سیستم های کنترل صدا
سیستم های کنترل صدا
انواع سیستم ها
سیستم هایی که برای کنترل صدا و ارتعاش مورداستفاده قرار می گیرند، شامل محصولات یا سیستم های مرکبی هستند که عموما برای مقاصد خاص طراحی شده اند. این سیستم ها هم می توانند به طور سفارشی برای مقاصد خاص تهیه شوند و هم مواد معمولی در دسترس باشند. فهرست های ارائه شده در کاتولوگ ها به طور کلی یا توسط داده های آزمایشگاهی و یا آزمایشات میدانی به دست می آیند. بیشتر این محصولات ترکیبی از مواد جاذب صوت، مانع های صوتی، میرا کننده ها و عایق های ارتعاشی در یک بخش واحد می باشند. میزان افت صدای ارائه شده توسط هر یک از این سیستم ها، به نوع استفاده ی آن سیستم خاص وابسته است. با توجه به عملکرد اصلی و پایه ی هر یک از این سیستم ها، این محصولات به چهار گروه طبقه بندی می شوند که عبارتنداز:
· سیستم های جاذب صوت
· سیستم های مانع صوتی
· صدا خفه کن ها
· سیستم های کنترل ضربه و ارتعاش
اصولا سیستم های جاذب صوت، برای جذب اصواتی است که سطح آنها در مواجهه مستقیم با موج صوتی باشد. این سیستم ها ممکن است مانع های صوتی خوب و یا ضعیفی باشند. برای نمونه، عموماً سقف ها برای جذب صدا طراحی می شوند اما در بعضی شرایط بهتر است تا سقف به عنوان یک مانع صوتی عمل کند، در نتیجه، تعدادی از سیستم های سقف، برای انجام هر دو کار طراحی شده اند.
به منظور جلوگیری از انتقال صدا از فضایی به فضای دیگر سیستم های مانع صوتی طراحی و مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین به علت انعکاس صوت در محیط های بسته، می توان به این موانع، جاذب های صوتی اضافه کرد تا افت صدای منتقل شده افزایش یابد. برای افزایش عملکرد دیوار صوتی در بسیاری از سیستم های مانع صوتی از مواد میراکننده ی ارتعاش و یا پایه های عایق ارتعاشی استفاده می شود. طراحی صحیح یک دستگاه و یا یک محفظه مناسب که قابلیت افت صدای بالائی دارد، شامل تمامی این سیستم ها است.
صدا خفه کن ها ابزارهایی هستند که در لوله ها یا سیستم های مجاری هوا مورد استفاده قرار می گیرند تا صدایی را که از بخشی به بخش دیگر و یا به هوا (اتمسفر) منتقل می شود را کاهش دهند. طراحی این دستگاه ها به گونه ای است که صدا را بدون تداخل در عبور هو یا سیالی که در سیستم جاری است کاهش می دهند. مکانیزم کنترل صدا در این دستگاه ها شامل جذب، مانع ها و عدم همفازی و یا فن آوری نوینی به نام کنترل فعال صدا می باشد.
سیستم های کنترل ضربه و ارتعاش، سیستم هایی هستند که از انتقال ارتعاش و یا ضربه از عضو محرک به عضو ثابت جلوگیری می کنند. چنین سیستم هایی معمولا از خصوصیات جاذب های صوتی یا موانع صوتی بهره نبرده بلکه در آن ها از مواد میراکننده استفاده می شود.
سیستم های جاذب صوت
سیستم های جاذب صوت شامل سیستم های آزاد و سیستم های سازه ای می باشند.
سیستم های آزاد جاذب صوت، جاذب های صوتی هستند که خود عضوی از سیستم سازه نمی باشند، و به طور جداگانهبه سازه افزوده شده و می توان آن ها را به آسانی از روی سازه برداشت. سیستم های آزاد شامل جاذب های معلق و یا سطوح با لبه های آزاد می باشند. سیستم های جاذب صوتی سازه ای، در بنای اصلی ساختمان وارد شده و قسمتی از سازه ی کلی را تشکیل می دهد. چنین سیستم هائی شامل جاذب های کف، سقف ها و پرده های جداکننده می باشند. هدف اصلی تمامی سیستم های جاذب صوتی، کاهش صدای ایجاد شده در یک مکان از طریق جذف صوت قبل و یا در زمان بازتاب آن از سطوح و دیوارهای آن مکان می باشد. یک سیستم جاذب صوت ایده آل، همان فضای باز در آسمان است، زیرا اصواتی که به سمت آسمان می روند، منعکس نمی شوند. نتیجه این امر، کاهش صدا و پژواک ها است که فضا را از جنبه ی آکوستیک، مطلوب می سازد.
با دانستن ضریب جذب صوتی تمامی سطوح اتاق، به انضمام مبلمان، چارچوب ها، موج گیرها، سقف ها، دیوارها، کف پوش ها و ... و همچنین با دانستن ابعاد اتاق، می توان با دقت قابل ملاحظه ای زمان بازآوائی را در فرکانس های مختلف، پیش بینی کرد. می توان میزان افت صدایی را که از طریق افزودن مواد و سیستم های جاذب صوت قابل انتظار است، توسط این داده ها پیش بینی کرد.
سقف ها
سیستم های سقف، متداول ترین سیستم های جاذب صوتی مورد استفاده در آکوستیک هستند. انواع متنوعی از سیستم های آکوستیکی سقف وجود دارد، از کاشی هایی که در اداره ها و خانه ها مشاهده می شود گرفته تا صفحه های ضخیم تر و سخت تر که در محیط های صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. قابلیت جذب سقف های آکوستیکی جدید در واحد NRC' از حدود 0.3 تا بیش از 1.0 می باشد.
تست های آزمایشگاهی صوتی نشان می دهد که مقدار معمول NRC در حدود بین 0.55 تا 0.7 می باشد. این موارد شامل سقف هایی از فیبرهای چوبی، الیاف شیشه و دیگر الیاف معدنی است. تست های انجام شده شامل چگالی و ضخامت های متداول مورد استفاده در سقف ها می باشد. بهترین جاذب های موثر عبارتنداز: شیشه با چگالی کم (سبک) و یا فیبر ورقه های معدنی (کانی) که در فرآیند خشک ساخته شده اند. NRC های نزدیک به واحد را می توان از طریق محصولی با ضخامت 1 تا 2/1 اینچ و چگالی 4 تا 6 پوند بدست آورد. بیشتر کاشی های سقفی معدنی و چوبی با تراکم 20 -10 پوند و با NRC بین 0.5 تا 0.6، از طریق فرآیند مرطوب تولید می شوند.
لازم به ذکر است که سقف ها براساس روش ASTM-C-423 و بر روی پایه ی ثابت E-405 به فاصله 16 اینچ از سقف، آزمایش می شوند.
تاثیر این پایه افزایش قدرت جدب در دامنه ی فرکانس های پایین است که می توان این افزایش را از طریق پایه های نوع A بدست آورد که در این نوع از پایه ها، ماده ی موردنظر مستقیما به سطح پایه متصل می شود.
بنابراین لازم است که نتایج آزمایشات مواد بر روی پایه ی یکسان، با یکدیگر مقایسه شود. همچنین بایستی نتایج در تمامی سطوح فرکانسی نیز موردتوجه قرار گیرند. به منظور حصول بهترین نتیجه می بایست محصولی انتخاب گردد تا بهترین عملکرد را در محدوده فرکانسی غالب محیط ارائه دهد. به طور مثال، برای حذف صداهایی با فرکانس بالا، می بایست محصولی را انتخاب نمود که بهترین ضریب جذب را در پهنای فرکانسی بالا داشته باشد. در مقابل، برای کاهش صدای با فرکانس پایین یا صدای م، باید به ماده ای با ریب جذب بالا در بیناب فرکانسی پایین تمرکز نمود. گرچه NRC، یک اندیس تک عددی بسیار مناسبی است، ولی در واقع تنها میانگین عملکرد ماده جاذب در فرکانس های مختلف بوده و نمی تواند اطلاعات کافی را برای انتخاب محصولی در موقعیت های خاص فراهم کند. در واقع NRC به شکل ابتدایی تنها برای صدای مکامله به کار گرفته می شود و در بیشتر موارد کنترل صدا در صنعت یک شاخص گمراه کننده است.
سیستم های سقف، از ورقه های سقف، چهارچوب های پشتیبان، خروجی های HVAC، سیستم های روشنایی و بخش های مشابه دیگر تشکیل شده اند. در حالی که بیشتر ارزیابی ها تنها با استفاده از داده های ضرایب جذب سطحی مواد مورد استفاده سقف بدست می آیند، سایر اجزای سیستم می توانند تاثیر مضری بر نتایج پیش بینی شده داشته باشند.
به طور مثال، در برخی از سیستم های سقفی، حاوی حدود 50 درصد چراغ های ثابت با لنزهای بازتاب دهنده ی بالای صوتی هستند. واضح است که محاسبات انجام شده بر روی چنین سیستمی می باید شامل توانائی جذب لنزهای ثابت و کاشی های سقف، به عنوان درصدی از اجزای کار ناحیه سقف باشد. همچنین، چهارچوب و دیگر اجزای سقف که در مقایسه با سطح سقف، مقدار قابل ملاحظه ای نمی باشند، می توانند تاثیرگذار باشند. در همین حال، سیستم های سقفی طاقدار نیز دارای اهمیت هستند. در صورت امکان، مقادیر جذب صوت باید در سیستم به طور کل، بدست آید. هر گاه سطح ماده جاذب مورد استفاده در سقف افزایش یابد در نتیجه پتانسیل جذب آکوستیکی بیشتر می شود. به هر حال، در فرکانس های مختلف، نکات بسیار ریزی وجود دارد که ممکن است بر اندازه های پیش بینی شده تاثیر متضادی بگذارد.
سیستم های بام و کف
سطوح زیرین روباز و یا قسمت های سقفی بام و سطوح کف زمین را می توان به گونه ای طراحی نمود که دارای سطح جاذب صوت باشند. جذب صدا از طریق تبدیل (ارائه) سطوح بدون پوشش جذب کننده صدا بدست می آید.
در بعضی از سیستم ها با جایگزین کردن لایه های جذب کننده صدا در فضای داخلی و پشت یک سیستم مشبک فولادی مسطح، صدا جذب می شود. مشبک نمودن سطح ظاهری نمای سقف باعث می گردد تا صدا بتواند به سطوح جاذب صوت برسد.
مواد ضد آتش سبک، پف کرده و یا پر منفذ را می توان روی سطوح پوشاند. معماری های فوق مدرن اخیر باعث شده که قسمت درونی سطوح بام در دفاتر کار، کلیساها، مدارس، کارخانه و غیره مستقیما در معرض دید باشند. جذب بیشتر صدا که توسط چنین طرح های صوتی تامین شده است باعث کاهش زمان بازآوائی اتاق ها می گردد. پایه های مواد جاذب تست شده معمولا از نوع A می باشند.
تدابیر عملیاتی برای دیوارها
روی دیوارها را می توان برای افزایش جذب صدا و در نتیجه افزایش قابلیت آکوستیکی اتاق با انواع روکش ها پوشاند. این روکش ها از مواد گوناگونی ساخته شده و به صورت پوشش هایی با رنگ های خوشاند و سطوح شکیل قابل دسترسی می باشند.
این پوشش ها را می توان با استفاده از فیلم های نازک، پارچه های بافتنی، شبکه های فلزی و ورقه های فلزی مشبک روی دیوار به روش های گوناگونی نصب کرد. ماد مورد استفاده در پشت پوشش های فوق معمولا از موادی با قدرت جذب کنندگی بالا مانند پشم شیشه می باشند. به منظور افزایش کارآیی جذب صوتی معمولا از فاکتور ضخامت استفاده می شود که این امر مخصوصا برای فرکانس های پایین موثر است.
فاصله گذاشتن بین دیوار اصلی و دیوار جاذب جلوئی باعث افزایش موثر ضخامت دیوار و در نتیجه افزایش جذب صدا در فرکانس های متفاوت می شود. علاوه بر پوشش های جاذب یکسره دیوار، جذب کننده های زینتی نیز قابل استفاده هستند.
