کاهش صوت هوابرد

 

جذب صدا و کاهش صدا

sound absorption  sound reduction

 

وقتی صدا به یک مانع برخورد می کند، مانند هر موج دیگری، قسمتی از آن انعکاس یافته و قسمت دیگر درون مانع منتشر می گردد. موجی که از درون مانع منتشر می شود، قسمتی از آن جذب می شود به خاصیت میرایی (damping) ماده بستگی دارد و قسمت دیگر از مانع عبور می کند و دوباره در فضا منتشر می شود.


sound absorption  sound reduction 2 

 به عبارت ساده:                   II = IR + IA + Itr

II: شدت صوت اولیه موج برخورد کننده به دیوار

IR: شدت صوت موج منعکس شده

IA: شدت صوت موج میرا شده

Itr: شدت صوت موج منتشر شده از درون مانع

 

بنابراین، در عایق کاری آکوستیک، با دو ضریب مختلف سر و کار داریم:

1- ضریب جذب صوت

α = (انرژی منتشر شده + جذب شده) / (انرژی اولیه برخوردی) = (IA + Itr) / (I)

2- ضریب انتشار صوت

τ = (انرژی منتشر شده) / (انرژی اولیه برخوردی) = (Itr) / (II)

به دلیل مقادیر بسیار کم ضریب انتشار صوت، ضریب انتشار صوت را معمولا با ضریب کاهش صوت و یا با واحد لگاریتمی دسیبل تعریف می کنند:

R = 10 Log (II / Itr) [dB]

 

عایق کاری صوتی (آکوستیک) را معمولا ضریب کاهش صوت عایق می سنجند که در باندهای اکتاو 1/3 اندازگیری می شود.

 

کاهش صوت هوابرد یک پنل یک لایه

وقتی یک پنل یا دیوار یک لایه داریم، عوامل زیر بر مقدار کاهش شدت صوت این دیوار تاثیر می گذارند:

- جرم پنل یا دیواره

- مقاومت خمشی

- خاصیت ارتجاعی / الاستیسیته

- چگونگی نصب پنل یا دیواره درون سازه

- زاویه صدا

- سفتی و اینکه هرگونه شکاف یا سوراخی در صفحه وجود داشته باشد

 
airborne sound reduction -diag 1

امواج صوتی که درون ماده منتشر می شوند، تحت فرکانس ها و سرعت های مختلفی حرکت می کنند. همچنین صوت تحت زوایای مختلفی به پنل برخورد می کند. همواره زاویه ای وجود دارد که تحت آن، طول موج امواج برخورد کننده به پنل با طول موجی از امواج منتشر شده درون ماده برابر می شود. به این پدیده انطباق (coincidence) میگویند. اگر پدیده انطباق صورت بگیرد، صدا بسیار راحت تر درون پنل حرکت خواهد کرد و در نتیجه به خصوص در فرکانس بحرانی، ضریب کاهش صوت به شدت کاهش می یابد. در صفحات و پنل های نازک، فرکانس انطباق یا بحرانی، معمولا بین 1000Hz تا 4000Hz اتفاق می افتد.

برای حل این مشکلات، می توان ضخامت پنل را افزایش داد. اما این راه حل خوبی نیست. راه حل بهتر آن است که به خوبی پنلی چندلایه طراحی شود متشکل از صفحات مقاوم و عایق های صوتی. عایق صوتی می تواند هر ماده ای باشد مثلا پشم سنگ یا پشم شیشه.

فرکانس بحرانی را برای پنل های تک لایه میتوان به صورت زیر محاسبه کرد:      

EQ airborne 1


فولاد

چوب

شیشه

سیمان

گچ

ثابت ماده

13

14-50

12

19

27

Kc

 

KC: ثابت ماده

h: ضخامت

fC: فرکانس بحرانی

 

قانون جرم آکوستیکی

یکی از اولین راه ها برای تخمین مقدار جذب آکوستیکی یک پنل یک لایه، قانون جرم آکوستیکی است. براساس این قانون، مقدار جذب آکوستیکی پنل با افزایش چگالی سطحی (kg/m2) و فرکانس، مطبق با رابطه زیر، افزایش می یابد:

R ≈ 20Log (m) + 20Log (f / 100) – 7dB

m: چگالی سطحی (kg/m2)

f: فرکانس (Hz)

در نتیجه با دو برابر کردن چگالی، تقریبا ضریب کاهش شدت صوت، 6dB افزایش می یابد.

برای هر ماده ای، قانون جرم آکوستیکی تنها در محدوده فرکانس مشخصی معتبر است و عوامل دیگری هستند که میتوانند بر قابلیت جذب صوت ماده تاثیر بگذارند.

نموداری کلی از ضریب کاهش صوت یک پنل معمولی به ازای افزایش فرکانس در زیر نشان داده شده است.

 airborne sound reduction diag 2

f11: فرکانس رزونانس در صفحه

http://en.wikipedia.org/wiki/Resonance

fc: فرکانس بحرانی

 


فرکانس رزونانس به ابعاد پنل بستگی دارد. در بیشتر موارد، اولین فرکانس رزونانس ضریب کاهش صوت را به شدت کاهش می دهد ولی فرکانس های رزونانس بعدی، تاثیری به این شدت نخواهند داشت.

فرکانس بحرانی نیز ضریب کاهش صوت را به شدت کاهش می دهد. فرکانس بحرانی فرکانسی است که در آن سرعت صوت در هوا تقریبا برابر سرعت انتشار صوت درون پنل می شود. به عبارت دیگر فرکانس امواج منتشرشونده درون پنل با فرکانس امواجی که از بیرون به آن برخورد می کنند، یکی است.

دو مشخصه فرکانس بحرانی و رزونانس، نقش مهمی در تعیین مشخصات عایق کاری منبع صوتی ایفا می کنند.

 

سازه های دو لایه (Double Construction)

در عایق کاری آکوستیک ساختمان ها، اغلب از پنل هایی استفاده می شود که دارای دو پوسته خارجی (اغلب فلزی یا کامپوزیتی یا پلاستیکی) بوده و محفظه ای بین این دو پوسته قرار دارد که محفظه می توان خلاء باشد یا از ماده ای عایق مانند پشم سنگ پر شده باشد. ماده عایق به عنوان جاذب صوتی عمل می کند. شرکت های مختلف، پنل های آکوستیکی مختلفی با ساختارهای مختلف ارائه می کنند. عملکرد بهینه پنل های دولایه می تواند با وجود پل های صوتی کاهش یابد. از نظر تحلیلی، می توان چنین سازه هایی را یک سیستم جرم – فنر – جرم در نظر گرفت.

 

 


کلمات کلیدی: عایق کاری صوتی، آکوستیک، کاهش صوت، جذب صوت، فرکانس بحرانی، زمان تراخنش، طنین، جرم آکوستیک