é considerado, do ponto de vista acústico, uma das melhores salas do mundo.
Depois de Sabina
Muitos autores tentaram melhorar a equação do tempo de reverberação para uma sala e, embora existam outras formulações que são aceitas, como a de Eyring e Milligton, sem resultados melhores que os de Sabine; então a fórmula de Sabine ainda está em uso.
Nos Laboratórios Bell, E. N. Gilbert demonstrou que, usando uma equação integral, um resultado poderia ser obtido por um procedimento iterativo. Bons resultados foram obtidos para certas aplicações.
A partir de 1968, métodos computacionais de traçado de raios sonoros foram desenvolvidos com a ideia de acompanhar todas as reflexões "Reflexão (som)") que ocorrem e desta forma calcular o tempo de reverberação.
Nem estas técnicas recentes deram resultados muito melhores do que as de Sabine. A fórmula de Sabine só foi melhorada com a introdução de um fator de absorção de ar (x) para uma determinada temperatura e umidade. Fator que é de grande importância se forem locais grandes.
Embora Sabine seja o pai da acústica arquitetônica, deve-se levar em conta que a fórmula de Sabine não é a única, nem é absolutamente confiável. É apenas uma das fórmulas mais utilizadas.
Acústica em espaços abertos
Em espaços abertos o fenômeno predominante é a difusão do som. As ondas sonoras são ondas tridimensionais, ou seja, propagam-se em três dimensões e suas frentes de onda são esferas radiais que emergem da fonte de perturbação em todas as direções. A acústica terá que ter isso em conta, para tentar melhorar o condicionamento dos enclaves do palco para aproveitar ao máximo as suas possibilidades e ver como redirecionar o som, focando-o no local onde se encontram os espectadores.
Os gregos construíram os seus teatros, onde se realizavam obras dramáticas e apresentações musicais, em espaços exteriores (espaços abertos) e aproveitaram as bancadas onde se situavam os espectadores (arquibancadas escalonadas com paredes verticais) como refletores, conseguindo assim que o som refletido "Reflexão (som)") reforçasse o som direto, de modo que quadruplicassem o som do espaço que estava protegido pelas arquibancadas. O tamanho dos teatros gregos, alguns dos quais, graças às suas propriedades acústicas, podiam acomodar até 15 mil espectadores, não foi igualado.
Os romanos utilizavam uma técnica semelhante, porém, a parede das arquibancadas não era plana, mas sim curva, o que permitia perder menos som e focavam melhor para o mesmo ponto (abordagem semelhante ao refletor parabólico). Porém, o maior entre os romanos só tinha capacidade para cerca de 5.000 espectadores. A perda de condições deveu-se em grande parte ao facto de a orquestra, a que o teatro grego servia para reflectir o som, em Roma ser o lugar ocupado pelos senadores e outros cargos, o que piorou as condições.
Atualmente (2005), aproveita-se o conhecimento que a cultura clássica nos legou e os espaços abertos são construídos com paredes curvas e salientes em forma de concha ou concha. Os materiais utilizados possuem propriedades reflexivas para facilitar o direcionamento do som até o local onde os espectadores estão localizados. O problema é que a resposta em frequência não é uniforme e os graves chegam ao público com maior dificuldade que os agudos.
Acústica em espaços fechados
Em espaços fechados, o fenômeno predominante que deve ser levado em consideração é a reflexão “Reflexão (som)”). O público receberá som direto e refletido, que se ocorrerem em fases diferentes podem produzir reforços e em casos extremos falta de som. O eco é um fenômeno diferente do reverb e tende a ser evitado.
Ao condicionar um local, deve-se levar em consideração que não entra som externo (isolamento acústico).
Além disso, a qualidade ideal do som deve ser alcançada no interior, controlando a reverberação e o tempo de reverberação, através da colocação de materiais absorventes e refletores acústicos.
Características acústicas de estúdios de gravação
As características acústicas de cada divisão serão específicas para a utilização a que será dada.
É importante que o campo sonoro da sala seja difuso. Para tanto, serão instalados difusores, absorvedores e isoladores para redistribuir uniformemente o som e aproximar o campo difuso ideal.
• - Associação Asturiana de Eletroacústica.
Este efeito é um som agudo, semelhante ao canto de um Quetzal, a ave sagrada dos Maias. À primeira vista, o peculiar efeito acústico em Chichén Itzá parece ser produto de sorte e coincidência, mas em 2004 Nico Declerq e vários cientistas belgas da Universidade de Ghent demonstraram a forma como as ondas sonoras que saltavam pela escada produziam sons que tinham sido interpretados em tempos antigos, como o canto de um Quetzal ou o tamborilar das gotas de chuva.
