Recentemente (2001), foi anunciado em São Paulo um programa para a medida da acuidade auditiva dos estudantes das escolas deste Estado. A preocupação com os danos ao organismo humano que sons de intensidades elevadas provocam, principalmente quando as pessoas sofrem exposições prolongadas, é algo que não se limita aos estudantes. Na indústria, em lugares públicos e em casas de espetáculos deve-se ter um controle total sobre o nível sonoro e realmente isso existe, mas nem sempre com a responsabilidade devida. Veja neste artigo como medir o som, o que ele pode fazer de mal e o que pode ser feito para evitar problemas.
Há alguns anos o governo da Suécia revelou que ao fazer a admissão de recrutas para seu exército, fazendo o exame de acuidade auditiva dos candidatos, descobriu que mais de 40% deles estavam irremediavelmente prejudicados, com os seus ouvidos comprometidos pelo fato de freqüentarem discotecas onde os sistemas de som operavam com volumes excessivos.
Acreditamos que este problema, se fosse abordado em nosso país ou em qualquer outro, não revelaria resultado diferente.
Na verdade, pensamos até que os resultados poderiam ser mais preocupantes, considerando o volume com que normalmente as pessoas ouvem seus walkmans e MP3 e a potência adotada por conjuntos musicais, trios elétricos e mesmo espetáculos públicos em geral onde o som, em lugar de se tornar agradável, "machuca" os ouvidos.
Ora, considerando que a dor é um sinal de perigo dado pelo organismo, a maioria das pessoas parece não se convencer disso e o resultado é que o sistema auditivo se adapta não respondendo mais aos sons intensos, o que é conseguido com a redução irreversível de sua capacidade auditiva...
Seria bastante interessante as autoridades legislarem também sobre a intensidade máxima do som a ser usado nos espetáculos públicos para preservar a saúde das pessoas, preocupação que parece não estar ocorrendo em nossos dias.
Hoje, o que vemos é que quanto mais "quilowatts" de som são aplicados nos sistemas de som desses espetáculos, melhor ele é...
Façamos, então, uma análise técnica que nos leve a entender como é possível controlar a intensidade do som num ambiente e de que forma ela é medida.
DECIBEL (dB)
A diferença de intensidade entre os sons mais fracos que precisamos ouvir e os sons mais fortes que estão presentes no nosso meio ambiente é muito grande.
Mede-se a intensidade sonora em Pascal (Pa) e o som mais fraco que podemos ouvir é da ordem de 20 uPa, enquanto que o som mais forte é de 100 Pa.
Isso dá uma faixa dinâmica em que o som mais forte é 5 milhões de vezes mais intenso do que o mais fraco.
Essa faixa dinâmica traria sérios problema para a natureza se tivesse de ser manuseada da forma normal.
Ou os seres vivos teriam sensibilidade apenas para os sons mais fortes ou para os mais fracos, mas é preciso ouvir tudo!
Dessa forma, fomos dotados de uma curva de sensibilidade auditiva logarítmica em que a sensibilidade do ouvido é maior para os sons fracos e menor para os sons fortes permitindo, assim, uma atuação numa ampla faixa dinâmica que vai desde sons de 20 pPa até sons de 100 Pa.
De modo a facilitar a representação do som utiliza-se uma escala que leva em conta justamente essa resposta logarítmica dos nossos ouvidos.
Esta escala usa o dB (decibel) onde colocamos 0 no limite da audição que corresponde justamente aos 20 pPa e vai até 130 dB, que corresponde a um valor próximo do limite da audição, conforme mostra a figura 1.
Nesta figura também colocamos as sensações auditivas correspondentes e as fontes sonoras que as produzem.
Os níveis de pressão sonora (NPS) correspondentes aos sons mais familiares foram obtidos de forma aproximada, mas servem perfeitamente para o leitor ter uma idéia do que eles representam em termos sensoriais.
O uso da escala em dB tem uma outra vantagem, pois o modo que o ouvido humano reage às variações de intensidade sonora também ocorre de forma logarítmica.
Por exemplo, se alterarmos em 1 uPa a intensidade de um som de 1 000
uPa o ouvido humano pode perceber esta variação, mas não poderá perceber a mesma variação se ela ocorrer num som de 1 000 000 uPa.
