پنل های دولایه

سیستم جرم و فنر


acoustic hornacoustic mass-spring insul


واضح است که هرچه ضخامت دیوارها بیشتر باشد، خاصیت عایق کاری صوتی آنها نیز بهبود می یابد. اما قطور کردن دیوارها محدودیت دارد، چراکه دیوار ضخیم تر، هزینه بیشتر و نیاز به فونداسیون قوی تری دارد و فضای داخلی را نیز اشغال می کند. یکی از روش های مورد استفاده برای عایق کاری صوتی، استفاده از سازه های دو لایه است. در این روش عایق (معمولا از جنس پشم شیشه، پشم سنگ یا فوم های پلی مری) بین دو صفحه فلزی قرار داده شده و دو صفحه فلزی یکدیگر متصل شده اند. عایق بین دو صفحه فلزی نقش فنر را بازی می کند. می توان به جای ماده عایق، از فنر مکانیکی بین پنل ها استفاده کرد و بین صفحات تنها فاصله هوای وجود داشته باشد. از مزایای این روش، کاهش ضخامت مورد نیاز برای Rw مشخص است. برای مثال برای داشتن Rw>42dB تنها 75میلیمتر سیستم عایق با فنر کفایت می کند. در صورت استفاده از سیستم عایق – فنر تنها 2% به هزینه کل سازه اضافه می شود. جدول زیر، مقدار ضریب کاهش صوت را برای ضخامت های مختلف دیوار ساده و سازه دو لایه (بدون عایق ارتجاعی) نشان می دهد.


دیوار ساده

عملکرد آکوستیکی

سازه دولایه

ضخامت [mm]

چگالی سطحی [kg/mm2]

Rw [dB]

ضخامت [mm]

چگالی سطحی [kg/mm2]

100

140

42

75

19

130

180

45

100

20

160

220

48

125

21

 acoustic mass-spring insul 2

می توان یک طرف سیستم عایق و فنر را بجای صفحه فلزی، دیوار گذاشت. در بیشتر مواقع لازم نیست فنری بین صفحات قرار
داد و در صورت استفاده از عایق ارتجاعی، مانند پشم سنگ، پشم شیشه و یا برخی عایق های پلیمری، خود عایق نقش فنر را بازی می کند.


باید توجه داشت که گاهی ماده عایق بین سیستم های دوساختاری (مانند عایق بین دو صفحه) مانند پل صوتی عمل می کند و نه تنها انتقال صوت را کاهش نمی دهد بلکه به انتشار آن نیز کمک می کند. این مورد بیشتر وقتی رخ می دهد که عایق تماس کامل و صددرصد با صفحات کناری دارند. به همین دلیل، از ساندویچ پنل ها نمی توان به عنوان عایق صوتی استفاده کرد.

 

پنل های دولایه (Double Constructions)double cunstruction 2

این گونه پنل ها از دو صفحه نازک فلزی (فولدی یا آلومینیومی) به همراه تخته عایق ارتجاعی، از قبیل پشم سنگ یا پشم شیشه تشکیل شده اند. ایده اصلی این گونه پنل ها، سیستم جرم – فنر – جرم است به طوری که ماده عایق در بین دو صفحه فولادی نقش فنر را بازی کرده و انرژی صوت را میرا می کند.

باید دقت شود که تخته عایق نباید با صفحات فولادی تماس حاصل کند و یا به آنها چسبانده شود، چرا که ایجاد پل صوتی کرده و از عملکرد آکوستیکی پنل می کاهد.

 

چهار پارامتر در تعیین میزان راندمان آکوستیکی پنل های دولایه به همراه عایق ارتجاعی مانند پشم سنگ یا پشم شیشه، نقش مهمی ایفا می کنند که عبارتند از: مقاومت در مقابل جریان هوا - فرکانس رزونانس – چگالی – قطر و راستای الیاف

 

مقاومت در مقابل جریان هوا (Air-flow Resistance)

از نقطه نظر آکوستیکی، مقاومت در مقابل جریان هوا برای مواد متخلل بسیار مهم است. مقاومت در مقابل جریان هوایی با سرعت v در یک پنل به ضخامت t، با اندازگیری نرخ افت فشار هوا (افت فشار در واحد زمان δP) پس از عبور از پنل، قابل محاسبه است:

(Airflow Resistance) R = δP / v [Pa/m]

 

با تقسیم مقاومت جریان هوا بر ضخامت پنل، به مقاومت ویژه جریان هوا می رسیم که مستقل از ضخامت عایق است:

(Airflow Resistivity) r = R / t [Pa/m2]

 

مقاومت ویژه در مقابل جریان هوا، با افزایش چگالی به صورت خطی افزایش می یابد. همچنین با توجه به رابطه فوق میتوان نتیجه گرفت که با مقاومت ویژه جریان هوا، با کاهش ضخامت افزایش می یابد که در نظر اول ممکن است غیر منطقی جلوه کند اما این نتیجه گیری برای ماده عایق کاملا منطقی است و بدین معنی است که ماده عایق با ضخامت کمتری، همان مقدار افت فشار را نتیجه می دهد و در نتیجه مقاومت در مقابل جریان هوای آن بیشتر است.