Após diversas simulações e cálculos acústicos, eles mostraram que, embora a previsão exata dos sons resultantes fosse provavelmente impossível, a construção peculiar da pirâmide foi realizada intencionalmente, de modo que produzisse sons surpreendentes.
O segredo da borda da pirâmide fica por conta das longas e estranhas escadas, em que os degraus são muito mais altos que o normal e com uma base bem menor que o tamanho do pé inteiro de uma pessoa hoje. Essa combinação de medidas faz dos passos uma espécie de filtro acústico que enfatiza algumas frequências e suprime outras. Segue-se então que quando um som alto é produzido, ele viaja colidindo com múltiplas “paredes” separadas por alguns centímetros de base, criando um eco múltiplo, que retorna com uma pequena lacuna em relação ao som anterior. O resultado deste jogo de geometria acústica é a sucessão de ecos quase colados de tons diferentes (os tons mais graves são dados pelo rebote dos degraus mais altos e vice-versa).
O ouvido humano não discerne as diferentes ondas sonoras que o estimulam e por isso as assimila como um som contínuo que muda de tom, criando o canto do Quetzal. Com isso, a escada funciona como um difrator de som gigante.
Embora seja cientificamente impossível provar se a construção da pirâmide foi realmente um projeto intencional de acústica arquitetônica, e a ideia de que a ideia principal por trás da construção foi o jogo de luz durante o equinócio seja mais plausível, a ideia de que a construção de tais degraus desconfortáveis tinha um propósito maior não pode ser descartada.
Da mesma forma, a existência de outros sítios com efeitos semelhantes na Mesoamérica, como Teotihuacán, dá origem ao estudo da existência de uma relação explícita entre os edifícios onde ocorre este fenómeno, especialmente porque o Quetzal teve um importante papel religioso-mitológico em toda a região. O estudo dos elementos específicos para a produção do fenômeno acústico poderia levar à comparação entre sítios arqueológicos, e o resultado poderia tanto apoiar quanto afastar a hipótese de que o efeito foi incorporado intencionalmente pelos construtores.
Outro fenômeno acústico fascinante foi descoberto pela arqueóloga da UNAM, Francisca Zalaquett, que descobriu que os templos e praças da cidade maia de Palenque, em Chiapas, tinham como função secundária a amplificação das ondas sonoras, para projetá-las claramente a uma distância de pelo menos cem metros. Foi realizada uma análise arqueoacústica dos rituais públicos que aconteciam na área da praça, o que sugeriu que os edifícios funcionavam como amplificadores de som e que a camada de estuque que os cobria era especialmente utilizada para estimular o referido efeito acústico, pois altera a reflexão e absorção dos sons.
Da mesma forma, Zalaquett e sua equipe identificaram salas que eram utilizadas exclusivamente por músicos, padres e oradores. Estes compartimentos desempenharam um papel fundamental na estrutura sonora dos edifícios, uma vez que qualquer som que neles fosse produzido era projetado com muito maior intensidade e clareza do que se fosse emitido de outro ponto da construção.
Da mesma forma, algumas das múltiplas praças de Palenque parecem ser projetadas de tal forma que funcionam como receptores sonoros e são, de alguma forma, nichos de destino na jornada das ondas sonoras.
Wallace Clemente Sabine
A acústica arquitetônica moderna nasceu no final do século graças ao físico americano Wallace Clement Sabine.
Em 1895, quando foi inaugurado o Museu de Arte Fogg), os membros do conselho da Universidade de Harvard, descobrindo que a acústica das instalações era péssima e que a fala dos palestrantes era ininteligível, pediram a Sabine que resolvesse o problema.
Sabine chegou à conclusão de que o problema estava na reverberação excessiva da sala. Para diminuir, ele cobriu as paredes com feltro, que é um absorvente acústico. Embora não fosse uma solução ideal, a acústica melhorou e a sala pôde ser aproveitada.
Após essa conquista, Sabine foi chamada para assessorar na construção do novo Boston Symphony Hall. No desenvolvimento deste projeto, durante sua pesquisa, estabeleceu uma fórmula de cálculo do tempo de reverberação que aplicou ao local.
Quando chegou a hora da inauguração em 1900, Sabine ficou muito decepcionado, pois o tempo de reverberação da sala não correspondia ao que ele havia previsto teoricamente. Foi muito criticado pela mídia e por outros especialistas da área.