No entanto, verifica-se que a menor variação que o ouvido humano pode perceber em toda a faixa é de 1 dB.
Voltando ainda com relação à indicação da intensidade sonora por uma escala logarítmica como é a do decibel, observamos que existe uma forma mais simples de se ter uma idéia de como um som é intenso ou não, avaliando seu volume.
Adotando-se a escala logarítmica observamos que para dobrarmos a sensação de volume de um som é preciso um aumento de 10 dB no nível
de pressão sonora, veja, a figura 2.
Este fato é importante, pois mostra que um amplificador que tenha o dobro da potência de outro, na verdade, não produz sinais com o dobro da intensidade, mas muito menos.
PASCAL
O Pascal (Pa) é definido, como a pressão equivalente a1 kg por centímetro quadrado, ou uma atmosfera, em condições normais de temperatura. Esta pressão equivale a to toneladas por metro quadrado. Uma pressão de 20 uPa (como a correspondente à menor intensidade sonora que podemos ouvir), causa no nosso tímpano uma mudança de posição cuja amplitude é da ordem do diâmetro de um átomo. isso mostra até que ponto o nosso tímpano é sensível, pois consegue transmitir este movimento aos nervos que enviam a informação ao cérebro e conseguimos ouvir um som com tão pequena intensidade.
FAIXA DE SONS AUDÍVEIS
A sensibilidade que temos aos sons não depende apenas de sua intensidade, mas também de sua freqüência. Conforme ilustra a figura 3, onde temos um gráfico de audibilidade, observamos que o ouvido humano é mais sensível aos sons que estão na faixa dos 2 aos 5 kHz.
Verificamos, por exemplo, que o som de 15 Hz precisa ser 15 dB mais intenso para dar a mesma sensação auditiva de um som de 100 HZ em um
nível sonoro de 70 dB.
A sensibilidade do nosso ouvido cai nas freqüências muito baixas e também nas mais altas, tendo por limite superior os 18 kHz aproximadamente.
Lembramos que esta é a curva média de audibilidade, pois ela varia de pessoa para pessoa e modifica-se ao longo de nossa vida.
De fato, com mais idade a curva tende a se modificar no sentido de perdermos, a sensibilidade principalmente para as freqüências mais altas, que deixam de ser ouvidas.
MEDINDO O SOM
As medidas das intensidades sonoras nos diversos locais estão diretamente ligadas à presença de pessoas nesses locais.
Verifica-se que acima de 130 dB os sons causam sensação de dor, e se ficarmos expostos a sons de mais de 1 10 dB por tempos prolongados poderemos ter danos permanentes no nosso sistema auditivo.
Assim, a necessidade de se medir a intensidade sonora deve levar em conta as próprias características do ouvido que, conforme vimos, também deve levar em conta a freqüência desses sons.
Dessa forma, no projeto dos circuitos eletrônicos para medir intensidades sonoras foi levado isso em consideração, resultando em circuitos de compensação (weighting networks) que devem ter três características padronizadas, as quais são mostradas na figura 4.
O circuito (a) é indicado para níveis baixos, enquanto que a curva (b) é para médios e a (c) para elevados.
Uma quarta curva foi adotada posteriormente, indicada especialmente para o trabalho em locais com níveis extremamente altos de ruído, como é o caso dos aeroportos.
Na prática a curva (a) é a mais adotada, pois as curvas (b) e (c) levam em conta apenas a existência de tons puros, o que não ocorre na maioria das aplicações práticas.
Nos equipamentos de medida mais complexos a própria faixa de operação pode ser subdividida em oitavas ou até 1/3 de oitava por meio de filtros eletrônicos, principalmente empregando-se DSPs.
Pode-se, então, nas medidas mais complexas centralizar a freqüência num valor e deixar passar uma faixa que corresponda a uma oitava, de acordo com a figura 5.
Esse tipo de circuito é comparado ao do analisador de espectro, mas operando especificamente num ambiente dentro da faixa de áudio.
Um outro ponto a pensar quando fazemos a análise do nível sonoro num
ambiente é que nem todos os sons presentes em nosso ambiente são sons puros.
