[Małe ABC akustyki]

[Małe ABC akustyki]

Dobra akustyka" zależy od ogromnej liczby parametrów i zawsze także od przeznaczenia pomieszczenia, które ma być zoptymalizowane akustycznie. Aby móc rozpoznać i poprawić właściwości akustyczne pomieszczenia, należy więc nie tylko uwzględnić fizyczne zasady akustyki, ale także wziąć pod uwagę subiektywny odbiór dźwięku i różne zjawiska akustyczne. "Małe ABC akustyki" służy do przedstawienia przeglądu najważniejszych podstawowych pojęć akustycznych, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze odpowiednich materiałów.

[Human Hearing]

Nasze ludzkie ucho odbiera wahania ciśnienia powietrza, które nazywane są falami dźwiękowymi i są wywoływane przez zdarzenie dźwiękowe. Wysokość dźwięku określa częstotliwość dźwięku ƒ, czyli liczba oscylacji na sekundę, opisana jednostką SI - hercem [Hz]. Im niższa częstotliwość, tym większa odpowiednia długość fali dźwiękowej, przy czym ucho ludzkie odbiera częstotliwości od ok. 20 Hz do 20 000 Hz. W planowaniu akustycznym wszystkie parametry muszą być zawsze uwzględnione w zależności od częstotliwości, aby zapewnić czyste i sensowne planowanie.

Nie wszystkie sygnały dźwiękowe pokrywają pełny zakres częstotliwości ludzkiego słuchu. Na przykład mowa ludzka mieści się w zakresie od ok. 125 Hz do 8 kHz. Zakres ten jest więc szczególnie ważny przy planowaniu akustyki pomieszczeń. Ze składu częstotliwościowego sygnału wynika jego charakterystyczna barwa. Zdarzenie dźwiękowe musi mieć również określoną głośność, aby w ogóle mogło być odebrane przez ucho. Nazywa się to progiem słyszenia, który również jest zależny od częstotliwości. Ucho ludzkie jest najbardziej wrażliwe na dźwięki w zakresie od 500 Hz do 4 kHz, dźwięki w zakresie basów poniżej 100 Hz są w ogóle odbierane tylko przy dużej głośności.

Audytorium z galerią i kurtynami dźwiękoszczelnymi dookoła
Graficzny poziom ciśnienia akustycznego w dB i częstotliwość w Hz
Poziom ciśnienia akustycznego [The sound pressure level]

Wielkością fizyczną służącą do oznaczenia siły zdarzeń dźwiękowych jest ciśnienie akustyczne, mierzone w Pascalach [Pa]. Ludzkie ucho może odbierać bardzo szeroki zakres wahań ciśnienia w powietrzu. Pomiędzy progiem słyszalności (ok. 20 μPa) a progiem bólu (20 Pa) występuje współczynnik 1:1 000 000. Dla przejrzystej prezentacji ciśnienie akustyczne podawane jest w stosunku do progu słyszalności, co również bardziej odpowiada wrażeniu słuchowemu człowieka. W ten sposób powstaje jednostka decybel [dB] dla głośności.

[Typowe poziomy ciśnienia akustycznego]
Ciśnienie akustyczne p [Pa] Poziom ciśnienia akustycznego LPA[dB]
20,0 120 Samolot śmigłowy w odległości 100 m, próg bólu
2,0 100 Jackhammer, głośny koncert rockowy
0,2 80 Główna droga, głośne krzyki
0,02 60 Telewizor na poziomie głośności pokojowej, normalna rozmowa
0,002 40 Podstawowy poziom hałasu w biurze z szumem wentylatora, szeptem
0,0002 20 Cicha sypialnia, studio nagrań
0,00002 0 Próg słyszenia przy 2 kHz
[Akustyka budynku a akustyka pomieszczenia]

Jeśli teraz przyjrzymy się efektom oddziaływania dźwięku na ludzi w zamkniętej przestrzeni, zauważymy następującą zasadniczą różnicę:

Przyczyna Obszar Rozwiązanie
Niepokojący dźwięk przenika do pomieszczenia z zewnątrz Akustyka budynku Izolacja akustyczna
Nieprzyjemne rozprzestrzenianie się dźwięku w pomieszczeniu Akustyka pomieszczenia Wyciszanie

W dziedzinie akustyki budowlanej chodzi więc o to, jak można zapobiec przedostawaniu się dźwięku do zamkniętego pomieszczenia, czyli o izolację akustyczną. Akustyka pomieszczeń jest natomiast nauką o rozchodzeniu się dźwięku w zamkniętych pomieszczeniach i próbuje zbadać, w jaki sposób można optymalnie wpływać na rozchodzenie się dźwięku wewnątrz pomieszczenia, często poprzez tłumienie (pochłanianie) dźwięku oraz ukierunkowane odbicie lub dyfuzję.

Pomiar czasu pogłosu w akustyce pomieszczenia z użyciem głośnika dodecahedronowego
Czas pogłosu [The reverberation time]

Najważniejszą miarą przy rozpatrywaniu akustyki pomieszczenia jest czas pogłosu T. Wielkość ta służy do opisu czasu, w którym zdarzenie dźwiękowe zanika do jednej milionowej części swojej pierwotnej energii, czyli traci 60 dB poziomu.

Gdy w pomieszczeniu powstaje zdarzenie dźwiękowe, fale dźwiękowe rozchodzą się mniej lub bardziej sferycznie po całym pomieszczeniu, w zależności od charakterystyki kierunkowej źródła dźwięku. Tylko część energii dźwiękowej dociera bezpośrednio do słuchacza. Duża część energii dźwiękowej dociera do słuchacza z opóźnieniem poprzez odbicia od powierzchni pomieszczenia.

