Telpas akustika – skaņas absorbcija

Telpas akustika parāda, kā skaņa izturas telpā. Tas nozīmē, ka klausītājs un skaņas avots atrodas vienā un tajā pašā telpā. Ja telpā nav gandrīz nevienas skaņu slāpējošas virsmas (siena, jumts un grīda), skaņa „atlēks” no virsmām un paies ilgs laiks, pirms skaņa izzudīs. Klausītājam šādā telpā ir grūti uztvert runātāju, jo viņš dzird gan tiešo skaņu, gan atkārtotos atstarotās skaņas viļņus.

Savukārt, ja virsma ir pārklāta ar skaņu slāpējošu materiālu, atstarotā skaņa pavājināsies daudz ātrāk un klausītājs dzirdēs tikai tiešo skaņu. Arī vispārējais skaņas līmenis telpā samazināsies.

Telpas akustika – skaņas absorbcija

Materiāla skaņas absorbēšanas īpašības tiek izteiktas ar skaņas absorbcijas koeficientu α (alfa), kā frekvences funkciju. Alfa (α) diapazons ir no 0 līdz 1,00 (no pilnīgas atstarošanas līdz pilnīgai absorbcijai).

Skaņas absorbentus var iedalīt trīs galvenajās kategorijās: 

  • poraini absorbenti; 
  • rezonanses absorbenti; 
  • atsevišķi absorbējoši objekti.

 

Poraini absorbenti

Labs poraina absorbenta piemērs ir akmens vate. Kad skaņas vilnis iekļūst akmens vatē, skanas enerģija berzes rezultātā pārvēršas siltumā.

Materiāla biezumam ir liela ietekme uz materiāla skaņas absorbēšanas īpašībām. Augstas frekvences (virs 500 Hz) ir vieglāk apslāpēt ar 30-50 mm biezu akmens vati. Daudz grūtāk ir ar skaņām, kuru frekvence ir zem 500 Hz. Šajā gadījumā ir nepieciešamas biezākas akmens vates plāksnes, lai nodrošinātu labāku skaņas aborbciju. Materiālu biezumu var arī kompensēt ar gaisa telpu aiz akustiskiem griestiem vai sienas paneļa, lai uzlabotu zemes frekvences darbību.

Ļoti svarīgi ir uz šo skaņas absorbentu virsmas neuzklāt gaisu necaurlaidīgu kārtu, piemēram, pretkondensācijas materiālu vai krāsu, kas būtiski samazinās skaņas absorbēšanas īpašības. Šajā attēlā jūs varat redzēt gaisa necaurlaidīgas kārtas ietekmi (punktotā līnija).

Akmens vates izolācijas skaņas absorbcijas līknes

Šeit ir iekļauti daži noteiktu materiālu praktiskie absorbcijas koeficienti:

Frekvenču josla (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
Betons

0.02

0.02 

0.02 

0.02 

0.03 

0.04 

Ģipškartona loksne uz statņa  

0.2

0.15

0.1

0.08

0.05

0.05

Logi

0.35

0.25

0.18

0.12

0.07

0.04

50-mm akmens vates plāksne*

0.2

0.65

1.0

1.0

1.0

1.0

100-mm akmens vates plāksne*

0.45

0.9

1.0

1.0

1.0

1.0

* ar cietu atbalsta materiālu

Rezonanses absorbenti

Rezonanses absorbenti sastāv no mehāniskām vai akustiskām svārstību sistēmām. Viens piemērs ir membrānas absorbents, piemēram, cieta plāksne, aiz kuras ir blīva gaisa telpa. Skaņas absorbcija sasniedz maksimumu rezonanses frekvencē. Ja tukšā vieta tiek piepildīta ar porainu materiālu, piemēram, akmens vati, skaņas absorbcija frekvences diapazonā palielinās.

Atsevišķi absorbējoši objekti

Šajā kategorijā ietilpst tādi objekti kā galdi, krēsli, cilvēki utt. To absorbcija parasti tiek izteikta katram objektam kā m2 Sebina formulā.

Telpas reverberācijas laiks parāda, cik ilgi tajā saglabājas akustiskā enerģija. Parasti to definē kā laiku, kas nepieciešams, lai akustiskā intensitāte samazinātos vienu miljonu reižu (60 dB).

Ņemot vērā to, ka, diezgan skaļi sasitot plaukstas, tiek radīti aptuveni 100 dB (SPL) un, čukstot, aptuveni 40 dB, var viegli noteikt ēkas reverberācijas laiku, sasitot plaukstas un klausoties, cik ilgi telpā varēs dzirdēt radīto skaņu, ar nosacījumu, ka telpai nav neparasta forma un ka tā ir pietiekami klusa.

Atsevišķi absorbējoši objekti

Nelielā telpā vai zālē (tilpums <1000m3), kurā izkliedējas skaņas lauks un vidējais absorbcijas līmenis ir mazāks par 0,3, reverberācijas laika aprēķināšanai var izmantot empīrisku formulu, ko sauc par Sebina formulu:

RT = 0.16 x V / A


T = reverberācijas laiks, s
V = telpas tilpums, m3
A = (Σ virsmas laukums (S) x α) = telpas absorbcijas laukums, m2

Telpas absorbcijas laukums A ir katra virsmas laukuma S summa, kas reizināts ar tā absorbcijas koeficientu α. 
Piemēram, ja vēlamais reverberācijas laiks klasē ir 0,8 sekundes, telpas izmēri ir 6 x 10 x 3 m, un ir paredzēts izmantot 45 m2 skaņu absorbējoša griestu materiāla, kāds ir nepieciešamais izstrādājuma absorbcijas koeficients? 

Atbilde: A = 0.16 x V/T = 0.16 x 180/0.8 = 36 m2 x α = 36/45 = 0.8

Optimālais telpas reverberācijas laiks ir atkarīgs no telpas izmēra, veida un tajā izmantotajiem materiāliem. Ikviens objekts, kas atrodas ierobežotajā telpā, ieskaitot cilvēkus un viņu mantas, var ietekmēt reverberācijas laiku.

Telpām, kurās tikai runās, ir nepieciešams mazāks reverberācijas laiks, nekā telpām, kurās tiks spēlēta mūzika. Lielāks reverberācijas laiks var apgrūtināt runas saprašanu. No otras puses, ja reverberācijas laiks ir pārāk īss, tas var negatīvi ietekmēt tonālo līdzsvaru un skaļumu.

Trokšņa samazināšana lielās ražošanas telpās

Ražošanas telpās, kuru tilpums pārsniedz 1000m3, augstums parasti ir daudz mazāks nekā telpas platums un garums. Šajā gadījumā augstumam un aprīkojuma blīvumam ir būtiska ietekme uz skaņas lauku. Šādā telpā skaņas lauks parasti neizkliedējas un tādēļ nav vērts aprēķināt reverberācijas laiku, izmantojot Sebina formulu.