Mechanizmy pohlcovania zvuku

Mechanizmy pohlcovania zvuku Premena zvukovej energie na inú (tepelnú, mechanickú): Premena kinetickej energie na tepelnú trením molekúl vzduchu v pórovitej látke Relaxačné premeny – lokálna periodická zmena tlaku vzduchu vyvolá zahriatie vzduchu a následný prestup tepla do pohltivého materiálu Nepružnou deformáciou pohltivého materiálu – energia spotrebovaná na deformáciu predstavuje úbytok zvukovej energie. Reálny pohltivý materiál – kombinácia týchto mechanizmov Množstvo premenenej energie úmerné amplitúde akustickej rýchlosti – frekvenčná závislosť Priestorová akustika. Katedra telekomunikácií a multimédií, EF Žilinská univerzita, doc. Ing. Martin Vaculík, PhD.

Klasifikácia materiálov z hľadiska pohltivosti: málo (< 0.25) – stredne (<0.6) – vysoko (> 0,6) Orientačné vlastnosti základných typov absorbérov

Fyzikálne vlastnosti pórovitých pohltivých materiálov: Poréznosť Y – pomer objemov pórov VP k celkovému objemu materiálu VT: Y= VP / VT Požadovaná poréznosť je Y > 0,6. Dobrý materiál 0,8 – 0,9.  v Merná akustická impedancia ZM / pomer ak. tlaku p a ak. rýchlosti:

Z M  RM  X M 

p 

v

[Pa.s.m-1]



Priestorová akustika. Katedra telekomunikácií a multimédií, EF Žilinská univerzita, doc. Ing. Martin Vaculík, PhD.

1 R R  0,5  0,25 M  A   RA RM 

RM – merný akustický odpor XM – merná akustická reaktancia

Úplná pohltivosť ak hodnota RM je rovná vlnovému odporu vzduchu ( . c = Ra  416 Pa.s.m-1 )

Odpor proti prúdeniu vzduchu:

p Rp  u.S

[Pa.s.m-3]

Kde: p je rozdiel tlakov pred/za materiálom u.S – objemová rýchlosť prúdiaceho vzduchu kolmo na plochu S. Veľkosť Rp závisí na štruktúre materiálu, poréznosti. Činiteľ štruktúry – definuje štruktúru látky, vždy > 1. Typ termodynamických procesov v materiále n – definuje ako dochádza k okamžitej výmene tepla pri pohlcovaní: Pomalé zmeny tlaku (nízke ak. frekvencie) – izotermický dej, teplo sa odovzdáva. n= 1 Rýchle zmeny tlaku – teplo sa nestihne odovzdať – adiabatický dej. Úzka oblasť stredných frekvencií – polytropicky.

1,4 > n > 1

Materiál: čadičová vata, minerálna vata, molitan, heraklit.


n= 1,4

Meranie pohltivosti materiálu: Kundtova impedančná trubica:

Dvojica tlakových mikrofónov, vyhodnocuje sa rozdiel tlakov s použitím prenosových funkcií prostredia a materiálu Predpokladá sa šírenie postupnou rovinnou vlnou

Akustický tlmiaci obklad na pevnej stene Pevná stena – uzol akustickej rýchlosti (nulová rýchlosť) Prvá kmitňa vo vzdialenosti

/4

Frekvenčne závislá pohltivosť, maximum pre: c – rýchlosť šírenia zvuku d – hrúbka obkladu (d = 10 cm, f



850 Hz)

f max

c  4d

fs 

c h 10. f max


c 10d

Príklad: Absorbčná platňa Eurofoam SOOO Typ /125 Hz /250 Hz /500 Hz S000-030 0,036 0,091 0,19 S000-150 0,53 0,81 0,90

/1000 Hz

/2000 Hz

/4000 Hz

0,52 0,96

0,88 0,97

0,94 0,99

Nevhodné pre nízke frekvencie Musí byť použitá dostatočná hrúbka obkladu Jednoduchá montáž


Selektívne potlačenie frekvenčného pásma Umiestenie tenkého pohltivého materiálu do vzdialenosti a = Pohlcovaná základná frekvencia a nepárne násobky

