6.6.3 Penyerapan oleh lapisan berpori Selanjutnya kita mempertimbangkan penyerapan suara oleh lapisan tipis berpori, misalnya, dengan selembar kain seperti tirai, atau dengan pelat tipis dengan perforasi sangat halus. Pada awalnya, diasumsikan bahwa lapisan ini jauh dari dinding padat, yaitu bebas dalam ruang. Selain itu, kita menganggap bahwa lapisan sangat tipis dibandingkan dengan panjang gelombang, tetapi cukup berat untuk mencegah getaran lapisan secara keseluruhan. Sebaliknya, tekanan suara akan memaksa aliran udara melalui pori-pori atau lubang, dan akibatnya, kedua gelombang akan muncul dari sisi belakang lapisan. Untuk mempertahankan kecepatan aliran vs melalui lapisan pada perbedaan tekanan ∆
(6.37)
antara kedua sisi lapisan . Aliran rs berlawanan, berlaku untuk seluruh lapisan dengan aliran hambatan Ξ tertentu sebagaimana diperkenalkan di dalam Pers. (6.30) yang merupakan hambatan aliran per ketebalan unit. Di satu sisi, tekanan gelombang suara yang terjadi harus menghalangi hambatan aliran lapisan, selain itu harus menyeimbangkan tekanan suara dari gelombang terpancar dari sisi belakang. Dengan demikian, impedansi lapisan dinding terdiri dari hambatan aliran rs dan impedansi karakteristik Z0:
(6.38)
Memasukkan ini ke persamaan (6.14) (dengan θ = 0) membawa kita ke faktor refleksi dari lapisan
(6.39)
/
Secara umum, koefisien penyerapan setelah melalui persamaan. (6.22) adalah 1
/
(6.40)
Hal terakhir tidak hanya kerugian yang sering terjadi di lapisan ber pori-pori atau kain tetapi juga untuk energi yang ditransfer oleh gelombang dari sisi belakang. Untuk memisahkan kedua bagian kita harus menyamakan vs kecepatan aliran melalui lapisan untuk kecepatan partikel di depannya (untuk x = 0) dan kedua kecepatan dengan kecepatan partikel dari gelombang suara yang ditransmisikan:
dimana kita menggunakan lagi faktor transmisi T yang diperkenalkan pada Persamaan. (6.15). Hal ini diperoleh dari persamaan di atas dan persaman. (6,39):
! 1 /
(6.41)
Mengurangi intensitas yang dipantulkan dan gelombang yang ditransmisikan dari asal gelombang yang meninggalkan energi terdisipasi per detik dan satuan luas:
"# " "$ "# 1 ! " # %1 ' 2 Faktor Ii di sebelah kanan bisa diberi nama 'koefisien penyerapan disipatif ' $
/
(6.42)
dari sudut pandang umum lebih penting daripada koefisien untuk Pers. (6,40). Mencapai maksimum sebesar 0,5 ketika hambatan aliran material yang sama dengan dua kali impedansi karakteristik udara. Selanjutnya mempertimbangkan lapisan berpori tidak bebas tergantung di ruang angkasa tapi diatur sejajar di depan dinding keras dan tidak berpori pada jarak d (lihat Gambar. 6.10a). Sekarang aliran udara melalui pori-pori menimbulkan gelombang berdiri di ruang belakang lapisan. Oleh karena itu impedansi karakteristik Z0 untuk persamaan. (6,38) harus diganti dengan impedansi dari lapisan udara menurut persamaan (6,28). Karena itu impedansi dinding keseluruhan kini diberikan oleh ( cot,-
(6.43)
dan koefisien penyerapan adalah:
. /
/ / 0 1$
(6.44)
Gambar 6.10 (a) lapisan berpori atau (b) lapisan tidak berpori di depan dinding keras.
