Ulubiony kiosk PRZEJRZYJ ONLINE LISTOPADOWE WYDANIE Live Sound PRZESYŁKA GRATIS

Tutoriale

Akustyka wnętrz. Ustroje dźwiękochłonne szczelinowe, pochłaniacze przestrzenne i dyfuzory

Akustyka wnętrz. Ustroje dźwiękochłonne szczelinowe, pochłaniacze przestrzenne i dyfuzory

Dodano: czwartek, 15 września 2016

W tym numerze zakończymy wreszcie temat ustrojów dźwiękochłonnych. Po omówieniu ustrojów płytowych, membranowych i perforowanych został nam jeszcze jeden ich rodzaj.

 

Powiemy też sobie kilka zdań o specyficznym typie ustrojów dźwiękochłonnych, których nie instaluje się bezpośrednio na ścianie czy suficie, ani nawet na podłodze – mowa będzie bowiem o pochłaniaczach przestrzennych (i nie będą to bynajmniej pochłaniacze brzydkich zapachów).

Na koniec też wspomnimy o bardzo często równie niezbędnych, jak ustroje dźwiękochłonne, elementach rozpraszających dźwięk, które spotkamy praktycznie w każdym studiu – radiowym czy nagraniowym, ale też w salach koncertowych i innych obiektach.

USTROJE DŹWIĘKOCHŁONNE SZCZELINOWE


Rozróżniamy trzy rodzaje ustrojów szczelinowych:

a) wykonane z długich wąskich listew, przymocowanych do łat w pewnym odstępie od ściany, w ten sposób, że pomiędzy listwami tworzą się szczeliny (zakryte najczęściej tkaniną), zaś wnętrze ustroju wypełnione jest zazwyczaj częściowo lub całkowicie materiałem dźwiękochłonnym (fot. 1),

b) ustrój wykonany podobnie, jak ustrój perforowany, lecz z płyt naciętych szczelinami (fot. 2),

c) ustrój wykonany, jak w a), ale nie z litych listew, lecz z płyt rowkowanych, nacinanych szczelinami (fot. 3). Ustrój ten ma dwie częstotliwości rezonansowe.

Odmianą ustroju szczelinowego jest ustrój dźwiękochłonny z perforowanych listew aluminiowych.

Ustroje szczelinowe mają selektywną charakterystykę współczynnika pochłaniania – w paśmie powyżej i poniżej częstotliwości rezonansowej wartości współczynnika szybko maleją. W zależności od konstrukcji ustrój pochłania intensywnie energię dźwiękową w paśmie małych, średnich lub dużych częstotliwości.

Częstotliwość rezonansową ustroju, dla której występuje maksymalne pochłanianie dźwięku, można obliczyć teoretycznie dla przypadku, w którym wnętrze ustroju nie jest wypełnione materiałem dźwiękochłonnym. Podarujemy sobie jednak wzór, wg. którego można dokonać takich obliczeń. Generalnie każdy taki ustrój powinien być przebadany i zmierzony w komorze pogłosowej, co pozwoli nie tylko oszacować jego parametry, ale z dużą dokładnością je określić.

ZALEŻNOŚCI


W ustrojach szczelinowych wykonanych z listew lub desek występują następujące prawidłowości:

– im węższe szczeliny, grubsze listwy lub deski (czyli głębsze szczeliny) i większy odstęp listew lub desek od powierzchni odbijającej, tym częstotliwość rezonansowa ustroju szczelinowego jest mniejsza i w tym niższym paśmie częstotliwości występuje duże pochłanianie dźwięku przez ustrój (z niewypełnionym wnętrzem) – właściwości ustroju zbliżone do właściwości ustroju płytowego,

– im szersze szczeliny, cieńsze listwy lub deski i mniejszy ich odstęp od powierzchni odbijającej, oraz im mniejsze wnętrza poszczególnych komór przypadających na poszczególne szczeliny, tym wyższa częstotliwość rezonansowa ustroju i w tym wyższym paśmie częstotliwości występuje duże pochłanianie energii dźwiękowej przez ustrój. Właściwości ustroju zbliżone do właściwości materiału dźwiękowego, który – jak może pamiętamy z poprzednich artykułów z tej serii – pochłania intensywnie energię dźwiękową w paśmie średnich i dużych częstotliwości,