جهت مقایسه عملکرد این دویارها در تست های آزمایشگاهی باید از پایه های نوع A استفاده می شود. (پایه مقستقیما به سمت سطح (سخت) باشد) نکته قابل ذکر آن است که قاعدتا مواد پوششی روی سطح دیوار تاثیر زیادی بر عملکرد آکوستیکی دیوار خواهند داشت مگر اینکه لایه پوششی بین 20 تا 30 درصد فضای آزاد داشته و مقاومت قابل توجهی در مقابل انتقال موج صوتی به ورقه اصلی (پایه) نداشته باشد. به همین دلیل تست های آکوستیکی روی این سطوح بایستی پس از تکمیل دیوار و روکش های جاذب آن انجام گردد. در مناطقی که موج صوتی با زوایای خاص به سطح دیوار برخورد می کند لذا تجزیه و تحلیل های آزمایشگاهی خاص نیز موردنیاز خواهد بود.
پارتیشن ها یا جداکنندگان بلند یا نیمه بلند
پارتیشن های بلند یا نیمه بلند را می توان برای تقسیم کردن یک فضا (یا اتاق) به شکل دائمی یا موقت استفاده کرد. برای جدا کردن یک منطقه پر صدا ممکن است این پارتیشن ها در یک کارخانه یا مدرسه، به شکل متحرک ساخته شوند. در یک دفتر کار با طرح باز این جداکننده ها به نام های سطوح متحرک، سطوح آکوستیکی، و یا پارتیشن های نیمه بلند قابل انتقال خوانده می شود.
به منظور کاهش انعکاسات صدای مکالمه افراد از یک سطح به فضای کاری عموما این دیوارها شامل روکش هایی با قدرت جذب صوتی بالا هستند. لازم به ذکر است که استفاده از این سطوح به منظور کاهش زمان بازآوائی نیست زیرا این امر توسط سطوح بزرگ تری همچون سقف یا کف قابل حصول است.
ارتفاع و محل قرارگیری موانع نیمه بلند باید به گونه ای باشد که از انتقال موج صوتی مستقیم به گیرنده جلوگیری کند. باید توجه داشت که وجود مانع صوتی می تواند بطور قابل توجهی تاثیر منفی بر خصوصیات جذب صدای بعضی از سیستم ها داشته باشد. به عنوان مثال جهت غلبه بر مشکل فوق در دفاتر کار یا طرح بسته در واقع به جای مانع های نیمه بلند از مانع های بلند (کامل) استفاده شده که این مانع ها نیز با استفاده از جذب کننده های صدا به صورت دائمی روکش می شود.
جذب کننده های کاربردی
جذب صدای درون یک اتاق (فضا) را می توان با اضافه کردن سطوح جذب کننده ای که اختصاصا به این منظور طراحی شده اند، افزایش داد. این سطوح به آسانی بر روی قلاب ها (چنگک ها)، آویزه ها و یا سیم های مخصوص نصب می شوند. این سطوح با شکل های گوناگونی موجود هستند مانند تیغه ها، بیرق ها، میله ها، روکش ها و یا جداکننده های اتاق ساده و غیره.
این جذب کننده ها ممکن است به شکل صفحه های مسطح، طبلک ها، سیلندرها، مجموعه های سه تایی و یا جعبه ها باشند. به طور معمول این سطوح در اتاق های (فضای) چندمنظوره مانند ورزشگاه، اتاق های کنفرانس، استخرهای سرپوشیده، استفاده می شوند. در مکان هایی که صدای زیاد باعث تداخل در مکامله و گفتگو می شود، بهتر است که این سطوح به منبع صدا نزدیک باشند.
در فضاهای بزرگ، این سطوح باید به طور یکنواخت در اتاق پراکنده باشند. این جاذب ها بیشتر شامل سطوح آویزان سقفی و یا سطوح قابل نصب دیواری و یا هر دوی آن ها می باشند. میزان انرژی صدایی که توسط یک سطح جذب کننده جذب می شود متناسب با میزان سطحی است که در معرض موج صوتی است. به همین علت جهت آویزان نمودن بیشتر جذب کننده ها که از سقف آویزان هستند، از سیم استفاده می کنند تا در همه سطوح در معرض میدان صوتی باشند. داده های جذب صدا برای این واحدها معمولا در باندهای مختلف فرکانشی با سابین بیان می شود. در اینگونه موارد از ضریب جذب صدا و NRC استفاده نمی شود چرا که ضریب های جذب به تعداد و فاصله جذب کننده ها از یکدیگر وابسته است. همانطور که تعداد سطوح جذبی افزایش یافته و فاصله بین آن ها کاهش می یابد، میزان جذب نهایی (کلی) افزایش می یابد گرچه میزان جذب به ازاء هر واحد کاهش می یابد.
بنابراین داده های گزارش شده برای هر واحد مجزا بیشتر از داده های میانگین برای کل سیستم خواهد بود. از آنجایی که در بسیاری از شرایط صنعتی اصوات تک فرکانس (اصواتی با فرکانس غالب مشخص) را می توان تشخیص داد، مواد جاذب انتخاب شده باید جذب بهینه ای در باند فرکانس موردنظر را تامین کند. (البته در جایی که فرکانس غالب مشخص وجود دارد). برای صدای بلند مکالمه (گفتار)، جذب میانگین در فرکانس های بین 150 تا 2000 هرتز کافی است.
سیستم های مانع صوتی
موانع صوتی اشکال متنوعی دارند. این موانع ممکن است یک دیوار، کف یا سقف ساده بین دفاتر کار و یا محیط های زندگی باشند. یک محفظه در اطراف منبع صدا مانند ماشین، لوله و یا یک سیستم ساختمانی نیز نوعی از سیستم مانع صوتی می باشد. صدای نشتی و پراش شده از مشکلات طرح های سیستم های مانع صوتی هستند. صدا همچون آب یا هوا به دنبال کوتاه ترین و آسانترین (کمترین مقاومت) مسیر انتشار است. لذا در هنگام انتخاب یک سیستم مانع صوتی باید قابل اجرا بودن و همچنین جنبه های کاربردی نصب مانع برای از بین بردن نشت ها و پراش ها را در نظر گرفت. در غیر این صورت، مانع نخواهد توانست میزان کاهش صدای موردنیاز را تامین کند.
سقف ها
در حالی که سقف ها معمولا به عنوان سیستم های جذب در نظر گرفته می شوند، پلنوم باز بالای سقف یک راه انتقال خوب را برای صدا بین اتاق ها ایجاد می کند. به همین علت، سقف ها باید به عنوان یک مانع صوتی نیز عمل کنند. خصوصیات مانع صوتی یک سیستم سقفی در شرایطی همچون یک ساختمان اداری ارزیابی می شد. این روش AMA I-II نامیده می شود، در این روش امکانات موردنیاز عبارت از یک اتاق منبع گیرنده با یک سقف معمولی است. در این اتاق مسیر اصلی صدا از طریق پلنوم سقف است.
نتایج آزمایش برحسب کاهش صدا با یک سیستم درجه بندی عددی است STC' نامیده می شود. باید توجه داشت که سیگنال صدا برای رسیدن به گیرنده باید دوبار از سیستم سقف بگذرد. برای ارزیابی صدای ایجاد شده در پلنوم سقف تکنیک های آزمایشی مخصوصی برای اندازه گیری افت انتقال صوت باید استفاده شوند.
مقادیر STC برای مصالح مورد استفاده سیستم های سقفی تجاری موجود در بازار بین 30 تا 50 می باشند. این مقادیر STC باید با مقادیر STC سایر عوامل ساختمانی سقف هماهنگ باشند تا لبه های ایجاد شده در اثر ناهماهنگی عوامل تشکیل دهنده سقف خود یک راه عبور برای موج صوتی نگردد.
در هنگام ارزیابی داده های آزمایشگاهی، روشی که برای نصب سیستم سقفی استفاده گردیده باید با دقت ارائه شود. صدا از طریق خود سقف هنگامی که اجزاء آن بدون میراکننده به یکدیگر متصل شده و شکل پیوسته پیدا نموده اند با احتمال بیشتری عبور خواهد کرد. همچنین توجه به نوع سیستم های سقفی معلق و نحوه نصب صفحات جاذب از اهمیت ویژه ای برخوردار است. چون این عوامل خود می توانند باعث تغییر شکل در سقف و در نهایت ایجاد رخنه های صوتی کنند.
سیستم های سقف/ کف
میزان افت انتقال صدای هوا برد را می توان با استفاده از روش آزمایش E-90 استاندارد ASTM و یا یکی از روش های معادل آن محاسبه کرد. در این متدها مسیر انتقال صوت فقط به مسیر بین منبع و دریافت کننده صوت از مسیر سقف یا کف محدوده شده است. کاهش صدا در فرکانس های بین 125 تا 4000 هرتز در کنار مقادیر STC گزارش می گردد. هرچه که سیستم های سقف/ کف سنگین تر باشند، موانع صوتی هوابرد بهتری خواهند بود گرچه سیستم های سبک وزنی که در یک طرف خود (معمولا در طرف سقف) پایه های ثابت فنری با هسته حاوی مواد جاذب صوت (مانند عایق های ساختمانی معدنی) دارند، می توانند STC هایی از 35 تا 60 را فراهم کنند. همانند همه سیستم های مانع اگر بخواهیم ماکزیمم کارآئی را از این سیستم ها داشته باشیم باید نشت و لبه دار بودن را با دقت کنترل نمائیم.
جداسازی صدای ضربه ای ناشی از قدم زدن افراد یا صدای ضربه ای ناشی از سایر برخوردها یکی از مهمترین نگرانی های محل های سکونت چند خانواری مانند آپارتمان ها و هتل ها می باشد. جهت برآورد اثر صدای این گونه اماکن تعداد زیادی از روش آزمایش استاندارد ارائه گردیده است.
به عنوان مثال در استانداردهای ISO و ASTM از یک ماشین استاندارد ضربه ای استفاده می شود درحالی که روش AMA از یک شخص برای قدم زدن استفاده می کند. در هر صورت می توان با اصلاح عایقکاری های ذکر شده فوق (یعنی افزایش جرم، استفاده از میراکننده ها؛ پرنمودن حفرات با مواد جاذب) صدای ضربه ای را نیز در این گونه فضاها کنترل نمود. البته در هر صورت، کف سازی تاثیر بسیاری زیادی خواهد داشت. به عنوان نمونه یک فرش یا روکش به طرز چشمگیری صدای ضربه ای را کاهش می دهد. کف های نرم یا اسفنجی قادرند کیفیت جذب صدای ضربه ای را بهبود بخشند.
پوشش های بام
این پوشش ها به عنوان شرکای صنعتی سقف های جاذب درنظر گرفته می شوند. گرچه این پوشش ها خاصیت های مانع صوتی را نیز می توانند داشته باشند. به این علت که معمولا بر روی سطح خارجی بام یک لایه قیر، کاغذ قیراندود، سنگ ریزه و یا مواد دیگری برای مقاصد تغییر فصل و آب و هوایی، نیز استفاده می شود. بعضی از روش های سیستم های پوشش بام ضخامت های متفاوتی دارند و اندازه گوناگونی از جذب صدا و کاهش صدا را ارائه می دهند که به ضخامت و نوع محافظ بام مورد استفاده بستگی دارد.
می توان پوشش های بام را با توجه به افت انتقال هوابرد صدا، با روشی مشابه به سیستم کف/ سقف گفته شده، ارزیابی کرد. مقادیر STC و تکنیک های سیستم برای بهبود کارآئی آن ها نیز مشابه خواهند بود.
سیستم های پارتیشن
به منظور افزایش افت انتقال سیستم های دیوارهای داخلی، خارجی و دیوارهای جزئی تحقیقات زیادی در سال های متمادی انجام گرفته است. در آزمایش های اولیه، موانع با افزایش جرم پیشرفت کرده بودند. براساس قانون جرم به ازاء دوبرابر شدن وزن در هر فوت مربع، میزان افت انتقال صوت به اندازه 6 Db افزایش پیدا می کند. اما از طرفی در فعالیت های ساختمانی افزایش وزن دارای محدودیت است لذا در بسیاری از سیستم ها از سایر روش های افزایش کارآئی دیواره ها استفاده می گردد. به عنوان مثال در بسیاری از سیستم های پارتیشن دار از دیوارهای جداگانه، ورقه های میراکننده صوتی (به عنوان مثال استفاده از الیاف چوبی در لایه های زیرین دیوار)، کانال های انعطاف پذیر میراکننده (به منظور ایزولاسیون صوتی یا جداسازی یکی یا هر دو طرف دیوار) و همچنین پوشش های جاذب صوت در مرکز دیوار، استفاده می گردد.