A batida de um martelo ou os ruídos provocados por certas máquinas
não têm uma freqüência fixa e, por isso, são chamados "ruídos".
OlTAVA
A escala musical considera que a menor diferença de freqüências entre duas notas musicais sucessivas que podemos perceber com facilidade corresponde a um acréscimo de “1/8 de sua frequência.
Assim sendo, entre uma nota de uma certa freqüência e a mesma nota com o dobro desta freqüência poderemos encaixar 7 notas musicais, conforme mostra a figura A.
A diferença de freqüência entre duas notas sucessivas de toda a escala musical é, portanto, de 1/8 da freqüência da nota mais baixa. É por esse motivo que se fala em “oitava” ao se tratar de notas musicais.
Assim, num caso como este deve-se levar em conta que o pulso sonoro mais rápido que o ouvido humano percebe, deve durar pelo menos 70 milissegundos.
Para considerar esta característica do ouvido os aparelhos que medem intensidade sonora também são dotados de filtros “impulsivos", que trabalham com estes pulsos sonoros de curta duração e têm uma sensibilidade diferente da usada para medida de sons comuns (sons musicais de um teatro, por exemplo), e que diminui com os sons de curta duração.
Um ponto importante a ser considerado no uso do equipamento com características impulsivas é que se verificou que o perigo de dano provocado ao ouvido por um som muito intenso de características impulsivas, não diminui mesmo sendo nosso ouvido menos sensível a ele.
Alguns instrumentos possuem circuitos que possibilitam a leitura dos valores de pico do sinal, de modo a permitir a observação melhor deste tipo de sinal independentemente de sua duração.
Na figura 6 temos a forma de onda típica de um sinal impulsivo, no caso uma oscilação amortecida que corresponde ao ruído de uma martelada numa peça de metal, por exemplo.
O MEDIDOR DE INTENSIDADE SONORA
Este aparelho também denominado “decibelímetro” é utilizado para verificar o nível sonoro em ambientes, encontrando larga aplicação tanto na indústria como em outros campos.
Na indústria ele é usado para avaliar o nível sonoro de ambientes dotados de máquinas que possam ser prejudiciais aos operários.
No ambiente ele pode ser empregado em canteiros de obras, em vias públicas ou em muitos outros locais. Veja a figura 7.
Na figura 8 mostramos o diagrama de blocos típico de um aparelho deste tipo.
Conforme podemos ver, ele utiliza um microfone sensível como transdutor para captar os sons e ruídos do meio ambiente.
Os sinais do microfone são levados ao circuito de compensação, eventualmente com opção para um circuito externo.
Nos aparelhos modernos o sinal é digitalizado de modo a se poder fazer seu processamento por filtros digitais em DSPs.
Nos aparelhos analógicos, após o filtro encontramos um amplificador, enquanto que nos digitais o sinal digitalizado que corresponde às informações já pode ser enviado a um mostrador de cristal líquido.
Observamos nos tipos com indicadores analógicos um circuito de retenção, que pode ser usado para armazenar momentaneamente o valor de uma leitura de modo que ele possa ser analisado ou anotado.
Nos modelos digitais pode-se fazer a programação de forma que ele registre os níveis sonoros por um determinado intervalo de tempo ou seqüencialmente, possibilitando assim a plotagem dos valores de um estudo através de sua transferência a um computador, conforme mostra a figura 9.
É importante observar que, como todo o instrumento de medida, o seu uso e sua precisão dependem de normas de calibração e de posicionamento.
AS MEDIDAS
A medida ideal deverá ser feita com a fonte sonora numa câmara anecóica,
ou seja, em uma sala totalmente revestida de material 100 °/o absorvente acústico onde não ocorra reflexões, observe a figura 10.
Na prática, entretanto, as medidas devem ser feitas no amplificador local em que a fonte opera e que está longe de ser um ambiente acústico ideal.
Desta forma, devem ser levadas em consideração as eventuais reflexões que podem ocorrer nos objetos em torno do equipamento analisado.
Assim, a medida do nível de ruído de uma máquina numa aplicação industrial deverá ser feita de forma planejada, já que pequenas mudanças de posição poderão afetar sensivelmente os resultados obtidos.