Im więcej twardych powierzchni znajduje się w pomieszczeniu, tym częściej fala dźwiękowa ulega odbiciu w pomieszczeniu i tym więcej odbić dociera do słuchacza, przez co wydłuża się czas pogłosu. Czas pogłosu można więc zmniejszyć i regulować poprzez wprowadzenie powierzchni pochłaniających dźwięk.

W przypadku różnych rodzajów użytkowania dąży się do uzyskania różnych czasów pogłosu, w zależności od objętości pomieszczenia:

Graficzny czas pogłosu dla mowy i muzyki wg E. Mommertza
[Absorpcja dźwięku]

Aby zmniejszyć pogłos w pomieszczeniu, należy wprowadzić materiały dźwiękochłonne. Często stosowane są tak zwane absorbery porowate, czyli materiały o określonej porowatości, takie jak tkaniny czy pianki o otwartych porach.

W takich materiałach padająca energia dźwiękowa jest zamieniana na ciepło przez tarcie i efekty dyfrakcyjne wewnątrz materiału i w ten sposób "połykana". Rzadziej stosuje się absorbery membranowe (zwane też przetwornikami płytowymi) lub absorbery Helmholtza, które pochłaniają energię padającego dźwięku zgodnie z inną zasadą fizyczną.

Właściwość polegająca na tym, jak dobrze dany materiał może pochłaniać dźwięk, jest określana przez bezwymiarową wartość α (współczynnik pochłaniania dźwięku). Dotyczy:

- α = 1 odpowiada 100 %-ige absorpcji
- α = 0 odpowiada absorpcji 0 %-ige

Zdolność pochłaniania dźwięku przez różne materiały jest silnie zależna od częstotliwości, dlatego też absorpcja dźwięku w komorze pogłosowej jest również mierzona i określana w funkcji częstotliwości. Aby uprościć klasyfikację materiałów, można utworzyć wartość średnią ze współczynnika pochłaniania dźwięku zależnego od częstotliwości, którą następnie przypisuje się do klasy pochłaniacza dźwięku:

W przypadku pomiaru współczynnika pochłaniania dźwięku w pomieszczeniu pogłosowym, o wartości pomiarowej decyduje również rodzaj instalacji. Dlatego też zmierzone wartości absorpcji kurtyn akustycznych nie mogą być podawane jako ogólna zasada, ale zawsze powinny być podawane w związku z odpowiednim ustawieniem testowym.

Standardowo mierzymy nasze zasłony z odstępem od ściany 100 mm
oraz zarówno 0 %, jak i 100 % fold allowance.

Klasa pochłaniania dźwięku αw-zakres wartości
A 0,90 – 1,00
B 0,80 – 0,85
C 0,60 – 0,75
D 0,30 – 0,55
E 0,15 – 0,25
Nie sklasyfikowany 0,00 – 0,10
Wykresy Współczynnik pochłaniania dźwięku przez tkaniny akustyczne o różnym naddatku na plisę
[Opór przepływu]

Jak w pkt. Pochłanianie dźwięku opisany, dźwięk uderzeniowy w absorberach porowatych, do których należy również większość kurtyn, uzyskuje się dzięki efektom tarcia w materiale. Aby umożliwić takie tarcie, tzw. opór przepływu musi zawierać się w przedziale od 500 do 1500 Pa s/m. Jeśli wartość ta jest znacznie niższa, materiał można określić jako dźwiękoszczelny; jeśli wartość ta jest znacznie wyższa, duża część energii dźwiękowej jest odbijana lub przechodzi przez materiał bez dalszego pochłaniania energii dźwiękowej. Opór przepływu pozwala stwierdzić, jakie są właściwości akustyczne materiału niezależnie od stanu instalacji. Jednak rzeczywiste właściwości akustyczne danego elementu należy zawsze rozpatrywać w powiązaniu z montażem na miejscu, dla którego mierzony jest współczynnik absorpcji dźwięku.

Sala koncertowa Elbphilharmonie Hamburg
Audytorium z kurtyną dźwiękoszczelną jako elastycznym podziałem pomieszczenia
[Dźwiękoszczelność]

W dziedzinie akustyki budowlanej szczególne znaczenie ma wskaźnik redukcji dźwięku danego elementu budowlanego. Wskazuje to, jak silnie padający dźwięk jest utrudniony w rozchodzeniu się. W porównaniu do absorpcji nie chodzi o zmniejszenie odbić (a więc i poziomu ciśnienia akustycznego). Czas pogłosu) w obrębie zamkniętej przestrzeni, ale w celu zmniejszenia objętości pomiędzy dwoma częściami pomieszczenia lub wydzielonymi pomieszczeniami. Izolacyjność akustyczna elementu budowlanego zależy w dużym stopniu od jego masy i składu materiałów.

Wskaźnik redukcji dźwięku R podaje się w dB, czyli w tej samej jednostce wartości, co Poziom ciśnienia akustycznego. Tutaj podwojenie ciśnienia akustycznego odpowiada wzrostowi poziomu pomiarowego o 6 dB. Jednak postrzegana głośność sygnału zależy od wielu innych czynników, takich jak czas ekspozycji, częstotliwość czy skład spektralny. Subiektywnie odczuwalne podwojenie głośności odpowiada ok. 10 dB różnicy poziomu.

Zgoda na pliki cookie z banerem Real Cookie