Mechanizmy pohlcovania zvuku

Transkript

1 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

2 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 V P k celkovému objemu materiálu V T : Y= V P / V T Požadovaná poréznosť je Y > 0,6. Dobrý materiál 0,8 0,9. Merná akustická impedancia Z M / pomer ak. tlaku p a ak. rýchlosti: Z M R M X M p v [Pa.s.m -1 ] v 1 R 0,5 0,25 R M A R R A M

3 R M merný akustický odpor X M merná akustická reaktancia Úplná pohltivosť ak hodnota R M je rovná vlnovému odporu vzduchu (. c = R a 416 Pa.s.m -1 ) p R p u. Odpor proti prúdeniu vzduchu: [Pa.s.m -3 ] Kde: p je rozdiel tlakov pred/za materiálom u. objemová rýchlosť prúdiaceho vzduchu kolmo na plochu. 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. n= 1,4 Úzka oblasť stredných frekvencií polytropicky. 1,4 > n > 1 Materiál: čadičová vata, minerálna vata, molitan, heraklit.

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 h 10. f c 4d max c f s 10d

5 Príklad: Absorbčná platňa Eurofoam OOO Typ /125 Hz /250 Hz /500 Hz /1000 Hz /2000 Hz /4000 Hz ,036 0,091 0,19 0,52 0,88 0, ,53 0,81 0,90 0,96 0,97 0,99 Nevhodné pre nízke frekvencie Musí byť použitá dostatočná hrúbka obkladu Jednoduchá montáž

6 elektívne potlačenie frekvenčného pásma Umiestenie tenkého pohltivého materiálu do vzdialenosti a = /4 Pohlcovaná základná frekvencia a nepárne násobky /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 f c 2 pre vzduch:. m. d f 60 m. d - merná hmotnosť vzduchu (1,21 kg.m -3 ) plocha membrány [m 2 ] m hmotnosť membrány [kg] d hrúbka vzduchovej medzery [m]

7 ( = 1 m 2, m = 1 kg, d = 10 cm, f = 190 Hz napr. novodur 1450 kg.m 3 ) 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 )

8 f p, q c. p q E. h 2 2. m. d m a b 12 1 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...)

9 Výkonovo dominantný mód je 0,0. Pri zjednodušení stačí použiť vzťah pre membránu. Príklad: ádrokartón hrúbka 12,5 mm, 12 kg.m -2, okno 3 mm Typ /125 Hz /250 Hz /500 Hz /1000 Hz /2000 Hz /4000 Hz Rigips 0,29 0,1 0,05 0,04 0,07 0,09 Okno 0,35 0,25 0,18 0,12 0,07 0,04

10 Helmholtzov rezonátor Najstarší typ akustického absorbéra (Grécko, vázy,...) ériový rezonančný obvod tvorený akustickou poddajnosťou (dutina s objemom V má poddajnosť C) a akustickou zotrvačnosťou (hrdlo s plochou a dĺžkou L, hmotnosť vzduchu m) Piestový pohyb vzduchu s objemom.l korigovaný o spolukmitanie molekúl pred/za hrdlom, efektívna kmitajúca dĺžka stĺpca: L ef L 0, 8 Nízke tlmenie rezonátora, R a 0, rezonančná frekvencia: Vplyvom ak. odporu R a sa zníži kvalita a rezonančná frekvencia: f r c. 2 mv. c 2 L ef. V f r 1 2. M 1. a C a R a 2. M a 2 Kde M a m 2. L ef je akustická hmota kmitajúceho vzduchu C a V.c 2 akustická poddajnosť dutiny

11 . f c R a 2 akustický odpor. Nezatlmený rezonátor vysoká kvalita, ale astabilita, dokmitávanie Kvalita závisí na pomere M a / C a a R Tlmením sa znižuje kvalita a absorber je širokopásmovejší Q M Najčastejšie riešenie perforovaný panel 2 Lef a 0 V. R 3 a. b tot r n n r tot f r c 2 d. h ef hef h 0, 8 r n

12 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 Hz 250 Hz 500 Hz 1 khz 2 khz 4 khz D2-16R D2-16D , D4-32D D6-32D D8-32D

13 Rigiton RL15-30 Priemer otvorov: 15 mm Vzdialenosť otvorov: 30 mm Percentuálny podiel otvorov: = 19,6%

14 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, mm - 0,45 0,69 0,90 0,53 0,48 0, mm 50 mm 0,60 1,0 1,0 0,85 0,71 0,50

15 Rigiton 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, mm - 0,45 0,75 0,64 0,40 0,22 0, 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 %

16 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, mm 75 mm 0,70 0,95 0,85 0,70 0,60 0, mm 0,50 0,60 0,62 0,60 0,60 0,60

17 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 40x40x40 60x60x60 abine/125 Hz 0,31 0,97 /250 Hz 0,88 1,96 /500 Hz 1,22 2,56 /1000 Hz 1,22 2,56 /2000 Hz 1,17 2,36 /4000 Hz 1,06 2,34

18 Jednotky pohltivosti v ktorých udávajú výrobcovia absorbčné parametre Činiteľ pohltivosti (0...1) Činiteľ pohltivej plochy abin (štvorcové stopy, 0,093 m 2 ) Činiteľ pohltivej plochy abin (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 (ATM a). 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 IO 11654).

19 Úprava (znižovanie) doby dozvuku v uzatvorenej miestnosti 0,164. V 0,164 T.. T T new 0,164. V. abs new. abs abs 1 1 0,164. V. Tnew T 0,164. V new T.