– w praktyce ustrój szczelinowy do pochłaniania dźwięku w paśmie małych częstotliwości powinien mieć listwy o grubości większej od 1 cm, odstęp listew od powierzchni odbijającej większy od 10 cm oraz wspólne jedno wnętrze (komora),

– do pochłaniania dźwięku w paśmie średnich częstotliwości odwrotnie – listwy lub deski powinny być cieńsze od 1 cm, ich odstęp od powierzchni odbijającej powinien być mniejszy od 10 cm. Komory należące do poszczególnych szczelin powinny być rozdzielone,

– wypełnienie wnętrza komór ustroju szczelinowego materiałem dźwiękochłonnym o dużym współczynniku pochłaniania (np. watą szklaną, płytą z wełny mineralnej lub włókniną zgrzewaną) zwiększa współczynnik pochłaniania dźwięku przez ustrój zarówno dla częstotliwości rezonansowych, jak też w pozostałym paśmie częstotliwości,

– uzyskanie pochłaniania dźwięku przez ustrój szczelinowy w szerokim zakresie częstotliwości możliwe jest przez zastosowanie kombinacji ustrojów szczelinowych nastrojonych na częstotliwości rezonansowe, rozmieszczone równomiernie w całym paśmie częstotliwości.

Nieco inny format niż ustroje dźwiękochłonne, choć pełnią podobne funkcje, mają

POCHŁANIACZE PRZESTRZENNE


Pochłaniacz przestrzenny jest to ustrój dźwiękochłonny w kształcie bryły, ukształtowanej zależnie od potrzeb, podwieszony w pewnej odległości od sufitu lub do niego przytwierdzony (fot. 5).

Ze względu na konstrukcję rozróżniamy:
– bryłowe pełne, wykonane z jednego rodzaju materiału dźwiękochłonnego (np. walec z pianki poliuretanowej, „deska” z płyt z wełny mineralnej itp.)
– szkieletowe, częściowo zapełnione materiałem dźwiękochłonnym, ze ściankami z płyt perforowanych lub tkaniny, folii itp.
– pneumatyczne, z warstwą materiału dźwiękochłonnego na zewnątrz i wewnątrz.

Ze względu na kształt rozróżniamy pochłaniacze:
– bryłowe regularne: sześcian, prostopadłościan (np. „deska”), walec, kula
– bryłowe nieregularne.

Pochłaniacze przestrzenne są bardzo atrakcyjnymi ustrojami dźwiękochłonnymi, ponieważ mają małą masę (szczególnie w przypadku pochłaniaczy wykonanych z tworzyw sztucznych, płyt z waty szklanej lub wełny mineralnej) oraz ze względu na fakt, iż współczynnik pochłaniania materiału (wyrobu, ustroju) jest kilkakrotnie większy w przypadku użycia go w pochłaniaczu przestrzennym, niż współczynnik tego samego materiału zamocowanego wprost na ścianie lub suficie, w postaci warstwy dźwiękochłonnej. Charakterystyka pogłosowego współczynnika pochłaniania dźwięku zależy w znacznym stopniu od kształtu i konstrukcji pochłaniacza.

Najkorzystniejsze pochłaniacze (duży współczynnik pochłaniania w szerokim paśmie częstotliwości) uzyskuje się dla pochłaniaczy bryłowych szkieletowych typu sześcian lub walec, obciągniętych płótnem, perforowaną ceratą lub folią, ze ścianami wykonanymi z waty szklanej lub wełny mineralnej. Pochłaniacze przestrzenne powinny być umieszczone w pewnym odstępie od twardej powierzchni sufitu, możliwie blisko źródeł hałasu.

W wielu przypadkach, ze względu na potrzebną trwałość pochłaniaczy, wykonuje się ich ścianki z perforowanych płyt aluminiowych lub płyt z tworzyw sztucznych. W tabeli 1 zestawiono pogłosowe współczynniki pochłaniania dźwięku przez pochłaniacze przestrzenne stosowane w praktyce.