Após esse fracasso, Sabine abandonou a pesquisa e retornou ao mundo universitário, dedicando-se ao ensino até sua morte em 1919.
Porém, a história colocou Sabine no lugar que ela merecia. Em 1950, cinquenta anos após a construção do teatro, foram realizados alguns testes e foi confirmado que os cálculos de Sabine estavam corretos. Aliás, hoje (2005), o Boston Symphony Hall é considerado, do ponto de vista acústico, uma das melhores salas do mundo.
Depois de Sabina
Muitos autores tentaram melhorar a equação do tempo de reverberação para uma sala e, embora existam outras formulações que são aceitas, como a de Eyring e Milligton, sem resultados melhores que os de Sabine; então a fórmula de Sabine ainda está em uso.
Nos Laboratórios Bell, E. N. Gilbert demonstrou que, usando uma equação integral, um resultado poderia ser obtido por um procedimento iterativo. Bons resultados foram obtidos para certas aplicações.
A partir de 1968, métodos computacionais de traçado de raios sonoros foram desenvolvidos com a ideia de acompanhar todas as reflexões "Reflexão (som)") que ocorrem e desta forma calcular o tempo de reverberação.
Nem estas técnicas recentes deram resultados muito melhores do que as de Sabine. A fórmula de Sabine só foi melhorada com a introdução de um fator de absorção de ar (x) para uma determinada temperatura e umidade. Fator que é de grande importância se forem locais grandes.
Embora Sabine seja o pai da acústica arquitetônica, deve-se levar em conta que a fórmula de Sabine não é a única, nem é absolutamente confiável. É apenas uma das fórmulas mais utilizadas.
Acústica em espaços abertos
Em espaços abertos o fenômeno predominante é a difusão do som. As ondas sonoras são ondas tridimensionais, ou seja, propagam-se em três dimensões e suas frentes de onda são esferas radiais que emergem da fonte de perturbação em todas as direções. A acústica terá que ter isso em conta, para tentar melhorar o condicionamento dos enclaves do palco para aproveitar ao máximo as suas possibilidades e ver como redirecionar o som, focando-o no local onde se encontram os espectadores.
Os gregos construíram os seus teatros, onde se realizavam obras dramáticas e apresentações musicais, em espaços exteriores (espaços abertos) e aproveitaram as bancadas onde se situavam os espectadores (arquibancadas escalonadas com paredes verticais) como refletores, conseguindo assim que o som refletido "Reflexão (som)") reforçasse o som direto, de modo que quadruplicassem o som do espaço que estava protegido pelas arquibancadas. O tamanho dos teatros gregos, alguns dos quais, graças às suas propriedades acústicas, podiam acomodar até 15 mil espectadores, não foi igualado.
Os romanos utilizavam uma técnica semelhante, porém, a parede das arquibancadas não era plana, mas sim curva, o que permitia perder menos som e focavam melhor para o mesmo ponto (abordagem semelhante ao refletor parabólico). Porém, o maior entre os romanos só tinha capacidade para cerca de 5.000 espectadores. A perda de condições deveu-se em grande parte ao facto de a orquestra, a que o teatro grego servia para reflectir o som, em Roma ser o lugar ocupado pelos senadores e outros cargos, o que piorou as condições.
Atualmente (2005), aproveita-se o conhecimento que a cultura clássica nos legou e os espaços abertos são construídos com paredes curvas e salientes em forma de concha ou concha. Os materiais utilizados possuem propriedades reflexivas para facilitar o direcionamento do som até o local onde os espectadores estão localizados. O problema é que a resposta em frequência não é uniforme e os graves chegam ao público com maior dificuldade que os agudos.
Acústica em espaços fechados
Em espaços fechados, o fenômeno predominante que deve ser levado em consideração é a reflexão “Reflexão (som)”). O público receberá som direto e refletido, que se ocorrerem em fases diferentes podem produzir reforços e em casos extremos falta de som. O eco é um fenômeno diferente do reverb e tende a ser evitado.
Ao condicionar um local, deve-se levar em consideração que não entra som externo (isolamento acústico).
Além disso, a qualidade ideal do som deve ser alcançada no interior, controlando a reverberação e o tempo de reverberação, através da colocação de materiais absorventes e refletores acústicos.
Características acústicas de estúdios de gravação
As características acústicas de cada divisão serão específicas para a utilização a que será dada.
É importante que o campo sonoro da sala seja difuso. Para tanto, serão instalados difusores, absorvedores e isoladores para redistribuir uniformemente o som e aproximar o campo difuso ideal.