Pochłanianie dźwięku

Akustyka wnętrza opisuje, jak dźwięk zachowuje się w przestrzeni. Oznacza to, że słuchacz i źródło dźwięku są w tym samym pomieszczeniu. Jeśli pomieszczenie nie ma prawie żadnych dźwiękochłonnych powierzchni (ściana, dach i podłoga), dźwięk będzie się odbijać od powierzchni i dużo czasu minie, zanim dźwięk wygaśnie. Słuchacz w tego rodzaju pomieszczeniu będzie mieć problem ze zrozumieniem mówiącego, ponieważ będzie słyszeć zarówno dźwięk bezpośredni, jak i powtarzane odbite fale dźwiękowe.

Jeśli zaś powierzchnie pokryte będą materiałem pochłaniającym dźwięk, to dźwięk odbity wygaśnie znacznie szybciej i słuchacz będzie słyszał tylko dźwięk bezpośredni. Ponadto ogólny poziom dźwięku w pomieszczeniu zmniejszy się.

 

Room acoustics sound absorption

Właściwości dźwiękochłonne materiału są wyrażane przez współczynnik pochłaniania α, (alfa) będący funkcją częstotliwości. Alfa (α) wynosi od 0 do 1,00 (od całkowitego odbicia do całkowitego pochłaniania).  

Absorbery (pochłaniacze) dźwięku można podzielić na trzy główne kategorie

  • Materiały porowate 
  • Materiały rezonujące
  • Pojedyncze absorbenty 

 

Materiały porowate

Dobrym przykładem materiału porowatego jest wełna mineralna. Gdy fala dźwiękowa wnika w wełnę mineralną, energia dźwięku poprzez tarcie jest zamieniana na ciepło.

Grubość materiału ma ogromny wpływ na właściwości dźwiękochłonne materiału. Wysokie częstotliwości (powyżej 500 Hz) są łatwiejsze w kontroli za pomocą wełny mineralnej o grubości 30-50 mm. Większym wyzwaniem są dźwięki w częstotliwościach poniżej 500 Hz. W tym przypadku potrzeba grubszych płyt wełny mineralnej, aby osiągnąć lepsze pochłanianie dźwięku. Grubość materiału może być kompensowana przestrzenią powietrzną za stropem akustycznym lub panelem ściennym, w celu poprawy wydajności przy niskich częstotliwościach.

Dla tych elementów pochłaniających dźwięk, bardzo ważne jest, aby nie umieszczać żadnej szczelnej warstwy na powierzchni, jak np. paroizolacji lub farby, ponieważ spowoduje to znaczące zmniejszenie właściwości dźwiękoszczelnych. Można zobaczyć efekt takiej szczelnej warstwy na ilustracji poniżej (linia przerywana).

Pochłanianie dźwięku różne grubości

Poniżej można znaleźć praktyczne współczynniki pochłaniania dźwięku dla niektórych materiałów:

 

Pasmo oktawowe (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Beton

0.02

0.02 

0.02 

0.02 

0.03 

0.04 

Płyty g-k na ruszcie 

0.2

0.15

0.1

0.08

0.05

0.05

Okna

0.35

0.25

0.18

0.12

0.07

0.04

50-mm płyta z wełny mineralnej*

0.2

0.65

1.0

1.0

1.0

1.0

100-mm płyta z wełny mineralnej*

0.45

0.9

1.0

1.0

1.0

1.0

* ze stałym podparciem

Materiały rezonujące

Rezonujące absorbenty składają się z mechanicznego lub akustycznego systemu drgającego. Jednym z przykładów są absorbery membranowe - na przykład solidne płyty z cienką przestrzenią powietrzną za nimi. Pochłanianie osiąga maksimum przy częstotliwości rezonansowej. Jeśli pusta przestrzeń zostaje wypełniona materiałami takimi jak wełna mineralna, to pochłanianie dźwięku w zakresie częstotliwości zostaje rozszerzona. .

Pojedyncze absorbenty

W tej kategorii, znajdują się obiekty takie jak stoły, krzesła, ludzie, itp. Absorpcja dla nich jest zwykle podawana w m2 we wzorze Sabine'a dla obiektu.  

Czas pogłosu pomieszczenia określa czas, przez jaki energia akustyczna pozostaje w tym pomieszczeniu. Zwykle jest definiowany jako czas konieczny, aby natężenie akustyczne zmniejszyło się o współczynnik miliona (60 dB).  

Ponieważ dość głośne klaśnięcie wynosi około 100 dB (SPL), a szept około 40 dB, można łatwo oszacować czas pogłosu dla pokoju przez klaskanie i mierzenie czasu przez jaki można jeszcze usłyszeć pozostały po klaśnięciu dźwięk. Zakłada się, że pokój nie jest szczególnie niezwykły pod względem wymiarów i że jest to dość cichy.

Czas pogłosu

W małym pomieszczeniu lub sali (objętość <1000m3) gdzie pole dźwiękowe jest rozpraszane, a typowe pochłanianie (absorpcja) dźwięku jest poniżej 0.3, wzór empiryczny nazywany wzorem Sabine'a może zostać użyty do obliczenia czasu pogłosu:

 

RT = 0.16 x V / A


T = czas pogłosu, s
V = objętość pokoju, m3
A = (Σ powierzchnia (S) x α) = powierzchnia pochłaniania pomieszczenia, m2

Powierzchnia absorpcji pomieszczenia jest sumą każdej powierzchni S pomnożoną przez jej współczynnik absorpcji.  
Na przykład, jeśli żądany czas pogłosu w klasie szkolnej wynosi 0,8 sekundy, a rozmiary sali są następujące: 6 x 10 x 3 m, przy czym zamysłem jest wykorzystanie 45 m2 dźwiękochłonnego materiału sufitowego, jaki jest wymagany współczynnik absorpcji dla tego produktu? Odpowiedź: A = 0,16 • V/T = 0,16 • 180/0,8 = 36 m2. α = 36/45 = 0,8.

Odpowiedź: A = 0.16 x V/T = 0.16 x 180/0.8 = 36 m2 x α = 36/45 = 0.8

Optymalny czas pogłosu dla przestrzeni zależy od rozmiarów, materiałów i rodzaju pomieszczenia. Każdy obiekt umieszczony w obudowie może również wpływać na ten czas pogłosu, wliczając w to ludzi i przedmioty do nich należące.

Pomieszczenia, w których ma się dużo mówić wymagają krótszego czasu pogłosu niż te przeznaczone do odtwarzania/odsłuchu muzyki. Dłuższy czas pogłosu może utrudniać rozumienie mowy. Jeśli jednak czas pogłosu jest zbyt krótki, może ucierpieć równowaga tonalna i głośność.

Redukcja hałasu w dużych obiektach przemysłowych

W halach przemysłowych, o dużej pojemności przekraczającej około 1000m3, wysokość jest zwykle znacznie mniejsza niż długość i szerokości hali. W tym przypadku, wysokość i zagęszczenie wyposażenia hali mają istotny wpływ na pole akustyczne. W takiej sali, pole akustyczne nie jest na ogół rozpraszane i dlatego nie jest praktyczne obliczanie czasu pogłosu za pomocą wzoru Sabine'a.