روش توصیه شده برای ارزیابی افت انتقال صدای یک سیستم پارتیشن روش ASTM E-90 است. البته روش AMA I-II نیز یک روش مشابه است.
در این روش ها نمونه مورد آزمایش بین یک منبع و یک اتاق دریافت کننده نصب شده و افت انتقال صدا (اختلاف بین تراز صدا در اتاق منبع با تراز صدا در اتاق دریافت کننده) با یک فاکتور نرمال برای جذب اتاق، در فرکانس های بین 125 تا 5000 هرتز اندازه گیری و آنگاه STC نمونه محاسبه می شود. در بازار مقادیر STC بین 20 تا 60 موجود و قابل دسترس هستند. باید ذکر نمود که در داده های آزمایشی معمولا نشت صدا و یا راه های نفوذ از لبه ها حذف می گردد بنابراین داده های آزمایشگاهی باید حاوی خلاصه همه مراحل ساختمانی و تکنیک های موثر در خصوصیات انتقال صدا باشد. هر گونه انحراف از تعریف سیستم باعث اشکال در عملکرد مراحل آزمایشگاهی می شود. در حقیقت عملکرد واقعی معمولاً متناسب و یا برابر با عملکرد آزمایشگاهی نیست.
به منظور اطمینان از قابلیت های کاهش انتقال صدای سیستم های نصب شده، این سیستم ها باید مطابق با دستورالعمل ASTM E-497 باشند.
سیستم های پارتیشنی قابل انتقال
این پارتیشن ها که در ابتدا برای ساختمان های اداری طراحی شده بود، اکنون دارای انوع بسیار متنوعی از صفحه های پیش ساخته تا ترکیب های موتاژ شده می باشد. صفحه روئی این پارتیشن ها ممکن است فولاد روکش شده، بلوک های گچی و یا پلاستیک های مرکب باشد. آزمایش، طراحی و عملکرد افت انتقال صدا در این مانع ها مشابه سیستم های دیوار ثابت است. سیستم هایی با STC بین 30 تا 60 بطور تجاری در دسترس هستند. به علت اینکه این سیستم ها در طول کارکرد عمر مفیدشان بارها نصب شده و برداشته می شوند، لذا در برابر نشت صدا بسیار آسیب پذیر هستند. به جای مواد درزگیر برای گرفتن ترک ها، از اسفنج های فشرده و تکنیک های آب بندی در برابر آب و هوا در اتصالات صفحه های و سطوح مشترک استفاده می شود. به منظور اطمینان از آب بندی ها پیشنهاد می شود که پس از نصب و یا تایید، دوباره این سیستم ها مورد آزمایش قرار گیرد.
امروزه استفاده از مواد جاذب در سطح روئی پارتیشن های قابل انتقال بسیار مرسوم شده است. معمولا این پارتیشن ها باید میزان STC و NRC بالائی داشته و مقاومت آنها در مقابل حریق بالا باشد، ضمنا از نظر ساختار درست، از نظر هزینه پایین، به راحتی قابل حمل و نقل و ظاهری یک پارچه داشته باشند. یک چنین سیستم پارتیشنی توسط دکتر هریس اختراع شده است.
پارتیشن های کاربردی
علاوه بر خصوصیات استحکام و دوام پارتیشن ها، در برخی موارد لازم است که بتوان آن ها را گاه گاهی جابجا و یا خم نمود. پارتیشن های کاربردی و یا، جداکننده های اتاق، به راحتی توسط هر شخصی که می خواهد به طور موقت اتاق را جدا کند، خم یا کوچک و بزرگ می شوند. این نوع پارتیشن ها در هتل ها و اتاق های کنفرانس و ... بطور گسترده ای کاربرد دارند.
پارتیشن هایی با میزان STC بین 20 تا50 دسیبل بطور تجاری در بازار موجود می باشند. به منظور اطمینان از عملکرد مناسب این پارتیشن ها در طول عمر مفیدشان لازم است آن ها را با استفاده از استاندارد ASTM E-557 مورد ارزیابی قرار داد.
سیستم های متحرک دیوار
سالیان زیادی است که سیستم های دیوار متحرک صوتی برای جدا کردن فضای ملاقات های خصوصی از اماکن عمومی مورد استفاده قرار گرفته است. بنابراین این دیوارها می توانند یک فضای مناسب و آرام بدور از تداخل صدای اماکن عمومی روی مذاکرات بحث های خصوصی ایجاد نمایند. در ضمن صدای ایجاد شده در هر دو طرف دیوار (قسمت خصوصی و اماکن عمومی) مزاحمت برای طرف مقابل ایجاد نخواهد کرد. در برخی موارد طراحی اینگونه دیوارها مهندسان و معماران را با مشکلاتی مواجه کرده است. به عنوان مثال در برخی اماکن ارتفاع سالن بسیار بلند است (مثلا بین 30 تا 40 فوت) و یا اینکه عرض سالن نسبتا بزرگ است (مثلا در برخی موارد بین 200 تا 400 فوت). این نوع دیوارها معمولا در مراکز همایش ها مورد کاربرد دارند، لذا هم از جهت ظاهر و هم از نظر ایزولاسیون صوتی باید موردتوجه قرار گیرند.
پانل های کنترل صدا
به منظور کنترل صدای صنعتی، ساختمان ها و مکان های اجتماعی، انواع و اقسام مجموعه های پیش ساخته تهیه شده و در بازار موجود می باشند. این صفحه ها به طور معمول در قسمت پشتی خود از مواد مانع صوتی سنگین و در قسمت جلوئی از صفحات فلزی مشبک تشکیل شده اند. بین این 2 لایه از یک لایه ماده جاذب صوتی متخلخل استفاده می شود. سطح ظاهری مشبک به صدا اجازه می دهد تا به داخل دیواره و همچنین ماده جاذب متخلخل وارده شده و از انعکاس صدا جلوگیری کند. در همین حال سازه سنگین پشت ماده جاذب می تواند میزان افت انتقال صدای موردنیاز را، به جهت خصوصیات مانع صوتی خود، ارائه دهد.
صفحات موجود در بازار صخامت های بین 2 تا 12 اینچ دارند، با این توضیح که صفحه های ضخیم تر جذب صدای بیشتر و ویژگی های مانعی بهتری را از خود نشان می دهند. با اضافه کردن لایه های سربی یا گچی می توان میزان افت انتقال دیوارها را بهبود بخشید. هر چهار طرف ورقه های فوق الذکر به گونه ای طراحی می شوند تا بتوان ورزقه های مختلف را در همدیگر کلاف نموده و سطوح بزرگ تری همچون محفظه ها تولید کرد. در این صورت این ورقه ها به موانع صوتی ویژه ای تبدیل می شوند و اگر بر روی چرخ هایی نصب شوند برای کاربردهای صنعتی نیز مناسب خواهند بود.
محفظه ها
با استفاده از یک دیواره معمولا نمی توان کاهش صدای زیادی را در یک محیط کاری یا زندگی ایجاد نمود. در حقیقت علت این امر وجود انعکاسی و پراش صدا در سطوح و لبه های مانع می باشد. در نتیجه، یک فضای کاملا محصور یا نیمه محضور مودرنیاز است.
معمولا پیش بینی میزان کاهش ایجاد شده توسط یک محفظه بسیار مشکل است زیرا که میزان عملکرد آکوستیکی هر محفظه به شدت به نحوه نصب و قرارگیری آن در اطراف ماشین وابسته است. میزان حفراتی که برای رفع نیازهای ماشین موردنیاز است (به عنوان مثال خروجی تهویه) و دیگر راه های نفوذ موج صوتی نیز کاهش صدا را تحت تاثیر قرار می دهند. در بسیاری موارد بهترین و اقتصادی ترین راه حل کنترل صدای ماشین آلات، استفاده از محفظه های کامل یا نیمه کامل صوتی می باشند. اینچنین محفظه هائی برای موارد اختصاصی از قبل آماده و در بازار موجود می باشند.
اتاق های ساکت
محفظه های آکوستیکی مخصوص افراد (همچون ایستگاه های کنترل) یکی از روش های موثر تامین قوانین کنترل صدا می باشند. این محفظه ها علاوه بر اینکه برای تامین یک مکان ساکت بایستی مانع صداهای مزاحمی که از خارج می آیند بوشند. باید به کنترل های محیطی دیگری مانند کنترل کیفیت هوا و دما نیز مجهز باشند. این اتاق ها می توانند کاربردهای مختلفی داشته باشند. مثلا این اتاق ها یک فضای آرام برای کارگردی که در کارخانه پر صدا کار می کند، فراهم می کنند درحالیکه این اتاق ها می توانند یک فضای مناسب برای آزمایش شنوایی سنجی و یا مکانی برای ضبط موسیقی و یا اتاقلی برای تلفن زدن نیز باشند. همچون مواردی که در قسمت ورقه های آکوستیکی ذکر گردید این محفظه ها نیز با عملکردهای آکوستیکی متفاوت )از متوسط تا سطح بالا) ساخته شده و در بازار وجود دارند. تست این محفظه ها با روش های متعددی انجام شده است. کمیته ASTM E-33 وظیفه تهیه و ارائه مراحل تست استاندارد را به عهده دارد. در یک جمله کاهش صدا در محفظه ها تابعی از سطوح طراحی شده برای افت انتقال صدا و همچنین درزبندی مناسب جهت جلوگیری از نشت صدا می باشد.
سطوح پیش ساخته
مجموعه بسیار متنوعی از سطوح پیش ساخته صوتی برای تامین حدود تماس مجاز ارائه شده توسط EPA & OSHA و دیگر معیارهای صنعتی در بازار قابل دسترسی هستند. این سطوح از قبل برای کاربردهای خاص ساخته شده و برای تحویل و نصب آماده شده اند. ساختارهای از چنین نوعی در واقع از کیفیت بالاتری برخوردار بوده و زمان تلف شده در صنعت و یا محیط مورد استفاده را کاهش داده و هزینه های کار را به حداقل می رسانند. این گونه سطوح از پیش ساخته از انواع گوناگون شکل و طرح ساخته شده و شامل صدا خفه کن ها، پنجره های آکوستیکی، درهای یک/ دو لنگه ای باشد. این وسائل باید به گونه ای مجهز شوند که بتوان آن ها را با جرثقیل و یا لیفتراک حمل نمود. این گونه سطوح بطور معمول وزنی بین 1 تا 3 تن دارند.
درها
یک راه مهم انتقال صوت در هر مانع درب ورودی آن است. سازندگان درب تحقیقات قابل توجهی در سال های اخیر انجام داده اند تا به میزان انتقال صدا از طریق یک مانع صدا با توجه به درب، چهارچوب و عوامل مشترک دست پیدا کنند. روش ASTM E-1408 برای تشخیص روش آزمایش درب ها و عملکرد آن ها برای افت انتقال صدا تهیه شده است. در ساختمان هائی که از نظر آکوستیکی قوی نبوده و از درهای معمولی توخالی استفاده می شود، می توان کارایی آکوستیکی آن ها را با استفاده از واشرها (لاستیک های دور درب) و نشت گیری تقویت نمود.
واشرها یا لاستیک های اطراف درب همانطور که جلو گرما یا سرما را می گیرند باعث کاهش نشت صدای دور تا دور درب می گردند. در مجموع درب های توپر عموما موانع بهتری هستند با نشت گیری دور تا دوری افت انتقال صدای بلاائی را ایجاد می کنند. همچنین درب های دولایه میزان کارآئی آکوستیکی درب را به طور موثری افزایش می دهند. تاکنون درهای بسیاری طراحی شده اند که میزان STC آن ها معمولا بین 40 تا 60 دسی بل می باشد. چفت و بندهای مخصوص این درها باید طوری طراحی شوند تا پتانسیل افت انتقال موردانتظار از درب را کاهش ندهند. به منظور حصول اطمینان از عملکرد مناسب آکوستیکی درها، تست کاهش صدا پس از نصب توصیه می شود.
