Izola ní materiály 2. týden
Š astník Stanislav
Vysoké u ení technické v Brn , Fakulta stavební, Ústav technologie stavebních hmot a dílc , Veve í 95, 602 00 Brno, Tel: +420 5 4114 7507, Fax +420 5 4114 7502, Email:
[email protected]
Obor stavební akustika Akustika je oborem nauky o mechanickém kmitání a vln ní v pružném prost edí. Akustika i) elektroakustika, ii) fyzikální akustika, iii) hudební akustika, iv) psychoakustika, v) technická akustika
- stavební akustika - akustika stavebních konstrukcí, - prostorová akustika, - urbanistická akustika, - akustika výstavby sídel, …
Základní pojmy ve stavební akustice Zvuk ≡ mechanické vln ní molekul pružného prost edí v kmito tovém pásmu slyšitelnosti lidského ucha (f ∈ [20; 20000] Hz). Zvuk se ší í v materiálovém prost edí, které má pružné a setrva né vlastnosti. Zdroje zvuku a druhy vlnoploch
Bodový zdroj zvuku
P ímkový (lineární) zdroj zvuku
1 – zvukový paprsek,
Plošný zdroj zvuku (rovinné vlnoplochy)
2 – elo vlnoplochy
Zdroj vln ní: a) v klidu b) v pohybu
Doppler v efekt byl formulován v roce 1842 Christianem Dopplerem (1803 1853) na Vysoké škole technické v Praze.
(f > f0)
(f < f0)
Zvuk ve stavební akustice Podstatou akustického vln ní je zhuš ování a z e ování kmitajících molekul prost edí.
Druhy postupných vln ní a)
Podélné vln ní,
b)
P í né vln ní,
c)
Ohybové vln ní,
d)
Dilata ní vln ní.
!!! V plynech a kapalinách se ší í zvuk pouze podélným vln ním. !!!
Zvuk ve stavební akustice istý tón ve tvaru:
u = u max . sin (ω.τ + ϕ )
ω = 2π . f
Doba kmitu: Po et kmit za sekundu: Vlnová délka:
T=
2π
ω
f = T −1
λ=
c = c.T f
(s) (Hz) (m)
starý zápis (c.s-1)
Zvuk ve stavební akustice v klidu
ástice vzduchu
Postupné podélné vln ní
kmitající
u (výchylka) sm r vyza ování λ (vlnová délka)
v (zvuková rychlost) p (akustický tlak)
Zvuk ve stavební akustice P ehled kmito tových pásem v akustice: 1 – Laboratorní zkoušky a m ení 2 – p enosové akustické pásmo HiFi p ístroj 3 – hra na klavír 4– e 5 – slyšitelnost u starších osob 6 – slyšitelnost u mladších osob
Slyšitelné pásmo Lidská e Infrazvuk (ot esy) 1
10 16
Ultrazvuk 50 63 100
3150 8000 20000 300
5000 10000
100000
f [Hz]
Zvukoizola ní pásmo Prostorová akustika Snižování hluku
Posuzování konstrukcí ve stavební akustice: f ∈[100; 3150] Hz
Zvuk ve stavební akustice Rychlost ší ení zvuku Rychlost ší ení zvuku ve vzduchu
c = 331,8 + 0,607.θ
(m.s-1)
Rychlost ší ení zvuku v n kterých materiálech a vlastnosti prost edí Název materiálu
c -3
(kg . m ) Armoperlit vyztužený 1100 Beton 2300 Bukové d evo 650 D evot ískové desky tlouš ky 15 mm 750 Dubové d evo (po vláknech) 800 Eternit tlouš ky 5 mm 1940 Hliník 2700 Hobrex tlouš ky 16 mm 520 Izoplat 275 Korek 250 ÷ 350 Lignát tlouš ky 6 mm 1000 M kká guma 900 M kká guma 830 Mineráln -vláknitá deska tvrdá 680 Mramor 2600 Ocel 7850 Olovo 11400 Polystyrén 13 PVC (novodur) 1445 P ekližka tlouš ky 5 mm 700 Pórobeton 550 Pórobeton 900 Plná pálená cihla 1800 Sádrové desky 1400 Sololit (tvrdý povrch) tlouš ky 5 mm 1100 Tvrdá guma 1500 Tvrdá guma 1100 Umakart tlouš ky 1,5 mm 1600 Voda 13°C 1000 Vzduch 20°C 1,2 Vzduch 1,18