 

خاصیت آکوستیکی عایق های الیافی و متخلخل بستگی زیادی به مقاومت جریان هوای آن دارد. اگر مقاومت جریان هوای پشم سنگ بسیار زیاد باشد، صوت منعکس می شود و اگر مقاومت جریان هوای آن کم باشد، صوت بدون هیچ جذبی، از عایق عبور می کند. مقدار حداقل مقاومت ویژه r > 15 [kPas/m2] برای پشم های معدنی توسط شرکت Rockwool توصیه می شود.

 

فرکانس رزونانس (Resonance Frequency)

پنل های دولایه، وقتی ضریب کاهش صوت بسیار خوبی از خود نشان می دهند که فرکانس، بالا تر از فرکانس رزونانس آنها باشد.

double cunstruction diagram 1 

 

نمودار مقابل، ضریب کاهش صوت یک پنل نوعی را (متشکل از دو صفحه فولادی و پشم سنگ تخته ای) در فرکانس های مختلف نشان می دهد. همان طور که ملاحظه می شود، بعد از فرکناس رزونانس (f0) مقدار ضریب کاهش صوت به صورت پله ای افزایش یافته است. خط مستقیم lower limit نشان گر یک پنل تک لایه است که ساده ترین ابزار عایق کاری صوتی محسوب می شود. پنل دولایه، در فرکانس های بالاتر از f0 ، مزیت کاملا مشهودی دارد. بنابراین هرچه فرکانس رزونانس پنل دولایه پایین تر باشد، مقدار ضریب کاهش صوت در دامنه فرکانسی وسیع تری، افزایش یافته و عملکرد آکوستیکی پنل بهتر می شود. برای محاسبه فرکانس رزونانس پنل دولایه، رابطه تقریبی زیر وجود دارد:

 

 EQ db constrcut 1

 

که در آن m1 و m2 چگالی سطحی هستند و d ضخامت پنل می باشد. ملاحظه می شود که هرچه چگالی سطحی افزایش یابد، فرکانس رزونانس کاهش یافته و در نتیجه عملکرد آکوستیکی پنل دولایه بهبود می یابد.

 

چگالی (Density)

در حالت کلی، افزایش چگالی مواد متخلل ماند پشم سنگ و پشم شیشه، مقاومت در مقابل جریان هوا را بیشتر می کند و در نتیجه خاصیت عایق کاری صوت در این عایق ها بیشتر می شود. در عمل با افزایش چگالی، قابل عبور صوت به صورت هوابرد و یا انتشار از درون عایق کمتر شده و ضریب کاهش صوت بهبود می یابد اما افزایش چگالی ممکن است نتایج مختلفی بر خاصیت جذب صوت ماده بگذارد.

توجه شود که جذب صوت و کاهش صوت مفاهیم مختلفی هستند. برای توضیحات بیشتر به جذب صوت و کاهش صوت مراجعه فرمایید.

 

قطر و جهت الیاف (Fiber Diameter and Orientation)

استحکام، مقاومت در مقابل جریان هوا وسایر خواص آکوستیکی پشم های معدنی، بیشتر تابعی از چگالی حجمی، جهت و راستای الیاف ها، ضخامت و قطر الیاف ها، رزین مورد استفاده و سایر چسبنده ها هستند. البته تنها خاصیتی که برای مشتری قابل اندازگیری است، چگالی است. بنابراین مشتری باید به کاتالوگ سازنده عایق برای شناسایی قطر الیاف و راستای آنها مراجعه کند چراکه ضخامت الیاف و راستای آنها می تواند خواص آکوستیکی، حرارتی و ضد آتش بودن پشم سنگ را تغییر دهد. طبق تئوری ادعا شده در شرکت Rockwool، برای اهداف عایق کاری آکوستیک، بهتر است الیاف پنل پشم های معدنی و شیشه مورد استفاده، همراستا باشند.

 


 

کلمات کلیدی: عایق کاری صوتی، آکوستیک، پنل آکوستیک، کاهش صوت، جذب صوت، دسیبل، رزونانس