پنجره ها
اجزاء طراحی شده به منظور ایجاد فضای دید از میان دیوارها یا مانع های صوتی باید خصوصیات افت انتقال صوت مشابه دیوار یا مانع صوتی نگه دارنده آن ها باشد. هم شیشه و هم چهارچوب می توانند نشت صدا داشته باشند. یک پنجره شیشه ای با ضخامت 1/4" در صورتی که خوب آب بندی شده باشد می تواند STC تا حد 34 دسی بل ایجاد نماید. پنجره هائی که قابلیت باز و بسته شدن دارند در عمل اجازه نشت صدا را داده و عملکرد کلی آکوستیکی پنجره را کاهش می دهند. به عنوان مثال، یک پنجره چوبی دولتی که در محل های سکونت استفاده می شود وقتی که کاملا مهر و موم شده باشد (قابل باز و بسته شدن نیست) تا 28 دسی بل افت انتقال خواهد داشت. در حالی که اگر همین پنجره قابل باز و بسته شدن بودن ولی قفل باشد میزان افت انتقال تا 26 دسی بل و اگر این در قفل نشده باشد میزان افت انتقال آن به 22 دسی بل کاهش می یابد. گستره STC (کارآئی آکوستیکی) در مورد پنجره آلومینیومی از 31 دسی بل در هنگامی که کاملا مهر و موم شده تا 17 دسی بل در هنگامی که درب قابل باز و بسته شدن بوده و قفل هم نمی باشد، متغیر است.
در کاربردهای صنعتی، شیشه های 2 یا 3 لایه ساخته شده که قادرند میزان STC را تا 50 دسی بل افزایش دهند.
نشت صدا از چهارچوب و همچنین محل اتصال ستون های مانع از عوامل اصلی در تعیین کیفیت آکوستیکی یک پنجره می باشند. روش های آزمایشگاهی مشابه درب ها در ASTM E-90 وجود دارند. برای اندازه گیری افت انتقال نماهای ساختمانی از روش ASTM E-966 استفاده می شود. استاندارد ASTM E-1322 یک کمیت عددی را به این منظور به نام OITC' تعریف نموده است.
پرده ها
پرده های دسته ای از موانع صوتی قابل انعطاف هستند که در آن ها از مواد وینلی استفاده می کنند. این مواد به پرده ها قابلیت انعطاف پذیری و قوام می دهد و هنگامی که با نوارهای پشت شیشه و جرم زیاد همراه باشند از خود خصوصیات مانع صوتی خوبی ارائه می دهند.
انعطاف پذیری و میرایی طبیعی پرده ها اثر تشدید و تواتر بحرانی را کم نموده لذا براساس قانون جرم (جرم تئوری شان) رفتار خواهند کرد. اگر این پرده ها با استفاده آویزها و نرده های مناسب بخوبی نصب شوند، هم قادرند محفظه های خوب و قابل دسترسی را ایجاد نموده و هم از قابلیت افت انتقال بالائی برخوردار گردند. پارتیشن های باز و بسته شو بین اتاق ها و محفظه های ماشین آلات از موارد استفاده معمول این پرده ها می باشد.
در دسته ای از این پرده ها از مواد جاذب صوتی در سطوح استفاده کرده و روی آن ها را بازوکش های محافظ می پوشانند. در بسیاری از موارد کنترل صدای صنعتی، میزان STC درحد 40 یا 50 دسی بل ضروری نمی باشد لذا محفظه های نیمه کامل معمولا بیشتر از حد نیاز باشد.
در هر حال باید توجه نمود که بیشتر تست های انجام شده روی پرده ها در حالت آویزان در حالیکه در اطراف با استفاده از خمیرهای چگال محکم شده اند آزمایش شده اند. این درحالی است که در کاربردهای صنعتی، اطراف پرده معمولا چسبانده نمی شوند و برای درزگیری تنها روی هم قرار می گیرند، لذا میزان عملکرد واقعی از میزان آزمایش شده کمتر خواهد بود.
روکش کاری لوله ها
روکش کاری لوله ها معمولا شامل لایه ای از مواد جذب کننده متخلخل است که توسط مواد مانع صوتی سنگین پوشانده شده است. مواد متخلخل هم صدا را جذب می کنند و هم باعث ایزولاسیون مواد جدار لوله و عایق آن می شود. جهت انتخاب یک روکش لوله مناسب، معیارهای تعیین کننده عبارت از سهولت در استفاده، مقاومت در برابر آتش و خصوصیات حرارتی، است.
مواد متداول مورد استفاده در روکش کاری لوله ها شامل، اسفنج های الاستومریکی و پشم شیشه است و همچنین می توان از پشم های معدنی هم به عنوان جاذب و هم به عنوان ایزولاتور در این روکش ها استفاده نمود. عوامل دیگری که باید در هنگام طراحی موردتوجه قرار گیرند عبارت است از دمای عملیاتی و همچنین جنس سیال درون لوله ها. به علت اینکه مواد مورد استفاده در روکش ها، عایق های حرارتی خوبی نیز هستند، دمای عملیاتی لوله ها با دمای خود مایع یکسان خواهد بود.
مواد لایه بیرونی روکش ها شامل یک لایه مواد چسبنده سنگین، وینیل عمل آمده، فویل های فلزی، سرب و یک سری مواد مرکب است. شکل سطح نیز می تواند صاف، شکل دار یا شیاردار باشد. عملکرد کاهش صدا باید به گونه ای طراحی شود که برای فرکانس های غالب صوتی، بهینه و مطلوب باشد. علت این امر آن است که در چنین شرایطی ممکن است صدا از نوع بازن باریک بوده و طرح های کنترلی باید کاهش بهینه اینگونه اصوات را فراهم کند. بدلیل شکل خمیده لوله ها و نحوه تماس روکش و لوله اختلافات زیادی بین نتایج آزمایشگاهی و واقعی وجود خواهد داشت. لذا داده های افت انتقال استاندارد ASTME-90 نمی توانند برآورد دقیقی در مورد کاهش صدای بدست آمده در عمل را ارائه دهند. در نتیجه، پیشنهاد می شود که آزمایشگاه افت انتقال این روکش ها در شرایط واقعی انجام شود. آزمایش های مقایسه ای بعد از اعمال عایق بندی لوله می تواند کاهش بدست آمده توسط خصوصیات جذبی، مانعی و لرزه گیری عایق را نشان داده و همچنین می تواند میزان نشت صدا را نیز تعیین کند.
سیستم های مجاری هوا
تعداد زیادی از واسیل کاهش دهنده صدا برای کاهش صدایی که از طریق تونل ها و سیستم های پخش کننده هوا عبور می کند، مورد استفاده قرار گرفته اند. روکش کردن داخل کانال ها با مواد جذب کننده صدا مانند پشم شیشه از متداولترین روشهاست.
استفاده از این مواد نگرانی هایی را در مورد احتمال وارد شدن الیاف ماده جاذب یا محتوای مواد به هوا و همچنین نحوه نگه داری الیاف یا پوشش هایی که دارای این الیاف هستند در داخل کانال ایجاد نموده است. لذا از لایه های نازک پلیولیفینی که هم محکم هستند و هم ضخامت آن ها کمتر از 1 میلی متر است، استفاده می شود. این روکش ها خصوصیات جذب کنندگی صدای مواد جاذب را جندان تغییر نمی دهند.
همچنین اسفنج هایی با منافذ درست نیز، برای کاهش صدای کانال کارآیی خوبی نشان داده اند. ابزارهایی با نام اختصاصی کاهش دهنده کانالی در بازار وجود دارند. این وسایل، جذب کننده های کارآمدی بوده و در مکان هایی با جریان هوای بالا یا جایی که منبع صدا بسیار نزدیک به دریافت کننده است، مورد استفاده قرار می گیرند.
مواد جاذب صوت
انواع مواد
موادی که برای کنترل صدا و ارتعاش مورد استفاده قرار می گیرند، به طور کلی به سه دسته اصلی تقسیم می شوند:
· مواد کنترل کننده صوت در منبع
· کاهش دهنده ی صوت در مسیر انتقال
· کنترل کننده در محل گیرنده
از آنجا که تعدادی از این مواد با انرژی منبع صوتی، تعدادی با راه های انتقالی و تعدادی با گیرنده و یا انسان که موادی قابل حمل و حساس می باشند در تماس است، انواع و تعداد آن ها بی شمار و غیرقابل شمارش است. همچنین در موارد پیچیده تر، تعدادی از این مواد در هر سه نقش که در رابطه با کنترل صدا حائز اهمیت هستند، یعنی منبع، راه انتقال و گیرنده مورد استفاده قرار می گیرند. به همین دلیل، انواع مواد مورد استفاده در کنترل صدا را در چهار گروه زیر طبقه بندی می کنند:
· مواد جاذب ـ موادی که انرژی صوتی را به واسطه ی برخورد کاهش می دهند یا به شکل دیگری از انرژی تبدیل می کنند.
· مواد مانع ـ موادی که مانع از عبور موج صوتی می شوند.
· مواد میراکننده/ عایق ارتعاش ـ موادی که صوت تابشی را کاهش می دهند.
· خفه کننده های فعال یا غیرفعال ـ آن هایی که اصوات را در مسیر انتشار خفه می کنند.
هرگونه تغییر در فرآیند و یا طراحی مجدد تجهیزات معمولا توسط تولیدکننده اعمال می شود و تولیدکننده خود هر کدام از این مواد و یا تمامی آن ها را برای کاهش انتشار صدا انتخاب می کند. روش کنترل مسیر انتشار صوت، اغلب تنها روش عملی موجود برای مهندسین کنترل صدا می باشد. بر پایه ی شرایط متفاوت، می توان از یک یا چند روش کنترلی استفاده کرد. به هر حال، در بیشتر موارد کنترلی، از مواد مانع صوت و یا جاذب صوت استفاده می شود. اقدامات کنترل صدا در گیرنده ممکن است از یک یا تمامی این روش ها بهره گیرد.
مواد جاذب صوتی معمولا متخلخل و نرم بوده و مقاومت کمی را در برابر موج صوتی ایجاد می کنند به گونه ای که موج صوتی به داخل ماده به راحتی نفوذ نماید. جاذب های موثر صوتی که پایه ی فیبری دارند، معمولا انرژی صوتی را به مقادیر بسیار پایین گرما که به سادگی قابل کنترل می باشد، تبدیل می کنند. با این حال، قواعد فیزیکی دیگری نیز وجود دارد که می تواند انرژی موج صوتی بازتابی را کاهش دهد. انواع دیگر جاذب ها شامل جاذب های دیافراگمی و تشدیدکننده های هلم هولتز می باشند. نکته ی بسیار مهم در تمامی مواد جاذب صوتی، آن است که این مواد موانع صوتی بسیار ضعیفی می باشند. متخصصین آکوستیک در زمان های گذشته جاذب ها را از طریق اندازه گیری میزان هوایی که از مواد عبور می کرد، ارزیابی می کردند. البته همچنان تعدادی از مواد جاذب با توجه به میزان مقاومت شان در مقابل عبور هوا در مقیاس ریلز طبقه بندی می شوند. در حال حاضر محاسبه ی ضریب جذب صوتی یک ماده و دسته بندی آن توسط ضریب کاهش صدا (NRC2) بدست می آید.
در مقابل، مانع صوتی، موادی سخت و سنگین بوده و قابلیت انعکاس بالایی دارند. این مواد در برابر عبور صوت مقاومت کرده و جاذب های ضعیف صوت می باشند. سرب، نمونه ای از یک مانع صوتی بسیار خوب می باشد. مواد مانع صوتی عموما از قانونی به نام قانون جرم تبعیت می کنند. بدین معنی که به ازای دوبرابر شدن جرم تئوریک، کاهش صوت و یا افت انتقالی صوت به میزان 6 دسی بل افزایش می یابد. از آنجا که افزایش جرم، روشی پرهزینه در بدست آوردن افت انتقال صوتی مناسب می باشد، مواد و سیستم های جدیدی جهت افزایش کارآئی مانع های صوتی بدون افزایش بیش از حد وزن آن ها ارائه شده اند. بهترین مانع صوتی موجود در حال حاضر، از ترکیب فن آوری روز و مواد جاذب در یک ترکیب یا سیستم بدست می آید.
مواد میراکننده ی ارتعاش، شدت ارتعاشی یک منبع صوتی را به حدی کاهش می دهد تا از تولید صدا جلوگیری نماید. مثال خوبی برای نشان دادن اثر میراکنندگی در کاهش صدا، تاثیر قرار دادن دست روی یک ورقه ی مرتعش فلزی از یک دستگاه مانند یک ماشین ظرف شویی است. چون معمولا بافت دست نرم و انعطاف پذیر بوده و دارای قابلیت افزایش جرم می باشد، لذا کاهش قابل توجهی در میزان صدای تولیدی دستگاه احساس خواهد شد. لذا اگر میراکننده های ارتعاشی در محل مناسبی قرار گیرند (خوب طراحی شوند) قادرند کاهش های قابل توجهی را در صدا ایجاد نمایند.