z -1
(m . s ) 1325 3100 3900 2035 4000 3020 4800 755 900 500 1700 70 60 636 3800 5750 1300 315 852 3650 1140 1800 2300 2300 2165 1600 1400 2700 1400 444 340
(N . s . m-3) 1,5 . 106 7,1 . 106 2,5 . 106 1,53 . 106 3,2 . 106 5,9 . 106 1,3 . 107 3,9 . 105 2,5 . 105 1,2 ÷ 1,75 . 105 1,7 . 106 5,3 . 104 1,98 . 104 4,3 . 105 9,9 . 106 4,5 . 107 1,5 . 107 4,1 . 103 1,2 . 106 2,6 . 106 6,3 . 105 1,6 . 106 4,1 . 106 3,2 . 106 2,4 . 106 2,4 . 106' 1,5 . 106 4,5 . 106 1,4 . 106 4,07 . 102 4. 102
Rychlost ší ení zvuku v tuhých pružných látkách a kapalinách
cL =
E
ρ
Rychlost ší ení cB = 1,8.cL .h. f ohybových vln v deskových materiálech E – modul pružnosti (Pa) – objemová hmotnost (kg.m-3) h – tlouš ka desky (m) – teplota (°C)
(m.s-1)
(m.s-1)
Zvuk ve stavební akustice Akustický tlak a akustická rychlost: 1 pef = T
T
p 2 dt =
0
pmax =p 2 Minimální hodnota akustického tlaku, který lidské ucho pro f = 1000 Hz zachytí (práh slyšitelnosti) p0 = 2.10-5 Pa Práh bolesti p = 200 Pa
p : St ední hodnota akustického tlaku
p=
1 T
T
0
p dτ =
1 2T . pmax 2 pmax . = T π π
Akustický tlak p (Pa) klesá od bodového zdroje nep ímo úm rn vztahem: Akustický vlnový odpor z (akustická impedance)
z = c.ρ
(N.s.m-3)
p2 = p1.
r1 r2
Zvuk ve stavební akustice Akustická intenzita zvuku, akustický výkon: Akustický výkon P [W]
Zdroj zvuku Šepot
1.10-8 - 5.10-8
Lidská e
1.10-6 – 8.10-6
K ik
1.10-3 - 3.10-3
Klavír
0,1 – 0,2
Trubka
0,3 – 0,4
Automobilová houka ka
3–5
Symfonický orchestr
50 – 70
Poplachová siréna
až 1000
Nadzvukové letadlo
až 10.103
Vztah pro výpo et akustického výkonu P :
P = I .S
(W)
Zvuk ve stavební akustice Schéma pr b hu akustické intenzity v závislosti na vzdálenosti od akustického zdroje: Z S1 S2 =2 S1 2
r1
r2=2 r1
Vztah pro výpo et akustické intenzity I:
p2 I= ρc
(W.m-2)
Zvuk ve stavební akustice Hladina akustické intenzity I :
I LI = log I − log I 0 = log I0
I LI = 10 log I0
(B)
(dB)
Rozsah hodnot akustického tlaku a intenzity používaných ve výpo tové praxi
Zvuk ve stavební akustice Hladina akustické intenzity LI od n stejných zdroj zvuku
LI = LI + 10 log n
(dB)
Hladina akustického výkonu LP :
P LP = 10 log P0
(dB)
Hladina akustického tlaku Lp :
p L p = 20 log p0
(dB)
Zvuk ve stavební akustice P ekážka ve zvukovém poli v p ípad že platí: 1 - λ << 1, 2 - λ >> 1
Dopad a odraz zvukové vlny z bodového zdroje na p ekážku
λ - vlnová délka zvukové vlny,
1 – dopadající zvuková vlna pod úhlem 2 – odražená zvuková vlna pod úhlem
l – nejmenší rozm r p ekážky, d – vzdálenost zdroje od p ekážky
i r
,
Zvuk ve stavební akustice Ohyb zvukových vln p i pr chodu otvory
Zvuk ve stavební akustice Vznik akustického stínu za p ekážkou v závislosti na její velikosti 1- dopadající zvuková vlna, 2- odražená zvuková vlna, 3- sm r ší ení dopadajících zvukových vln, 4- sm r odražených zvukových vln, 5- zóna zvukového stínu
Zvuk ve stavební akustice Lom zvukových vln Vliv ší ení zvukových vln v závislosti na teplot [a, b] a sm ru v tru [c].