/4

/4

Pohlcovanie zvukovej energie rezonanciou Dopad akustických vĺn na mechanický rezonátor vynucuje kmitanie rezonátora. Pri zhode frekvencie rezonátora a budiacej energie „odsávanie“ energie a vybudenie kmitov rezonátora. Kmitajúca membrána Analógia závažia na pružine – poddajnosť pružiny  poddajnosť vzduchovej vrstvy Hrúbka membrány  0 Malá ohybová tuhosť, piestový pohyb membrány s malým rozkmitom

c f  2 pre vzduch:

 .S m.d S f  60 m.d

 - merná hmotnosť vzduchu (1,21 kg.m-3)

S – plocha membrány [m2] m – hmotnosť membrány [kg] d – hrúbka vzduchovej medzery [m]


( S = 1 m2, m = 1 kg, d = 10 cm, f = 190 Hz napr. novodur 1450 kg.m3) Potlačenie nízkych frekvencií vyžaduje veľkú hmotnosť membrány Vyplnenie časti vzduchovej vrstvy pohltivým materiálom – zníženie kvality – rozšírenie potláčaného frekvenčného pásma – nesmie brániť kmitaniu membrány Kmitajúca doska (rozmery a x b, hrúbka dosky h [m]) Tuhosť dosky podstatne vyššia ako poddajnosť vzduchovej vrstvy Kmitanie v 2D priestore – okrem základného módu 0,0 aj vyššie módy (0,1; 1,0; 1,1…)


f p ,q

2 2 2 4   1  S . .c S .  p   q   E.h3         2.  m.d m  a   b   12 1   2





   

E- Youngov modul pružnosti použitého materiálu m – hmotnosť dosky p, q = 0, 1, 2... módy kmitania  - merná hmotnosť vzduchu (1,21 kg.m-3)  - Poissonovo číslo materiálu (pomer deformácie v priečnom/pozdĺžnom smere, korok  = 0, betón  = 0,2 guma  = 0,5 ...)


Výkonovo dominantný mód je 0,0. Pri zjednodušení stačí použiť vzťah pre membránu. Príklad: Sádrokartón hrúbka 12,5 mm, 12 kg.m-2, okno 3 mm Typ Rigips Okno

/125 Hz /250 Hz 0,29 0,35

0,1 0,25

/500 Hz

/1000 Hz

/2000 Hz

/4000 Hz

0,05 0,18

0,04 0,12

0,07 0,07

0,09 0,04


Helmholtzov rezonátor Najstarší typ akustického absorbéra (Grécko, vázy,.....) Sériový rezonančný obvod tvorený akustickou poddajnosťou (dutina s objemom V má poddajnosť C) a akustickou zotrvačnosťou (hrdlo s plochou S a dĺžkou L, hmotnosť vzduchu m) Piestový pohyb vzduchu s objemom S.L korigovaný o spolukmitanie molekúl pred/za hrdlom, efektívna kmitajúca dĺžka stĺpca:

Lef  L  0,8 S Nízke tlmenie rezonátora, Ra 0, rezonančná frekvencia:

c.S fr  2



c  m.V 2

Vplyvom ak. odporu Ra sa zníži kvalita a rezonančná frekvencia:

1 fr  2. Kde

Ma 

m  .Lef  2 S S

 1  Ra     M a .C a  2.M a

  

2

  

je akustická hmota kmitajúceho vzduchu

Ca 

V  .c 2

akustická poddajnosť dutiny


S Lef .V

Ra 

. f 2 c

akustický odpor.

Nezatlmený rezonátor – vysoká kvalita, ale astabilita, dokmitávanie Kvalita závisí na pomere Ma / Ca a R Tlmením sa znižuje kvalita a absorber je širokopásmovejší

 Lef Ma Q  0  2 V . R  S

  

3

Najčastejšie riešenie – perforovaný panel

Stot  a.b

Sr   Sn n

c fr  2

 d .hef

Sr   Stot

Sr hef  h  0,8 n


Na frekvenciách mimo pohlcujúcu oblasť odraz – záleží na povrchovej úprave absorbéra Hodnota

 > 0,15 – prestáva rezonančný efekt v prospech plošného absorbéra

Kombinované systémy - radenie absorbérov za sebou do kaskády

Praktické príklady absorbérov na princípe „Helmholtz“ Kazetové podhľady OBIFON Odsadenie od steny d = 50 mm, 50 mm výplň Typ

Otvor [mm]



[%]