مواد عایق ارتعاشی، از انتقال ارتعاش یک جسم به جسم دیگر جلوگیری می کند. در حقیقت می توان دو جسم مرتعش را با استفاده از پایه های فنری و قابل انعطاف از یکدیگر جدا کرد، از آن جا که صوت به دلیل ایجاد نوعی از انرژی ارتعاشی در فضا یا هر بستر دیگری ناشی می شود، واضح است که در صورت کاهش انرژی ارتعاشی یا تعداد سطوح مرتعض صوت نیز کاهش خواهد یافت.
خفه کننده ها به دو دسته تقسیم می شوند: فعال و غیرفعال. خفه کننده های غیرفعال شامل خفه کننده های متداول وسائل نقلیه می باشند و بسیاری از آن ها به دستگاه های مختلف متصل شده تا منابع صدای مشخصی را متوقف کنند. خفه کننده های فعال، فن آوری نوین و مهیج کنترل صدا می باشد. در این روش با استفاده از امواج صوتی که با صدای اصلی اختلاف فاز دارند، صوت موجود اصلی حذف خواهد شد.
مواد جاذب صوت
برای آنکه یک ماده جاذب صوتی موثری باشد، معمولا بایستی انرژی صوتی وارده را به اشکال دیگری از انرژی (معمولا حرارت) تبدیل کند. سه نمونه ی اصلی مواد جاذب عبارتنداز: مواد جاذب متخلخل، جاذب های دیافراگمی و جاذب های تشدیدی یا واکنشی.
مواد جاذب متخلخل
بهترین جاذب های صوتی شناخته شده می باشند. این مواد معمولا پرزدار، فیبری، اسفنجی، پارچه ای و ... هستند. چوب پنبه اولین ماده ای است که به شکل تجاری برای جذب صوت در موارد ساختمانی بکار گرفته شد. بلافاصله بعد از آن، باگاس (محصول جانبی نیشکر) به شکل کاشی چسبان مورد اسفتاده قرار گرفت. مدتی بعد، کاشی ها و تخته های فیبری چوب ساخته شدند. اما امروزه، بیشتر موادی که به شکل تجاری مورد استفاده قرار می گیرند، مواد معدنی و یا ورقه های پشم شیشه می باشند که در تجهیزات فرآیندهای خشک و تر ساخته می شوند. این مواد در اشکال روکش هایی با چگالی کم، ورقه ها و کامپوزیت ها بکار می روند.
اخیرا از اسفنج های سلول باز، که از اسفنج های پلی اورتان، ایزوسیرانورات و فیبرهای سرامیکی تشکیل شده اند، به عنوان جاذب های صوتی استفاده می شود. در تمامی این مواد، جذب از طریق فعال کردن حرکت فیبرها، غشاها و هوای بین فضاهای خالی توسط موج صوتی، انجام می گردد.
افت های ناشی از اصطکاک که اغلب به حرارکت تبدیل می شوند (که خود تلف می شود) سبب کاهش انرژی صوتی می شود. حتی انتشار موج صوتی نیز در این مواد دیده می شود که خود به کاهش انرژی صوتی می افزاید.
خصوصیات فیزیکی که در افزایش کارآیی جذب صوتی موثر می باشند، به ترتیب اهمیت عبارتنداز: ضخامت، دانسیته، درصد تخلخل یا مقاومت در برابر جریان، ضریب کشسانی و مقاومت آکوستیک. لازم به ذکر است که در کارائی کلیه مواد جاذب، ضخامت مهم ترین عامل می باشد.
در جاذب های پشم شیشه، که چگالی آن ها بین 1 تا 8 پوندبر فوت مکعب می باشد، با افزایش ضخامت، کارآئی جذب صوتی تا 10 برابر بیشتر از افزایش سایر خصوصیات آن افزایش می یابد. برای محصولات پشم شیشه با ضخامت یکسان، پشم شیشه های باریک تر، جذب بهتری را در بسیاری از باندهای فرکانسی از خود نشان داده اند. از فیبرهای به سایز AA، معمولا در هواپیما که وزن و ضخامت مواد جاذب دارای محدودیت می باشند، به کار می رود. افزایش دانسیته، جذب صوتی را در باندهای فرکانسی مشخصی افزایش می دهد. افزودن رزین به فیبر، سختی آن را تغییر داده و این امر سبب تاثیرات مثبت و منفی بسته به فرکانس می شود. مقاومت مواد در برابر جریان عبوری موثر است، اما این ویژگی در برابر خصوصیات مهم گفته شده فوق چندان حائز اهمیت نمی باشد.
در مواد اسفنجی نیز، ضخامت به میزان زیادی ویژگی های جذب صوتی را تحت تاثیر قرار می دهد. ذکر این نکته اهمیت دارد که تنها اسفنج های سلول باز، جاذب های صوتی موثری می باشند. اسفنج های سخت که معمولا به عنوان عایق حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند، عموما مقاومت جریان قابل توجهی داشته و از عبور صوت در ماده جلوگیری می کنند، لذا جاذب های مناسب صوتی تلقی نخواهند شد. افزایش دانسیته مواد اسفنجی (به دلیل آن که دانستیه در ابعاد سلولی و ضخامت غشاء تاثیر می گذارد) می تواند ویژگی های جذب صوتی را در فرکانس های مشخصی تحت تاثیر قرار دهد.
لازم به ذکر است که استفاده از روکش در مواد اسفنجی و فیبری، از نفوذ صوت جلوگیری کرده و در نتیجه باعث کاهش قابل توجه پتانسیل جذب صوتی در بسیاری از فرکانس ها می شود. عموما، روکش هایی با ضخامت بیشتر از 1 میلی متر، با مقاومت جریان بالا بسیار مضر خواهد بود. مواد پارچه ای بافته شده (بافته شده به شکل باز) با روکش هایی با سطح باز 20 درصد یا بیشتر، می توانند خصوصیات جاذب صوتی اکثر مواد فیبری و اسفنجی را در فرکانس های مرکزی و متداول حفظ کنند. با یک طراحی دقیق، بعضی از روکش هایی که در حال حاضر به عنوان دیافراگم مورد استفاده قرار می گیرند، حتی ممکن است بتوانند جذب صوت را در فرکانس های مشخصی افزایش دهند.
جاذب های دیافراگمی
در این جاذب ها، سطح جاذب در فرکانس های موج صوتی وارده به نوسان درمی آید. اگر موج صوتی با فرکانس های طبیعی جاذب مشخصی منطبق شود، صفحه در شرایط تشدید قرار گرفته و در نتیجه ارتعاشی با دامنه ی بالا خواهد داشت. این ارتعاش سبب می شود تا صفحه قسمتی از انرژی خود را به شکل میرایی و تابش از دست بدهد. در نتیجه صفحه به عنوان یک جاذب با قابلیت جذب بیشینه در فرکانس اصلی (و فرکانس های هارمونیک بالاتر) عمل می کند و این قابلیت به موقعیت و طرز قرارگیری صفحه و خصوصیات میرایی آن وابسته است. در مواد لایه ای، این امر در فرکانس های پایین معمولا بین 40 تا 300 هرتز اتفاق می افتد. همچنین، با قرار دادن یک غشاء نازک در مقابل یک ورقه ی مشبک، در فرکانس های دیگر نیز می توان این قابلیت را افزایش داد.
اگر صفحه ای در مقابل یک دیوار سخت و در فاصله ی کمی از دیوار آویزان شود، فضای ایجاد شده همچون فنر عمل نموده و سبب افزایش سیستم تشدیدی (که شامل جرم برآمده ی صفحه و هوا می باشد) خواهد شد.
کارآیی جذب چنین صفحه ی جاذبی، هم در دامنه ی جذب و هم در گستره موثر فرکانسی از طریق نصب مواد اسفنجی جاذب صوت قابل افزایش است. در این خصوص می توان از اسفنج های سلول باز و یا پشم شیشه ی فیبری در فضای بین صفحه و دیوار به عنوان عامل جذبی استفاده نمود.
جاذب های صفحه ای معمول شامل قطعه های گچی، صفحه های چوبی، پنجره ها، سقف های کاذب، بازتاب دهنده های سقف و غشاهایی که روی یک صفحه ی سخت کشیده شده اند، می باشد. به هر حال، از آنجا که ضریب جذب این نوع از جاذب ها در سطح بالایی به جرم، سختی، اندازه، شکل و روش های کنترلی و نصب وابسته است، پیش بینی توانائی عملکرد آن ها در کاربردهای عملی بسیار مشکل خواهد بود. بدین جهت معمولا می بایست برای هر مورد خاص نمونه مورد نظر تحت آزمایش قرار گیرد.
جاذب های تشدیدی
جاذب های تشدیدی یا جاذب های واکنشی (اغلب به نام جاذب های هلم هولتز شناخته می شوند) محفظه هایی هستند که حجم مشخصی از هوایی را که توسط روزنه ی کوچکی یا کانالی در محفظه به اتمسفر مرتبط می باشد، جمع می کنند. اگر محفظه در مقایسه با طول موج صوت وارده خیلی کوچک باشد، هوا در کانال ارتباطی، به داخل و خارج از محفظه نوسان می کند. در این نوع از جاذب ها، جذب تنها در گستره فرکانسی باریکی انجام می شود، در نتیجه استفاده از این نوع جاذب ها، محدود به فرکانس های خاصی می شود.
عموما، موارد استفاده ی عملی و کاربردی تشدیدگرهای هلم هولتز، به فرکانس های زیر 400 هرتز محدود می گردند (که البته این فرکانس ها از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند زیرا سایر جاذب ها در این فرکانس ها کارآئی بالایی در ضخامت های معمول از خود نشان نمی دهند). جذب ناشی از تشدید در این نوع از جاذب ها، آن ها را برای استفاده در مواردی که جذب در فرکانس های خاص موردنیاز است، مناسب می سازد. کارآیی جذب صوتی در این نوع از جاذب ها را می توان با افزودن مواد میراکننده چون اسفنج یا پشم شیشه در گلوگاه یا محفظه ی آن ها افزایش داد.
جاذب های صفحه ای روزنه دار
جاذب های صفحه ای روزنه دار را می توان همچون تعداد زیادی از تشدید کننده های هلم هولتز فرض کرد. زمانی که یک جاذب صفحه ای روزنه دار به فاصله ی مشخصی در جلو یک سازه ی جامد قرار می گیرد، حفرات موجود در صفحه مشابه گلوگاه های یک تشدیدگر عمل کرده و حجم موجود در پشت صفحه نیز مشابه محفظه ای این گلوگاه ها عمل می کند. همچنین، فضای هوای روزنه دار پشت صفحه مشابه یک تشدیدگر هلم هولتز به میرایی سیستم می افزاید. این میرایی افزوده شده، میران جذب صوتی را در نقطه ی اوج تشدید می کاهد، اما با این وجود، گستره فرکانسی جذب صوت را افزایش داده و در نتیجه صفحه را به یک جاذب موثر تبدیل می کند.
به دلیل آن که روزنه ها در فرکانس های پایین به دلیل پراش، راه های عبوری صوتی مناسبی می باشند، خصوصیات جاذب صوتی یک روکش روزنه دار در فرکانس های پایین تحت تاثیر بسیار کمی قرار می گیرد. به هر حال، فضاهای جامد صفحه، طول موج صوتی کوتاه تری را بازتاب می دهند و در نتیجه جذب صوتی در فرکانس های بالاتر به شدت کاهش می یابد.
برای افزایش گستره فرکانسی موثر، می توان در صفحه روزنه هایی با ابعاد متفاوت ایجاد کرد و یا می توان صفحه را با زاویه ی مشخصی نسبت به صفحه ی پشتیبان قرار داد.
