Análise em banda de oitavas e a análise FFT
O tema deste artigo é a Análise em banda de oitavas e a análise FFT.
A análise em bandas de oitava e a análise por FFT (Fast Fourier Transform) são técnicas complementares. A FFT fornece a máxima resolução espectral possível, enquanto a análise em oitavas agrega a energia em bandas de largura normalizada, aproximando-se da forma como muitos fenómenos físicos e a audição humana percebem o som e a vibração.
1 Vantagens da análise em oitavas relativamente à FFT
As principais vantagens da análise em oitavas relativamente à FFT são as seguintes:
| Análise em oitavas | Vantagem relativamente à FFT |
| Menor quantidade de dados | Reduz milhares de linhas espectrais da FFT para algumas dezenas de bandas, facilitando a interpretação. |
| Maior robustez ao ruído | A energia é integrada dentro de cada banda, tornando a medição menos sensível a pequenas variações espectrais. |
| Melhor comparação entre medições | Pequenos desvios na frequência (por exemplo devido à variação da velocidade de rotação) têm pouca influência no nível da banda. |
| Compatibilidade com normas | A maioria das normas de acústica e vibração utiliza bandas de oitava ou de 1/3 de oitava. |
| Representação da energia | Evidencia o conteúdo energético global de uma região espectral em vez de picos individuais. |
| Menor dependência da resolução espectral | Não é necessário escolher um número elevado de linhas FFT para obter resultados consistentes. |
| Maior estabilidade visual | Os espectros apresentam menos flutuações entre medições sucessivas. |
| Melhor correlação com a perceção humana | As bandas de oitava e de 1/3 de oitava aproximam a resolução em frequência do ouvido humano. |
2. Simplificação da interpretação
Um espetro FFT pode conter entre 400 e mais de 3.000.000 linhas espectrais. A análise em oitavas reduz essa informação para cerca de:
- 10 bandas de oitava;
- 30 bandas de 1/3 de oitava;
- 90 bandas de 1/12 de oitava.
Isto torna muito mais simples identificar onde se concentra a energia.
3. Menor sensibilidade a variações de velocidade
Em máquinas rotativas, a frequência de uma componente pode variar alguns por cento devido à carga ou à velocidade.
Na FFT, um pico pode deslocar-se de uma linha espectral para outra, dificultando a comparação.
Na análise em oitavas, continua normalmente dentro da mesma banda, mantendo praticamente o mesmo nível energético.
Esta característica é especialmente útil na monitorização de máquinas com velocidade variável.
4. Melhor representação da energia
A FFT mostra a amplitude em frequências muito específicas.
A análise em oitavas calcula a energia total existente numa banda inteira.
For example:
- FFT:
- 238 Hz → 0,3 mm/s
- 244 Hz → 0,5 mm/s
- 251 Hz → 0,4 mm/s
A banda de 250 Hz reúne toda esta energia num único valor representativo.
Quando o objetivo é avaliar exposição, potência sonora ou energia vibratória, esta representação é mais significativa.
5. Compatibilidade com normas
Grande parte das normas internacionais utiliza bandas de oitava ou de 1/3 de oitava, for example:
- ISO 2631
- ISO 5349
- ISO 1996
- IEC 61260
For this reason, praticamente todos os sonómetros profissionais apresentam resultados em bandas de oitava e de 1/3 de oitava.
5. Maior estabilidade estatística
Como cada banda integra energia de muitas linhas FFT, o resultado apresenta:
- menor variância;
- menor influência do ruído aleatório;
- melhor repetibilidade.
Isto é particularmente vantajoso em medições ambientais ou de longa duração.
6. Redução da influência da resolução FFT
Na FFT, uma resolução insuficiente pode originar:
- fuga espectral (spectral leakage);
- erro de amplitude;
- divisão da energia por várias linhas.
Na análise em oitavas, estes efeitos têm menor impacto porque a energia é somada ao longo de toda a banda.
7. Melhor visualização de tendências
In monitorização contínua é muitas vezes mais útil acompanhar:
- evolução da banda de 125 Hz;
- evolução da banda de 1 kHz;
- evolução da banda de 8 kHz;
do que acompanhar milhares de linhas FFT.
Isto permite identificar facilmente alterações globais no comportamento vibratório ou acústico.
8 Limitações da análise em oitavas
Apesar das vantagens, a análise em oitavas perde informação detalhada.
For example, duas máquinas podem apresentar exatamente o mesmo nível na banda de 1 kHz, but:
- uma possuir um pico dominante a 980 Hz;
- outra um pico dominante a 1120 Hz.
A FFT distingue claramente estes casos; a análise em oitavas não.
Therefore, a análise em oitavas não é adequada para:
- identificação precisa de frequências de falha;
- diagnóstico de rolamentos;
- análise de engrenagens;
- identificação de harmónicos;
- cálculo de ordens de rotação.
9 Quando utilizar cada método
| Application | Bandas de oitava | FFT |
| Avaliação de ruído ambiental | ★★★★★ | ★★☆☆☆ |
| Conformidade com normas | ★★★★★ | ★★☆☆☆ |
| Exposição humana ao ruído e vibração | ★★★★★ | ★★☆☆☆ |
| Monitorização energética | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| Diagnóstico de máquinas | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
| Identificação de rolamentos | ★☆☆☆☆ | ★★★★★ |
| Análise de engrenagens | ★☆☆☆☆ | ★★★★★ |
| Identification of natural frequencies | ★★☆☆☆ | ★★★★★ |
| Balanceamento | ★☆☆☆☆ | ★★★★★ |
10 Análise em banda de oitavas e a análise FFT Conclusion
A principal vantagem da análise em bandas de oitava é transformar um espectro de elevada resolução, frequentemente complexo, numa representação mais compacta, robusta e diretamente interpretável, adequada para avaliação energética, comparação entre medições e conformidade com normas. In contrast, a FFT preserva toda a informação espectral e é indispensável quando o objetivo é o diagnóstico detalhado de máquinas ou a identificação precisa das frequências dos fenómenos em estudo.