Gambar 6.11 koefisien seerapan lapisan berpori (lihat Gambar 6.10b.). Gambar a:rs = Z0 / 4, gambar b: rs = Z0, kurva c: rs = 4Z0. Untuk kecepatan berbagai aliran, itu diplot pada Gambar 6.11 sebagai fungsi dari perbandingan d / λ yang sebanding dengan frekuensi. Karena periodisitas dari kotangen koefisien penyerapan bervariasi anatara 0 dan nilai maksimum 234
. /
(6.45)
nilai maksimum ini terjadi ketika seperempat panjang gelombang masuk ke dalam ruang antara lapisan dan dinding. Kemudian lapisan berpori bertepatan dengan nilai maksimum kecepatan partikel gelombang berdiri. Pada kenyataannya, material berpori akan ditetapkan menjadi getaran karena terbatas nya masa dan penyerapan akan sedikit lebih rendah, setidaknya pada frekuensi rendah. Setelah persamaan (6.45) koefisien penyerapan dapat mencapai kesatuan untuk frekuensi tertentu, yang merupakan kasus rs = Z0 . Oleh karena itu, lapisan di depan tembok, misalnya, di depan jendela, mungkin cukup penyerap suara yang efisien. Ketergantungan frekuensi yang kuat dari koefisien penyerapan dapat dikurangi dengan memvariasikan jarak d, misalnya, dengan menggantung atau peregangan materi dalam lipatan yang juga mungkin diinginkan dari sudut pandang estetika. 6.6.4 Lapisan Tidak Berpori Pada bagian ini kita memperhatikan panel tidak berpori atau foil. Hal ini ditandai dengan massa m' per unit, sering disebut sebagai massa jenis lapisan. Sebuah gelombang suara datang di permukaan akan memaksa panel bergetaran yang menimbulkan gelombang suara ditransmisikan berjalanan ke sebaliknya. Oleh karena itu impedansi dinding diperoleh dengan mengganti hambatan aliran di persamaan (6,38) dengan massa reaktansi (567 (per satuan luas) dari pelat (lihat Bagian 2.5): 8 (569
(6.46)
Faktor refleksi dan koefisien penyerapan mengikuti dari persamaan. (6.14) dan (6,23) dengan : 0:
< /=>29
(6.47)
?@A
(6.48)
Dalam kasus ini, nilai ' koefisien penyerapan' agak membingungkan dalam refleksi bahwa kerugian bukan disebabkan oleh disipasi tetapi oleh transmisi suara melalui dinding. Proses praktis ini sangat penting sehubungan dengan isolasi suara dinding dan langit-langit yang akan ditambahkan beberapa lebih rinci dalam Bab 14. Persamaan (6,48) menunjukkan bahwa foil cahaya hampir sama dengan suara transparan di frekuensi rendah dan bahkan pada frekuensi menengah. Sebuah foil dengan massa jenis m' = 50 g/m2, misalnya, mencerminkan kurang dari setengah energi suara tiba di frekuensi di bawah 2,67 kHz. Seperti sebelumnya, kita bayangkan bahwa pelat atau foil diatur pada jarak d dari dinding kerasu (lihat Gambar. 6.10b). Dengan demikian, kita ganti di persamaan (6,46) karakteristik impedansi Z0 dengan impedansi dari lapisan udara didukung oleh batas kaku. Namun, berbeda dengan bagian sebelumnya kita tidak menggunakan persamaan (6,28). Sebaliknya, kita menganggap bahwa ketebalan ruang udara kecil dibandingkan dengan panjang gelombang, yaitu lapisan udara dianggap sebagai semacam semi impedansi yang diberikan oleh ekspresi pendekatan persamaan (6.28a). Selain itu, ada kerugian tertentu yang tidak akan ditentukan pada titik ini, tetapi hanya akan dipertimbangkan oleh beberapa tahanan gesek r. Kemudian impedansi dinding pengaturan menjadi: ( %569
B / >$
'
(6.51)
Hal ini terkait dengan Persamaan. (2.21), dan konsekuensi yang diambil adalah sama seperti dalam Bagian 2.5: pada frekuensi sudut B /
5 C 29$
(6.52)
bagian imajiner dari impedansi menjadi nol. Kemudian nilai mutlak adalah minimal, dan osilasi yang disebabkan oleh medan suara akan mencapai amplitudo sangat tinggi. Ini berarti pengaturan dijelaskan adalah resonator akustik. Gaya luar menarik panel atau lapisan ditentukan dengan mempertimbangkan tekanan suara baik yang datang dan yang tercermin gelombang suara dan tergantung pada impedansi Z. Dalam konteks ini pengaturan koefisien penyerapan menjadi sangat penting. Hal ini diperoleh dari Persamaan. (6,51) dan (6,23) (dengan : = 0).
.
@A F> > G ?
DE
(6.53)
Dalam Gambar 6.12 koefisien penyerapan diplot sebagai fungsi frekuensi untuk beberapa nilai r / Z0. Diagram ini menunjukkan bahwa koefisien penyerapan menunjukkan sifat resonansi. Pada frekuensi resonansi ω0 diasumsikan maksimum 234
.
H % 'JCK C K L I
(6.54)
yang akan bernilai 1 untuk r = Z0, yaitu, untuk kasus impedansi sempurna. Kurva ini memiliki beberapa kesamaan dengan Gambar 6.11; ketika
Gambar 6.12 koefisien Penyerapan sebuah panel di depan dinding yang keras (lihat Gambar 6.10b). (Resonator panel) untuk 675 = 4Z0. Parameter: r/Z0. rugi resistensi r melebihi impedansi karakteristik akan menjadi datar dan penyerapan kurang selektif dari penyerapan maksimum, namun. Karena sifat resonansi nya, resonator panel seperti dijelaskan di sini memainkan peran penting dalam akustik ruang dan kendali kebisingan. Lebih lanjut akan dibahas di dalam Bagian 13.5. Referensi : Kuttruff, Heinrich. 2004. Acoustics – An Introduction. London & New York : Taylor & Francis Group