جاذب های تزریقی
جاذب های تزریقی ترکیبی از مواد معدنی یا فیبرهای آلی مصنوعی در ترکیب با یک ماده ی چسبان برای نگه داشتن مواد فیبری می باشند. متداولترین اشکال این نوع از مواد جاذب شامل: پشم کوهی، پشم شیشه، پرلیت، خیر کاغذ و گروهی از مواد متخلخل مشابه، گرانول های آتش نشانی سبک وزن و یا فیبرها می باشند. در زمان تزریق، این جاذب با ماده ی چسبنده و آب ترکیب می شود تا تولید ماده ای نرم و سبک با ساختار سطح زبر و با خصوصیات بالای جاذب صوتی کند. این جاذب ممکن است مستقیما روی سطوح فراوانی چون چوب، بتن، نبشی های فلزی، فولاد و فلزات گالوانیزه قرار گیرد.
وقتی این مواد روی یک سازه جامد پاشیده می شوند، قادرند جذب مناسب و دامنه ی فرکانسی بالایی را در ماده مودرنظر ایجاد نمایند و زمانی که با یک فضای هوا در پشت آن، به نبشی های فلزی تزریق می شوند، جذب صوتی مناسبی را در فرکانس های پایین فراهم می کنند. عمق تزریق تا 2 اینچ، متداول است. خصوصیات جذب با دانسیته، میزان تخلخل و پوشش های سطحی تغییر می کند. در بعضی از شرایط، در سطح تزریق شده، روزنه های اضافی تعبیه می شود تا توانایی نفوذ صوت در ماده یا فضای سطحی افزایش یابد.
به دلیل آنکه خصوصیات جذب به میزان و نوع ماده ی چسبنده ی مورد استفاده و نحوه ی ترکیب آن در زمان فرایند تزریق وابسته است، لذا لازم است در زمان تزریق این مواد دقت کافی به عمل آید. اگر ماده ی چسبنده بیش از حد به کار رود، ماده بسیار سخت می شود که در هر حال سبب کاهش جذب صوتی می شود. اگر ماده ی چسبنده به میزان ناچیزی به کار رود، ماده از هم گسیخته می شود. همچنین ماده ی کم و مقاومت جریان ناچیز، جاذب صوتی مناسبی را ایجاد نخواهد کرد.
بیشتر مواد تزریقی، عایق های مناسبی در برابر حریق می باشند و خصوصیات عایق حرارتی مناسبی دارند. به هر جهت، تعدادی از مواد با پایه ی خمیری که اکثرا به عنوان مواد بی ارزش شناخته می شوند، می توانند در ساختمان های غیرقابل احتراق بکار روند. همچنین مواد تزریقی تمایل دارند تا زانوها و محل اتصال و همچنین ترک ها را بپوشانند و این امر خود خصوصیات جذب صوتی یک سیستم ساختمانی را بهبود می بخشد. به هر حال چون این مواد به خودی خود مانع صوتی خوبی نیستند، لذا نمی توان انتظار عملکرد بالایی را از این مواد داشت.
مواد تزریقی با موفقیت در سطح وسیعی برای جذب صوت در فضاهای ساختمانی چون: مدارس، فضاهای ورزشی، سالن های نمایش و موارد استفاده ی صنعتی چون: کارگاه های محاسبه ی ماشینی و نیروگاه های برق مورد استفاده قرار گرفته اند. دوام، قابلیت نظافت و یکنواختی این مواد بسیار محدود می باشد. به همین دلیل، این مواد معمولا رنگ زده می شوند. نوارهای رنگ زده شده به شکل قابل توجهی خصوصیات جذب صوتی این مواد را کاهش می دهد. رنگ های اسپری در صورتی که به شکلی بکار روند تا مانع از نفوذ صوت نشوند می توانند مورد استفاده قرار گیرند. به هر حال، نتایج بدست آمده از موارد اسفتاده ی این مواد، همواره ویژگی های جذب صوتی مناسبی را نشان نمی دهد. مواد تزریقی همچنین از نظر دوام و زیبایی شناسی معماری ضعیف هستند.
ویژگی های محصولات/ مواد جاذب
اغلب مواد جاذب ذکر شده فوق و موارد استفاده ی آن ها وابسته به استانداردهای صنعتی مربوطه می باشند.
آزمایشات مواد جاذب صوت
بیشتر آزمایشات جذب صوتی در آزمایشگاه ها و با اسفتاده از اتاق بازآوا انجام می گیرد. ضرایب جذب موج صوتی برخوردی از طریق اندازه گیری میزان میرایی صوت در یک اتاق با بازآوایی بسیار بالا و در یک باند فرکانسی مشخص انجام می شود. دستورالعمل آزمایش توسط استاندارد C_423 جامعه ASTM مشخص شده است. این دستورالعمل به نام روش استاندارد آزمایشی برای ضریب جذب صوت توسط روش اتاق بازآوا نامیده می شود.
اتاق بازآا، یک اتاق بزرگ با حجم تقریبی 7063 فوت مربع می باشد. طراحی های مختلف برای ایجاد یک میدان پخش شده انجام می گیرد تا از این طریق بتوان به شکل تئوری های موج های صوتی را طوری تولید کرد تا به شکل پیوسته در تمام زوایا به گیرنده برخورد کند. پخش از طریق ورقه های چرخان، نصب سطوح ویژه و همچنین ساخت دیوارهای غیرموازی بدست می آید. سطوح داخلی از جنس موادی با خاصیت بازتاب دهندگی بالا استفاده شده و محفظه به شکلی ساخته می شود تا صدای ناخواسته و مزاحم بداخل آن وارد نشود. نمونه موردنظر آزمایشی که شامل یک سطح ترجیحا 72 فوت مربعی (یا بیشتر) است، بر روی پایه های فلزی طوری ساخته می شود تا بتوان در کاربردهای گوناگون از آن استفاده نمود. نکته قابل توجه اینست که پایه های مورد استفاده به شدت بر کارآیی جذب صوتی تاثیر می گذارند. برای مثال، اگر ماده جاذبی را بدون هیچ فاصله ای روی سطح تست قرار دهیم، کارآئی اثر جذب همان ماده جاذب را که به فاصله 16 اینپ از سطح تست قرار داده را نخواهد داشت.
جذب کلی در اتاق بازآوا ابتدا بدون نمونه با روشن کردن منبع صوتی تا زمانی که صوت به یک سطح پایدار برسد، اندازه گیری می شود. سپس، بلافاصله منبع خاموش شده و مدت زمانی را که طول می کشد تا موج صوتی به شکل کامل از بین برود، ثبت می شود. به این زمان، زمان بازآوائی گفته می شود و هرچه این زمان بیشتر باشد بیان کننده ی آن است که جذب کمتری انجام گرفته است. بعد از اندازه گیری در اتاق خالی، نمونه در اتاق قرار داده می شود و اندازه گیری مشابهی انجام می پذیرد. جذب افزوده شده توسط نمونه به اتاق از طریق محاسبه ی تفاوت در زمان بازآوائی مشخص می شود. سپس ضرایب جذب در باندهای فرکانسی مشخص از طریق تقسیم جذب کلی بر سطح نمونه محاسبه می شود.
وابستگی به فرکانس ضریب جذب از طریق اندازه گیری جذب در شش فرکانس اکتاو باند و در فرکانس های مرکزی 125، 250، 500، 1000، 2000 و 4000 هرتز می باشد. گزارش آزمایشگاه نیز در نتیجه شش ضریب جذب را در فرکانس های اندازه گیری شده نشان می دهد. نتایج بدست آمده به نزدیک ترین ضریب انتگرالی 0.01 گرد می شود. با مراجعه به نتایج فرکانسی ضریب جذب شاید برای کلیه افراد به سادگی تشخیص تفاوت های جذب مواد جاذب متفاوت روشن نباشد. به همین دلیل برای درجه بندی خصوصیات جذب صوتی یک ماده، از یک درجه بندی تک عددی به نام ضریب افت صدا استفاده می شود. (NRC') این ضریب از طریق میانگین ضرایب جذب در چهار فرکانس 250، 500، 1000 و 2000 هرتز بدست می آید.
راه ساده تری برای توضیح ضرایب جذب صوتی آن است که این اعداد را درصد جذب صوتی بنامی. باید توجه شود که ضرایب جذب صوتی و ضریب افت صدا در اعداد اعشاری بیان می شوند که از صفر شروع شده و به ندرت تا یک ادامه می یابد. از آن جا که مواد جاذب با کارآئی بالائی ساخته شده اند، مشخص شده که مقادیر بالاتر از یک (یا 100 درصد) به سهولت قابل دسترسی است. در گذشته اعداد بیشتر از یک را به خود عدد گرد می کردند.
نحوه نصب ماده جاذب به طرز موثری بر ضریب جذب صوتی و ضریب افت صدا تاثیر می گذارد و به همین دلیل، لازم است تا در زمانی که داده های آزمایشی و یا قیاس های مواد جاذب مختلف در حال تهیه است، روش کنترل یا طراحی به شکل کامل مشخص شود. برای مثال ورقه ی پشم شیشه ای 1 اینچی، با چگالی 3، در زمانی که روش کنترلی نوع A (روشی که ماده مستقیما در مقابل پشتبان جامد قرار می گیرد) مورد استفاده قرار می گیرد، ضریب افت صدای (NRC) 0.70 را ارائه می دهد در حالی که ضریب افت برای همین ماده، اما در روش کنترل E-450 (فضای 16 اینچی در پشت ماده وجود دارد)، 0.75 خواهد بود. ضرایب جذب صوتی در فرکانس 125 هرتز، 0.11 برای روش A و 0.32 برای روش کنترلی E-450 می باشد. سایر مواد ممکن است حتی بیش از این تغییر ار نیز داشته باشند. روش های کنترلی نصب اینچنینی به شکل ویژه برای سیستم های سقف، صفحه های دیواری، جاذب های فضایی، محیط های اداری و عموما در اماکن عمومی کاربرد فراوانی دارند. در حالی که هماهنگی خاصی در ضرایب افت صدا در روش های کنترلی و نصب با روش های گوناگون وجود دارد، تنها از این مقادیر می بایست در انتخاب مواد مناسب استفاده کرد.
آزمایشات دیگری نیز برای جذب صوتی مورد قبول واقع شده اند. به هر حال، روش ASTM C-423 در تمامی صنایع، روشی جهانی است. لوله ی امپدانسی، ASTM C -423، روش استاندارد آزمایشی برای امپدانس و جذب مواد آکوستیکی، روش مناسبی برای شناسایی داخلی مواد می باشد. هنوز هیچگونه رابطه ای بین روش C-384 و C-423 ارائه نشده است.
گزارشات آزمایشگاهی باید در زمانی که مواد متفاوت براساس خصوصیات جذب صوتی شان انتخاب می شوند، به دقت بررسی شوند. در مطابقت با دستورالعمل آزمایشگاهی روش ASTM C-423 گزارشات آزماشی می باید حاوی:
· شرح کاملی از محصول بوده و تمامی شرایط را که ممکن است در عملکرد جذب صوتی تاثیر بگذارند را مشخص کند.
· ضرایب جذب صوتی در شش مرکز فرکانس های 125 تا 4000 هرتز به انضمام ضریب افت (NRC) صدا ارائه شود.
· روش آزمایشی مورد استفاده به علاوه ی هرگونه خطای احتمالی بیان شود.
· نحوه نصب مواد در طی آزمایش گزارش شود.
برای تضمین مطابقت آزمایش با داده های قابل اعتماد، به آزمایشگاه های که براساس اطلاعات منتشره توسط NVLAP فعالیت می کنند می توان مراجعه نمود.
اندازه گیری های جذب صوتی در زوایای برخورد مشخص می باید در محیط آزمایشگاهی که نیمه انعکاس یا تقریبا بدور از انعکاسات صوتی می باشند، انجام گیرد. در آکوستیک، اتاق آزمایشگاهی نیمه صامت از نظر ابعاد از اتاق های بازآوا متفاوت می باشد. همچنین تمامی سطوح به استثنای نمونه و کف، جاذب های بسیار عالی صوت می باشند. سیگنال های منبع صوتی، به دقت انتخاب می شوند تا جهت دار بوده و الگوهای پخش مشابه با مکالمه انسان را شبیه سازی کنند. برعکس اتاق های بازآوا در این اتاق از هیچگونه پخش کننده ای استفاده نمی شود. در شرایطی که ارزیابی سقف انجام می گیرد، صفحه های ایده آل با ابعاد ویژه و خصوصیات مانع صوتی از فضای آزمایشی حذف می شوند.