A medida ideal deverá ser feita no chamado "campo reverberante' que é a faixa de distâncias da máquina em que a intensidade sonora cai 6 dB a partir da fonte, conforme ilustra a figura 11.
Todavia, dependendo do local em que se necessite fazer as medidas, esta faixa pode ser impossível de ser conseguida.
Um outro ponto importante a ponderar está nas características de diretividade do microfone do medidor.
O microfone ideal deverá ser onidirecional, ou seja, deve captar os sons com igual sensibilidade de todas as direções de onde eles venham.
De um modo geral esta característica está associada às dimensões do microfone. Os menores são melhores em termos de diretividade, mas em
compensação colhem menos energia sonora e portanto são menos sensíveis.
Esta característica de onidrecionalidade é importante quando se deseja analisar o nível geral de ruído de um ambiente, por exemplo, caso em que os sons de todas as direções devem ser captados com igual sensibilidade.
Neste ponto é relevante observar que existe também a influência do operador.
Segundo se constatou, o corpo humano tende a causar reflexões concentradas na faixa de 400 Hz, o que pode afetar as medidas da intensida-
de sonora em certos ambientes.
Muitos instrumentos, para evitar a captação de eventuais sinais refletidos pelo corpo do operador, são dotados de uma haste de extensão, conforme mostra a figura 12.
13Figura 12 – Usando a haste de extensão
Outro fator que deve ser pensado quando se faz a análise do nível de ruído de uma máquina ou de uma fonte específica, é o ruído de fundo.
Quando se mede o ruído de uma máquina num ambiente industrial, por exemplo, deve-se subtrair o nível de ruído ambiente que está presente
quando esta máquina não está ligada.
Neste procedimento mede-se o nível de ruído da máquina ligada e depois desligada, calculando-se a diferença.
Normalmente, se esta diferença for menor que 3 dB as medições não são
exatas, e se for maior deverá ser feita a correção.
Para diferenças acima de 10 dB não é necessário considerar a diferença.
REVERBERAÇÃO
Quando dois sons sucessivos (um pode ser proveniente de uma reflexão, por exemplo) chegam aos nossos ouvidos com um intervalo menor do que 0,1 segundos, nossa sensação auditiva "emenda" estes sons e temos a impressão de que o som se prolonga. Não chega a ser o eco, pois para que o ouvido separe os dois sons é preciso que o intervalo entre eles seja
Assim, num ambiente de medias dimensões, em que não há tempo suficiente para que sons cheguem aos ouvidos com intervalos de mais de 0,1 segundos (que corresponde a 34 metros de distância de propagação) ocorre o fenômeno da reverberação, quando então os campos de ruído são denominados reverberantes.
DOSE DE RUÍDO
Os efeitos de uma exposição a um nível de ruído excessivo dependem também do tempo de duração.
Uma exposição prolongada a um certo nível de ruído é muito mais perigosa do que uma exposição curta, daí a necessidade de se tomar precauções
especiais no caso de máquinas industriais.
Existem normas para o cálculo dos níveis de exposição levando em conta os tempos.
Nos Estados Unidos essas normas são definidas pelo Safety and Health Act que pode ser consultado pela Internet no site:
http://www.cdc.gov/niosh/
No endereço acima pode ser encontrado um manual completo com 356 páginas para a prevenção e controle do ruído industrial.
Uma série de documentos sobre Ruído e Saúde, do Ocupat/on Safety Act, pode ser obtida no endereço abaixo em formato PDF, destacando-se os
procedimentos técnicos para medida e prevenção de problemas.
http://www.cdc.gov/niosh/noisepg.html
CONCLUSÃO
A preservação da saúde do trabalhador e também das próprias pessoas que freqüentam lugares públicos é fundamental e o cuidado com os níveis de ruído excessivos deve estar presente.
O som e sua medida envolvem muito de eletrônica, dai ser nossa preocupação falar deste assunto, o qual precisa ser melhor observado em certas circunstâncias, como ressaltamos na introdução.
Fiscalizar os níveis de ruído em lugares de trabalho, lugares públicos ou mesmo dentro de nossa residência, é tão importante quanto se preocupar com outros tipos de poluição que podem afetar nossa saúde e nosso bem-estar.