/125

250 Hz

500 Hz 1 kHz 2 kHz

4 kHz

Hz

D2-16R

2

1.2

0.75

0.75

0.35

0.1

0.1

-

D2-16D

2

2.5

0.70

1,0

0.70

0.25

0.1

-

D4-32D

4

2.4

0.65

0.80

0.60

0.1

0.05

-

D6-32D

6

5.5

0.6

0.95

0.85

0.6

0.3

-

D8-32D

8

9.8

0.55

0.9

1

0.75

0.50

-


Rigiton RL15-30 Priemer otvorov: 15 mm Vzdialenosť otvorov: 30 mm Percentuálny podiel otvorov:



= 19,6%


Závislosť na veľkosti vzduchovej medzery a tlmenia medzera

Tlmenie

/125 Hz

250 Hz

500 Hz 1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

50 mm

–-

0,15

0,23

0,62

0,87

0,53

0,27

200 mm

–-

0,45

0,69

0,90

0,53

0,48

0,33

200 mm

50 mm

0,60

1,0

1,0

0,85

0,71

0,50


Rigiton 8 -15-20 Priemery otvorov 8 mm, 15 mm, 20 mm – nepravidelné dierovanie Percentuálny podiel otvorov:  = 6%

medzera

Tlmenie

/125 Hz

250 Hz

500 Hz 1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

50 mm

–-

0,15

0,40

0,68

0,55

0,23

0,06

200 mm

–-

0,45

0,75

0,64

0,40

0,22

0,12

200 mm

50 mm

0,60

0,73

0,67

0,52

0,30

0,18

Rigiton Line 4 Štrbinové výrezy 6/9 x 95 mm Percentuálny podiel otvorov:  = 18 % Priestorová akustika. Katedra telekomunikácií a multimédií, EF Žilinská univerzita, doc. Ing. Martin Vaculík, PhD.

medzera

Tlmenie

/125 Hz

250 Hz

500 Hz 1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

45 mm

–-

0,18

0,30

0,65

0,80

0,55

0,40

45 mm

50 mm

0,38

0,65

0,90

0,85

0,65

0,60

100 mm

75 mm

0,70

0,95

0,85

0,70

0,60

0,55

185 mm

–

0,50

0,60

0,62

0,60

0,60

0,60


Akustické telesá: Priestorové geometrické útvary zavesené individuálne alebo v skupinách v miestach zdrojov hluku Kocka/ihlan/kváder vyplnený pohltivým materiálom: veľká plocha vzhľadom k rozmerom Vysoký činiteľ pohltivosti už od nízkych frekvencií Zvyšovanie absorbčného efektu kombináciou telies – vďaka ohybu vĺn môže byť absorbčný činiteľ tesne pod/nad hodnotu 1 Typ Sabine/125 Hz /250 Hz /500 Hz /1000 Hz /2000 Hz /4000 Hz

40x40x40 0,31 0,88 1,22 1,22 1,17 1,06

60x60x60 0,97 1,96 2,56 2,56 2,36 2,34


Jednotky pohltivosti v ktorých udávajú výrobcovia absorbčné parametre Činiteľ pohltivosti



(0....1)

Činiteľ pohltivej plochy Sabin

(štvorcové stopy, 0,093 m2)

Činiteľ pohltivej plochy Sabin

(štvorcové metre).

Noise Reduction Coefficient, NRC: merajú sa absobčné koeficienty vo štyroch pásmach šírky 1/3 oktávy so stredovými frekvenciami 250, 500, 1000 a 2000 Hz. Aritmetický priemer týchto hodnôt zaokrúhlených na n x 0,05 sa udáva ako NRC (ASTM 423 90a). Vážený absobčný koeficient , Alpha w: Merané hodnoty absobčných koeficientov vo štyroch pásmach šírky 1/3 oktávy so stredovými frekvenciami 250, 500, 1000, 2000 a 4000 Hz sa konvertujú do oktávových pásiem a vynesú do grafu. Hodnoty sa porovnávajú s referenčnou krivkou a vyjadrujú sa v násobkoch n x 0,05 (EN ISO 11654).


Úprava (znižovanie) doby dozvuku v uzatvorenej miestnosti

0,164.V 0,164 T     .S S .T

0,164.V Tnew   .S  S abs    new.S abs

 1 1 0,164.V .   Tnew T   S abs  0,164.V  new  T .S


Mechanizmy pohlcovania zvuku

Recommend Documents