تنها اصوات انعکاسی که به سقف نمونه برخورد می کنند و در مرکز جداکننده جمع می شوند، اندازه گیری می شوند. همچنین نصب مشابهی برای ارزیابی مواد دیوارها یا دیواره های اداره ها از صوتی که ممکن است از این سطوح باز تابد و به ایستگاه کاری منتقل شود، انجام می گیرد. داده های افت صوتی در فرکانس های مشخصی از مکالمه و از طریق کاستن تراز صدا در محل گیرنده از تراز صدای منبع بدست می آید. اندازه گیری های سیگنال منبع در نزدیکی های آن انجام می شود. اندازه گیری های گیرنده، در مسیر نمونه ای مشابه با آنچه که ممکن است گیرنده انسانی در ایستگاه کاری خود اشغال کند انجام می گیرد.
در زمانی که طراحی ها برای ارزیابی محصولات و سیستم ها در محیط های کاری فضای باز انجام می گیرد، این دستورالعمل ها به طور قابل ملاحظه ای برای ارزیابی خصوصیات نشت صوتی مواد در یک محیط صنعتی قابل استفاده است. در این شرایط، دامنه ی فرکانسی وسیع تری مشابه با محیط های صنعتی ممکن است موردنیاز باشد.
محاسن و معایب استفاده از لوله آکوستیکی
جهت اندازه گیری ضریب جذب دو راه اختصاصی شامل اتاقک بازآوائی و همچنین لوله های آکوستیکی وجود دارد. البته راه های غیرمستقیم دیگر همچون مقاومت شاره و مواردی از این قبیل نیز برای اندازه گیری مقاومت آکوستیکی مواد و در نتیجه ضرایب جذب آن ها معرفی شده اند. ولی هر کدام از روش ها دارای مزایا و معایبی هستند که به هنگام استفاده باید به آن دقت کرد.
یکی از مهمترین مزیت های لوله آکوستیکی آن است که برای اندازه گیری ضریب جذب نیاز به نمونه ی بزرگی نیست که خود باعث آسان شدن نقل و انتقال مواد و همچنین نصب آنها می گردد. به عنوان مثال یک نمونه 10 در 10 سانتی متری با هر ضخامتی می تواند برای این منظور مورد استفاده قرار گیرد.
نصب دستگاه و تجهیزات در این روش ساده و همچنین نتایج به سرعت قابل حصول می باشند که خود باعث افزایش داده های اندازه گیری و در نتیجه کاهش خطاهای احتمالی می گردد.
از دیگر مزایای این روش آن است که می توان نمونه هایی با قطرهای محدود و یا نامحدود را در این روش ایجاد و میزان ضرایب جذب آنها را اندازه گیری نمود. دلیل این امر آن است که در لایه هایی با ضخامت محدود، میزان امواج منعکس شده از دیواره لوله بسیار کم و در لایه هایی با ضخامت نامحدود، امواج انعکاسی حذف می شوند.
علی رغم اینکه لوله های آکوستیکی هنوز از بهترین روش های اندازه گیری ضریب جذب مواد محسوب می شوند، ولی خود دارای محدودیت هایی است که باید به آن ها نیز توجه نمود.
مهمترین مشکل این روش آن است که میزان ضریب جذب نرمال (زاویه 0 درجه) اندازه گیری می شود و محذسبه ضریب جذب رندم (آماری) با مشکلات خاص خود همراه است.
از آنجایی که حداکثر قطر نمونه (لوله) نبایستی بیشتر از نصف طول موج صوتی مورد مطالعه باشد، لذا ابعاد لوله در نتایج بدست آمده بسیار موثر است.
بطور معمول لوله های مورد استفاده قطری معادل 100 میلی متر داشته که ماکزیمم فرکانس (فرکانس حد بالا) مورد اندازه گیری را به 1600 هرتز محدود می کنند. اگر بخواهیم تا فرکانس های 6500 هرتز را اندازه گیری کنیم، قطر لوله باید تا 25 میلی متر کاهش یابد.
و نهایتا اینکه تمیز نگه داشتن کانال انتقال موج صوتی به میکروفون و همچنین موانع بوجود آمده در مسیر امواج صوتی و میکروفون از دیگر معایب این روش می باشد.
تعدادی از مواد جاذب ویژه ـ توضیحات و نظریات
متداول ترین مواد جاذب پشم شیشه یا مواد فیبری معدنی و اسفنج های پلاستیکی می باشد.
مواد اسفنجی
با ساختار سلولی باز معمولا خصوصیات جاذب بسیار خوبی را نشان می دهند. این مواد همچنین می توانند میرایی و عایق سازی ارتعاشی را نیز ارائه دهند. به هرحال، این مواد معمولا مانع های صوتی ضعیفی هستند مگر آنکه به عنوان سطح ظاهری موانع بکار روند. اسفنج های قابل انعطاف در ساختارهای رتیکولی، دارای ساختار حفره ای باز و یا نوع غیر رتیکولی با حفرات میکرونی بدون پوسته می باشند. اسفنج های بدون رتیکول، غشاهای بسیار نازکی دارند که مانع از نفوذ هوا بین سلول های آن ها می شود. اسفنج های سلول باز، معمولا به عنوان اسفنج های سخت شناخته می شوند و عایق های حرارتی بسیار مناسبی می باشند. به هر حال، اسفنج هایی با سلول بسته، معمولا خصوصیات جذب صوتی ضعیفی دارند.
اسفنج هایی با سطوح بهم پیچیده و اسفنج های فشرده ی شبه نمدی نیز به منظور جذب بیشینه، در مناطق فرکانسی مشخصی تولید می شوند. اسفنجی با چگالی 2 پوند بر فوت مکعب، عمولا برای جذب صوت مورد استفاده قرار می گیرد. مواد چسبنده ی ضد شعله، نوارهای محافظ برای محیط های آلوده یا روغنی و موانع صوتی انعطاف پذیر با چگالی بالا از موارد استفاده ی متداول می باشند. لازم به ذکر است که نوارهای محافظ و پشتیبان های موانع ممکن است تاثیرات قابل توجهی در جذب صوت داشته باشند.
در کل، مواد اسفنجی انعطاف پذیر بوده، به سادگی بریده شده و در رنگ های متنوعی تولید می شود و براساس ضخامت و چگالی، سطح وسیعی از جذب صوتی را ارائه می دهند. در حالی که این محصولات بسیار متنوع می باشند، اما سطح عملکردی در دمای محدودی داشته و ممکن است در شرایط آتش سوزی گازهای خطرناکی را از خود متصاعد کنند. در حال حاضر بسیاری از محصولات جدید و اختصاصی به منظور رفع این محدودیت ها تولید شده اند.
الیاف شیشه
متشکل از فیبرهای بسیار بلندی است که از طریق رزین یا سایر مواد جسبنده به یکدیگر متصل می شوند. در کل، در صورتی که این موا در فرآیند خشک تولید شودند، بیشتر شبیه به پشمک بافته می شوند. رزین در زمانی که این الیاف بر روی غلکت در حال حمل است، اضافه می شود. همانطور که این الیاف نیمه آماده به انتهای غلبت برده می شوند، به چگالی مودرنظر فشرده شده (معمولا از 0.5 تا 6 پوند) و سپس به کوره منتقل می شوند تا آماده شوند. روکش ها موادی با چگالی کم بوده و مواد با چگالی بالا هسته اصلی ورقه ها را ایجاد می کنند. بعضی از روکش ها در خط فرایند تولید به ماده افزوده می شوند. برای ورقه های الیاف شیشه با چگالی سنگین تر، (از 12 تا 40 پوند) پشم آماده نشده در پرسی با صفحه ی داغ قرار می گیرد تا آماده شد. صفحه های پرس شده ممکن است به شکلی ساخته شوند تا بتوانند بر روی قسمت های مختلف سوار شوند که به این مواد ورقه های قالبی می گویند.
مواد روکشی سبک الیاف شیشه، در سطح وسیعی برای عایق سازی ساختمان ها به کار می روند. ورقه هایی با چگالی متوسط، معمولا در تجهیزات تجاری (به عنوان نمونه در کاشی های سقف) و همچنین در سطح وسیعی از موارد استفاده ی محصولات ساختمانی به کار می روند. مواد با چگالی بالا برای پوشش های قالبی آکوستیک در وسایل نقلیه و عایق سازی تجهیزات ویژه بکار گرفته می شوند. از آنجا که شیشه در دمای تقریبی 1200 درجه ی فارنهایت ذوب می شود، مواد الیاف شیشه معمولا به عنوان مواد غیرقابل احتراق شناخته می شوند و ممکن است در موارد استفاده ای در دمای میانه به کار روند. هرچه رزین بیشتری به ماده افزوده شود، هر دو درجه ی آتش گیری و محدوده ی دمای کاربردی آن ها ا فزایش می یابد.
خصوصیات جذب صوتی مواد الیاف شیشه، به شکل طبیعی بسیار مناسب است. به هر حال، همانند مواد اسفنجی، این الیاف موانع ضعیف صوتی می باشند. افزایش چگالی آن ها ممکن است ویژگی های مانع صوتی را در این مواد تقویت کند اما در مقابل جذب صوتی آن ها کاهش می یابد. پوشش های محافظ پارچه های بافته شده ی باز و نوارها برای کاشی های سقف و ورقه های دیواری به کار می روند. در بعضی از ترکیبات، از الیاف شیشه و مواد مانع صوت با چگالی بالا برای دستیابی به هر دو خصوصیت مانع و جذب صوتی استفاده می کنند. ورقه های الیاف شیشه و روکش ها در کنار هم برای ایجاد مواد کامل عایق صوتی در سیستم های سقف و دیوار، جاذب های فضایی، پرکننده های دیوار و اتاق های بدون انعکاس به کار می روند. ضریب افت صدا برای یک تخته ی 4/3 اینچی 0.70 و برای تخته های 2 اینچی بیش از 1.00 می باشد.
مواد الیاف شیشه با کارآئی بالا به شکل گسترده در صنایع هوایی به کار می روند. با وجود آنکه این مواد گران قیمت تر می باشند، اما هر دو خصوصیت عایق صوتی و حرارتی را دارا بوده و کاربرد آن ها در مواردی که وزن و محدودیت های فضائی حائز اهمیت است، قابل قبول می باشد.
فیبرهای مواد معدنی
برای موارد آکوستیکی در دو شکل به کار می روند. مهمترین و پرکاربردترین شکل، کاشی های معدنی شکل گرفته برای کاشی های سقف می باشد. همچنین از روکش های معدنی به عنوان عایق های حرارتی و صوتی در سطح گسترده ای استفاده می شود. روکش های معدنی همانند الیاف شیشه تولید می شوند. پشم کوهی ذوب شده به فیبرهای بسیار نازکی شکل داده شده و توسط مواد چسبنده در کنار یکدیگر قرار می گیرند. این پروسه منجر به تولید محصولات تخته ای نمی شود. پروسه ی Fordrinier از ترکیب تر پشم کوهی معدنی، آب و مواد جسبنده ی محلول در آب استفاده می کند. این دوغاب بر روی صفحه ی بزرگی پخش می شود و آب اضافی از آن گرفته می شود. همانند فرایند نور کاغذ، توده ی 12 فوتی مرطوب وسیع، به رول هایی با ضخامت های 8/5 اینپ و یا 4/3 اینچی شکل داده می شود و طی چند مرحله عبور از کوره های مختلف خشک می شود. این ورقه ها سپس به تجهیزاتی که دارای شکاف و یا حفرات کوچک بوده اضافه می شوند و یا به ابعاد مختلف بریده شده یا به لبه هایی با ابعاد متفاوت متصل شده و بر روی سطوح متفاوت پاشیده می شوند و یا به عنوان پشتیبان ورقه ها به کار می روند. بیشتر محصولات در ابعاد اسمی 2 در 2 یا تخته های چهار لایه و همچنین 12 در 12 اینچ کاشی های سقف به کار می روند.
کاشی های سقف معدنی ضریب افت صدایی در محدوده ی 0.25 تا 0.65 دارند. با چگالی اسمی 15 پوند، کاشی ها خصوصیات مانع صوتی مناسب را نیز از خود نشان می دهند. این کاشی ها همچنین در موارد استفاده ای چون مواد ترکیبی نیز به کار می روند. با درجه ی ذوب بیش از 2000 درجه ی فارنهایت، محصولات فیبرهای معدنی، ویژگی های ضد حریق بسیار خوبی دارند. این مواد در سطح گسترده ای در ساختمان های تجاری به کار می روند. روکش های معدنی نیز به عنوان عایق های صوتی در ساختارهای پارتیشنی و سیستم های کف/ سقف اما بدون ویژگی های مانع صوتی مورد استفاده قرار می گیرند.
