• Lucas C. L. Falcão

O que você precisa saber sobre difusão e absorção

Atualizado: 7 de Ago de 2019

Difusão e absorção são dois conceitos importantíssimos para quem deseja buscar mais conhecimentos em acústica arquitetônica, mas que são frequentemente pouco explorados. Quando se trata de acústica de salas, estes dois conceitos precisam estar bem consolidados para que seja possível entender o comportamento de uma onda sonora no interior de uma sala.


Absorção e materiais absorventes

Um material absorvente tem como principal função o controle de reflexões e do tempo de reverberação de um ambiente. Em uma situação normal, a onda que incide neste tipo de material tem sua amplitude reduzida em função do seu coeficiente de absorção. O coeficiente de absorção, por sua vez, é um valor geralmente entre 0 e 1, onde 1 representa um material totalmente absorvente e 0 um material totalmente refletor [1].


Este tipo de material, quando utilizado em excesso dentro de uma sala, faz com que a experiência sonora seja muito parecida com a de um ambiente externo totalmente ausente de reflexões - na vida real o mais próximo disso seria um campo de futebol em um local remoto. Alguns exemplos de ambientes que fazem este tipo de uso de materiais absorventes são as chamadas câmaras anecoicas, onde a distribuição de materiais absorventes é feita de modo a simular um ambiente totalmente ausente de reflexões objetivando que a sala tenha o mínimo de influência sobre a onda sonora por ser um ambiente usualmente utilizado para realizar medições acústicas.


Em outros casos, os materiais absorventes são utilizados apenas para controlar o tempo de reverberação de um ambiente. Em casos como em salas de aula e auditórios, onde a inteligibilidade é um requisito chave do projeto, o uso de materiais absorventes é essencial para um bom desempenho do ambiente. Sem o uso destes materiais, as salas poderão apresentar uma resposta que dificultará a compreensão das frases. Em outras palavras, teremos uma sala cuja resposta é incompatível com o seu uso.


De um modo geral, podemos dizer que a absorção de uma onda sonora acontece quando esta onda colide com um material absorvente qualquer. Na figura 1 é possível ver na primeira linha a resposta temporal e espacial de um material absorvente. Nela é possível ver que a onda, representada por uma flecha, ao colidir com o material tem parte de sua energia dissipada e parte refletida. Em contraste com a absorção existe a reflexão - segunda linha da figura 1 - onde toda a onda que incide no material é refletida. No mundo real os objetos são um misto de absorção e reflexão. Tudo, inclusive nosso corpo, se comporta como um refletor em algumas faixas de frequência e como um material absorvente em outras faixas. É exatamente por isso que as especificações técnicas destes materiais são dadas em função da frequência que se deseja trabalhar, conforme dito no artigo sobre espumas acústicas.


Figura 1: Resposta temporal e espacial de um material absorvente, refletor e difusor [1]

O que são difusores?

Os difusores, por sua vez, são em geral utilizados quando há necessidade de corrigir falhas em reflexões sem que haja perda de energia, ou seja, sem que o tempo de reverberação seja necessariamente alterado. Um uso comum para os difusores é na correção de ecos. Os ecos são reflexões atrasadas de amplitude considerável que, quando chegam ao ouvinte, dão a sensação de que o mesmo som foi tocado duas vezes. Este tipo de situação ocorre muito em formações rochosas e em salas cujas dimensões são muito grandes [1].


O projeto de difusores mais comum é o chamado difusor de Schroeder. Este difusor é um difusor bidimensional, ou seja, gera difusão apenas em duas dimensões, como mostrado na figura 1. Nesta figura é possível observar que ocorre não só difusão espacial na onda sonora como também difusão temporal. Isto é uma consequência da diferença na profundidade das cavidades do difusor. Estas cavidades fazem com que algumas ondas percorram um caminho maior até serem refletidas e isto somado ao fato do difusor refletir a onda sonora em todas as direções resulta em algumas ondas sonoras percorrendo um caminho muito maior que outras. Como as ondas sonoras se propagam a aproximadamente 344 m/s em condições normais de temperatura e pressão, o percurso maior faz com que a resposta seja percebida como um atraso no domínio do tempo.


Uma outra aplicação bastante comum para difusores é a amenização do efeito comb filtering. O comb filtering é um efeito que acontece em algumas salas quando as interações entre as reflexões e o som direto causam uma interferência destrutiva entre si. Esta interferência destrutiva ocorre apenas em certas frequências, causando uma coloração indesejável no som. Quando colocado nas paredes, um difusor consegue amenizar este efeito fazendo com que as reflexões sejam espalhadas uniformemente, evitando assim que toda a energia fique concentrada em apenas uma reflexão. Na figura 2 é possível ver um projeto de difusor de Schroeder feito em madeira.


Figura 2: Exemplo de projeto de um difusor tipo Schroeder

Embora não sejam os únicos tipos de difusores existentes, os difusores de Schroeder são os mais comuns. No entanto, muitas vezes estes difusores são impraticáveis em certos projetos. Isto é consequência do fato do seu tamanho variar de acordo com a frequência que se deseja trabalhar, podendo chegar a até alguns metros de altura caso a frequência de trabalho seja suficientemente pequena. Em ambientes pequenos, onde o uso de difusão é geralmente necessário, pode vir a ser impraticável trabalhar com este tipo de difusor, já que as limitações do próprio espaço afetam diretamente a frequência de trabalho destes materiais.


Recentemente alguns estudos tem sido feitos em torno de difusores ativos onde alto-falantes são colocados em algumas cavidades, juntamente com um sistema de feedback, com o objetivo de diminuir a frequência de trabalho do difusor sem que o mesmo precise ter suas dimensões drasticamente aumentadas. Em [2] os autores concluíram que embora resultados tangíveis já tenham sido colhidos, ainda são necessários estudos adicionais em torno de difusores deste tipo para atingir uma eficiência maior e justificar o alto custo.


Conclusão

Embora os conceitos sejam razoavelmente simples, é necessário sempre lembrar que cálculos e medições são necessários para atingir o resultado que se deseja. É comum que em projetos sem supervisão técnica alguns materiais sejam utilizados de forma indiscriminada, levando o espaço a um desempenho muito aquém do esperado. Absorção e difusão sempre trabalham juntos de forma a se complementarem, o uso excessivo de um destes materiais certamente não é recomendado.


Não existem regras sobre a quantidade de materiais que devem ser utilizados para se obter um bom resultado. Cada caso deve ser avaliado individualmente já que diferentes quantidades de materiais #absorventes e #difusores serão necessárias de acordo com o desempenho atual da sala e da aplicação da mesma.

Espero que tenhamos conseguido passar um pouco mais sobre áudio e acústica para vocês e que continuem lendo nossos posts. Em breve voltaremos com mais fundamentos e curiosidades sobre acústica!


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Referências:

[1] COX, Trevor; D’ANTONIO, Peter. Acoustic absorbers and diffusers: theory, design and application. Crc Press, 2016.


[2] XIAO, Lejun; COX, Trevor J.; AVIS, Mark R. Active diffusers: some prototypes and 2D measurements. Journal of sound and vibration, v. 285, n. 1-2, p. 321-339, 2005.

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