Difusores acústicos 3D com forma orgânica: estudo numérico e optimização

Abstract

Os difusores acústicos são correntemente utilizados no condicionamento acústico de espaços com maiores exigências acústicas (estúdios, salas de espectáculos, etc.), servindo, sobretudo, para garantir uma acústica adequada, sem absorções excessivas e espalhando o som mais uniformemente pela sala, eliminando ao mesmo tempo defeitos acústicos como ecos ou zonas sombra. Apesar da optimização de difusores ser um tema de pesquisa intensa nos últimos anos, grande parte dos difusores existentes no mercado ainda correspondem a soluções do tipo Schröeder, QRD ou MLS, ou derivadas dessas, com geometrias angulosas, baseados em sub-elementos paralelepipédicos e associados numa dada sequência numérica mas cujo aspecto muitas vezes não é do agrado dos arquitectos. Deste modo, o principal objectivo deste trabalho é apresentar uma metodologia de desenvolvimento de superfícies mais orgânicas (i.e., curvilíneas), que potencialmente sejam esteticamente mais apreciadas e melhor aceites e que estejam optimizadas para dispersar uniformemente o som nelas incidente. Assim, neste documento demonstra-se a possibilidade de desenvolver soluções inovadoras de difusores acústicos com desempenho acústico maximizado, cuja forma é gerada pelo uso de funções de base radial (RBF) e que são baseadas nas mais modernas técnicas de modelação numérica, alicerçadas no método dos elementos de fronteira (BEM) e de optimização (Algoritmos Genéticos). Embora já existam algumas metodologias de desenvolvimento, modelação e optimização de difusores, julga-se que a metodologia proposta, bem como as ferramentas desenvolvidas baseadas no método dos elementos de fronteira, complementadas por algoritmos genéticos para a optimização, possam contribuir para o surgimento de novos produtos no mercado.

Acoustic diffusers are commonly used in acoustic conditioning of spaces with higher acoustic requirements (studio control rooms, concert halls, theaters, etc.), acting mainly to ensure proper acoustics without excessive absorption, by scattering the sound evenly around the room and eliminating acoustic defects, such as echoes or shadow zones. Most of the existing diffuser solutions presently available in the market correspond to Schröeder QRD, PRD or MLS diffusers, with sharp geometries and based on rectangular wells or sub-elements determined by a given numeric sequence and whose appearance is often not appreciated by architects. Therefore, the main objective of this work is to present a methodology for the development of more organic surfaces (i.e., curvilinear), which are potentially more aesthetically pleasing and better accepted and which are optimized to uniformly disperse the sound impinging them. Thus, this work demonstrates the possibility of developing innovative solutions of acoustic diffusers with maximized acoustic performance, whose shape is generated by the use of radial-based functions (RBF) and which are based on the most modern numerical modeling techniques such as the Boundary Element Method (BEM) and Genetic Algorithms for optimization. Although there are some already developed methodologies, modeling and optimization of diffusers, it is believed that the proposed methodology and the tools to be implemented (including the Boundary Elements Method, associated with recent techniques, complemented by genetic algorithms for optimization) can contribute to the emergence of new products on the market.