سایر مواد جذب صوت
شامل: چوب، پنبه، تخته های فیبر چوبی، عایق های سلولزی و سطح وسیعی از مواد فیبری با فن آوری پیشرفته می باشند. تخته های چوبی و چوب پنبه ای، کماکان در مناطق و واحدهای مسکونی که مسائل گسترش آتش اهمیت ندارد، بکار می روند. این مواد که به عنوان جاذب صوتی در سقف و دیوار به کار می روند، اهمیتی بیش از محصولات معدنی و الیاف شیشه دارند. تخته های فیبری چوبی، در فرایند ماشینی تر شکل می گیرند. این تخته ها سپس به شکل تخته های چند لایه ی سقف و کاشی های سقف در اشکال و ابعاد متنوع تولید می شوند. خصوصیات جذب صوتی این مواد در سطح 0.45 تا 0.55 قرار دارد. این مواد تنها زمانی به سطح جذب صوتی ذکر شده می رسند که در آن ها ترک، سوراخ و یا حفره ای ایجاد شود تا مساحت سطحی آن ها افزایش یافته و به صوت اجازه دهد تا به الیاف موجود نفوذ کند. تخته های فیبری چوبی، در ابتدا به شکل ورقه های خارجی ساخته می شوند و سپس به شکل تخته های کاهش دهنده ی صوت در دیوارها و سیستم های کف/ سقف که واحدهای مختلف منازل مسکونی را از یکدیگر جدا می کند به کار می روند.
سیستم ها/ مواد مانع صوتی
طرز عملکرد مانع های صوتی
این مساله کاملا شناخته شده است که یک دیوار و یا حصار سنگین می تواند به عنوان یک حفاظ و مانع بسیار موثر در برابر انتقال صوت از هوا عمل کند در حالی که هر سطحی مقداری از صوتی را که به آن برخورد می کند، باز می تاباند، تنها سیستم ها و مواد طراحی شده ی آکوستیکی و سنگین با سطوح فشرده و مانع نفوذ هوا، در متوقف نمودن صوت بسیار موثر می باشند. میزان تاثیر و کارآیی یک مانع به وزن، سختی، نحوه نصب، میرائی، استفاده از پانل های مجزا یا چندگانه، موقعیت و طرز قرارگیری این پانل ها و استفاده از مواد جاذب در حفره های آن بستگی دارد.
طرز عمل یک مانع صوتی فراهم نمودن شرایطی برای ایجاد اختلاف در ترازهای صوتی حفره های مختلف سطح سازه می باشد.
اگر تراز بالای صوت، مثلا 60 دسی بل، در یک سمت از دیوار وجود داشته باشد، در زمانی که تراز قابل قبول صدا در قسمت گیرنده بیش از 20 دسی بل نیست، دیوار بایستی حداقل 40 دسی بل کاهش صوتی را ارائه نموده که (که به آن افت انتقال صوتی نیز گفته می شود) تا صوت وارده را در سطح مودرنظر نگه دارد. اگر دیوار به میزان 20 دسی بل کاهش صوتی را ارائه دهد، صوت وارده به گیرنده برابر 20 دسی بل بوده که خود 5 دسی بل از حد صدای زمینه محیطی که 25 دسی بل است کمتر خواهد بود. مانعی که بتواند تراز صوتی وارده به محیط را به سطحی کمتر از میزان صدای زمینه محیطی در محل گیرنده کاهش دهد، شنیده نخواهد شد.
بنابراین یک حفاظ صوتی عبارتست از یک دیوار، کف ساختمان و یا پارتیشن که بتواند کاهش صوتی و یا افت انتقال صوت کافی را در قسمت گیرنده صوتی ارائه کند به گونه ای که میزان تراز صدای عبوری کمتر از میزان صدای موردانتظار در قسمت شنونده باشد.
زمانی که یک موج صوتی به یک مانع برخورد می کند، باعث واداشتن آن مانع به حرکت می گردد. سپس آن مانع خود یک منبع صوتی شده و هوای موجود در سطح دیگر را به حرکت وا می دارد. مقداری از انرژی به خود منبع منعکس شده و مقداری در هنگام حرکت در سازه در اثر اصطکاک از بین می رود.
افت انتقال صوت
نسبت انرژی وارده به سطح مانع به انرژی عبوری و یا تابشی از سطح مخالف مانع را افت انتقال مانع صوتی می نامند. در واقع انرژی تلف شده شامل انرژی منعکس شده (و بازگشته به منبع) و گرما (ناشی از برخوردها و اصطکاک های داخل ماده) می باشد.
افت انتقال صوت، خصوصیت ذاتی یک مانع است و کاملا از موقیعت و مکان یک مانع جدا می باشد. زمانی که مانع با حرکات نوسانی و شتابی جنبش می کند، نیاز به انرژی دارد تا این حرکت را کماکان نگاه دارد. مانع دارای جرم است و از طریق نیرو و یا فشار موج صوتی وارده شتاب می گیرد. به همین دلیل، می توان حرکت آن را به شکل ریاضی تجربه کرد.
اگر مانع صوتی توده نرمی داشته باشد و تنها به جلو و عقب حرکت کند میزان افت انتقال صوت برای انرژی که به شکل متناوب به مانع وارد می شود (به جز کاهش هایی که در لبه ی پانل ها و یا هر گونه روزنه ای رخ می دهد) از طریق رابطه ی زیر بدست می آید:
که در این رابطه:
TL: افت انتقالی (دسی بل)
: فرکانس (هرتز)
M: جرم سطحی مانع (پوند)
: چگالی هوا (پوند بر فوت مکعب)
C: سرعت صوت در هوا (فوت بر ثانیه)
: زاویه ی موج تابشی (برحسب درجه)
این رابطه نشان می دهد که افت انتقال ناشی از یک مانع، به فرکانس صوت، زاویه ی برخورد موجب صوتی و جرم مانع وابسته است. لازم به ذکر است که برای صوت وارده که به شکل معمول به سطوح برخورد می کند، بیشترین میزان افت در زاویه صفر درجه یا نرمال ( COS) و کمترین میزان آن در زاویه 90 درجه خواهد بود. در عمل موج صوتی در زوایای متعددی به مانع برخورد می کند که این رابطه می تواند برای سطحی از زوایای مختلف و در شرایط و موقعیت های گوناگون موج صوتی مورداستفاده قرار گیرد. معمولا می توان یک رینجی از زوایای برخورد را فرض نمود. که در این شرایط رابطه ی افت انتقال به شکل زیر خلاصه می شود.
که در این رابطه f فرکانس برحسب هرتز و w جرم سطحی مانع بر حسب kg/m2 می باشد. با استفاده از این رابهط می توان متوجه شد که به ازای هر دو برابر شدن فرکانس و جرم سطحی مانع، افت انتقال به اندازه ی 6 دسی بل افزایش می یابد. این نکته از طریق قانون جرم نیز شناخته شده است. متاسفانه تعداد اندکی از مواد و یا سازه ها از قاعده قانون جرم ماده تبعیت می کنند. سرب و مصالح بنایی در این محدوده می باشند. سیستم های دیوارهای مرکب نیز ویژگی ترکیبی افت انتقال صوت را از خود نشان می دهند. یک سطح چوبی با رویه ی پوشیده از گچ معمولا عملکرد بهتری را نسبت به آنچه که توسط قانون جرم ماده تخمین زده می شود، از خود نشان می دهد.
تشدید
علاوه بر تشدید رد فرکانس همزمانی، خود مانع نیز دارای خصوصیات تشدیدی می باشد. مانند هر سیستم فیزیکی، این سازه نیز دارای جرم و تاحدودی کشسانی است که در نتیجه ارتعاشات طبیعی در آن محتمل است. تعداد مدها و فرکانس هایی که مانع در آن تشدید می کند، به ابعاد آن، جرم و سختی و چگونگی اتصال لبه های آن بستگی دارد. در بین این فرکانس ها، اصلی ترین و یا به عبارتی کمترین فرکانس، که معمولا در عمل از همه مهمتر است فرکانس تشدید نامیده می شود.
در بسیاری از شرایط، ابعاد و مواد یک مانع صوتی به شکلی است که فرکانس تشدید کاملا پایین تر از کمترین فرکانس مودرنظر قرار می گرد. از آن جا که درخصوص مانع های کوچکتر این احتمال وجود دارد که فرکانس تشدید آن ها به فرکانس صوت وارده نزدیک باشد لذا همواره باید این نکته مدنظر قرار گیرد.
در فرکانس های پایین تر از فرکانس تشدید، میزان کارآئی یک مانع عمدتا توسط میزان فنریت مانع کنترل می شود که اصطلاحا در این شرایط مانع فنریت ـ کنترل است. در این شرایط مانع بایستی برای موج صوتی وارده به جای یک جسم دارای اینرسی، مشابه فنر عمل کرده و در نتیجه قابلیت عایق بودن مانع با کاهش فرکانس افزایش پیدا کند.
زمانی که فرکانس موج صوتی وارده به مانع متناسب با فرکانس تشدیدی پارتیشن باشد، سازه با انرژی بسیار کمی مرتعش می شود. دامنه ی بالای ارتعاش تولید شده سبب ایجاد سطح بالای فشار صوت در سمت دیگر مانع می کند. در بعضی شرایط موج صوتی به گونه ای از جسم عبور می کند که هیچگونه اصطکاکی با مواد داخل جسم پیدا نمی کند. برای جلوگیری از تاثیرات تشدید، باید تلاش نمود تا فرکانس طبیعی بسیار پایین باشد. به عنوان مثال می توان با استفاده از سازه هایی با درصد فشردگی بالا، فرکانس طبیعی را در کمترین سطح خود ایجاد کرد. به عنوان نمونه، قالب های گچی با ابعاد 4 تا 8 فوتی می توانند فرکانش تشدیدی مناسبی را برای کاربردهای آکوستیکی فراهم نمایند.
پی آمدهای کلی
نتایج تمامی این تشدیدها و همزمانی ها آن است که رفتار کلی موانع به جز در یک سطح محدود و در فرکانس های مرکزی، چندان از قانون جرم ماده تبعیت نمی کند. پیش بینی میزان افت انتقال یک ماده ی مرکب و یا سیستم معمولا پیچیده است. بسیاری از محققین تکنیک های زیادی را برای پیش بینی میزان کارآیی موانع صوتی ارائه کرده اند.
به عنوان مثال در یک روش میزان افت انتقال مواد با استفاده از روش عمومی به دست می آید. میزان افت انتقال در فرکانس های پایین تر از نقطه A از رابطه معروف به قانون جرم یعنی معادله زیر بدست می آید:
که در آن w چگالی سطح ویژه مواد (در سیستم انگلیسی بر حسب پوند بر فوت مربع بر اینچ و در سیستم متریک کیلوگرم بر مترمربع بر سانتی متر است) و K عدد ثابتی است که در سیستم انگلیسی 33 و در سیستم متریک 27.5 است.
هرگاه میزان افت انتقال محاسبه شده به سطح هموار در نمدار رسید، میزان افت انتقال برای سه اکتاو باند تغییر نخواهد کرد.
در فرکانس های بالاتر از نقطه B میزان افت انتقال به یک میزان مشخص افزایش می یابد. البته لازم به ذکر است که در برخی منابع معتبر میزان افزایش در این منطقه را نیز همچون منطقه جرم (پایین تر از نقطه A) 6 دسی بل افزایش به ازای هر اکتاو باند می دانند.
به دلیل اینکه تشدید می تواند به شکل قابل توجهی کارآیی مانع صوتی را کاهش دهد در نتیجه ماده ای که تحت تاثیر ارتعاش قرار نگیرد، مانع صوتی موردنظر است. از آنجایی که مواد سنگین درجات پایین تری از تاثیرات تشدید را نشان می دهد در موارد کنترل صدا، سرب و پلاستیک های حجیم موارد استفاده ی بالایی دارند. به هر حال، طبقه بندی سطح انتقال صوت (STC) یک مانع شامل تاثیرات تشدید در موانع می باشد که در همین راستا، موادی با سطح انتقال صوت یکسان، می توانند عملکرد مشابهی را در موارد اجرایی گوناگون ارائه دهند.