Pochłaniacze przestrzenne, mocowane w rogach pomieszczenia – w reżyserkach, pomieszczeniach odsłuchowych itp. – nazywane są pułapkami basowymi. Konstrukcja pułapek oraz miejsce montażu powoduje, że najskuteczniej pochłaniają niskie częstotliwości. Im większa średnica pułapki, tym większa skuteczność pochłaniania niskich częstotliwości.

ELEMENTY ROZPRASZAJĄCE DŹWIĘK


W niektórych pomieszczeniach, jak np. studia radiowe, nagraniowe, koncertowe itp., niezbędne jest zapewnienie, oprócz odpowiednich warunków pogłosowych (w sensie czasu pogłosu i jego charakterystyki), rozproszenia energii dźwiękowej. W tym celu stosuje się twarde, wypukłe elementy, rozmieszczone na ścianach i suficie, wykonane z betonu, gipsu, drewna, tworzyw sztucznych, ukształtowane w postaci półwalców, pilastrów, czasz, pryzm itp. – są to tzw. dyfuzory geometryczne (fot. 6).

Były one podstawowym narzędziem akustyków do lat 70-80. ubiegłego wieku. Ich rola znacznie zmalała po opublikowaniu teorii dyfuzorów Schroedera oraz po upowszechnieniu modelowania numerycznego, pozwalającego przewidywać rozpraszanie fal dźwiękowych przez dowolnie ukształtowane powierzchnie. Mimo wszystko dyfuzory geometryczne nie wyszły całkowicie z użytku, bowiem mają one wiele zalet, takich jak prostota wykonania i stosunkowo niewielkie koszty. Poza tym są one w stanie dobrze spełnić wybrane funkcje akustyczne. Mogą być na przykład skuteczne w zwalczaniu trzepoczącego echa. Dyfuzory walcowe i kuliste zapewniają bardzo dobre przestrzenne rozpraszanie padającej fali, choć słabo rozpraszają w dziedzinie czasu.

Oprócz dyfuzorów geometrycznych, o kształtach klasycznych brył, stosuje się specjalnie ukształtowane powierzchnie, których profil został zoptymalizowany pod kątem osiągnięcia możliwie najkorzystniejszego rozproszenia odbitej od niej fali akustycznej. Dyfuzory tego typu znajdują zastosowanie najczęściej tam, gdzie powierzchnia rozpraszająca ma być duża, np. sufity lub ściany sal koncertowych – przykładem są obie sale siedziby Narodowej Orkiestry Symfonicznej Polskiego Radia w Katowicach, czyli w NOSPR (fot. 7).

W mniejszych pomieszczeniach (ale nie tylko) do kontrolowania rozproszenia pola dźwiękowego obecnie najczęściej stosuje się dyfuzory Schroedera. Sprawdzają się one również tam, gdzie powierzchnie adaptowanego pomieszczenia są blisko słuchacza.

Dyfuzor Schroedera jest pierwszym elementem, który został w sposób ścisły opisany matematycznie. Działanie jego opiera się na odpowiednim sumowaniu fal odbitych z różnymi fazami od sztywnych powierzchni, dlatego też dyfuzory te należą do rodziny dyfuzorów typu „phase grating”. Pokrycie ścian adaptowanego pomieszczenia przy użyciu dyfuzorów powoduje zmiany w lokalnym współczynniku odbicia, co przekłada się na sprzęganie opóźnień różnych odbić od elementów tworzących dyfuzor na jego powierzchni.

Można też spotkać ustroje dźwiękochłonno - rozpraszające, takie jak półwalce czy kasetony, i inne specjalne elementy.

RODZAJE DYFUZORÓW


Używane są dwa rodzaje dyfuzorów:

– dyfuzor płaszczyznowy, albo inaczej dyfuzor 1D – jest powierzchnią o typowo anizotropowych właściwościach, w którym zmiana fazy lub amplitudy zachodzi tylko w jednym kierunku. Fala wynikowa „produkowana” przez dyfuzor płaszczyznowy ma kształt półwalca (fot. 8).

– dyfuzor sferyczny, albo inaczej dyfuzor 2D – jest powierzchnią o właściwościach izotropowych, rozpraszającą dźwięk wszechkierunkowo . Energia fali w danym kierunku jest dwukrotnie mniejsza, niż w przypadku zastosowania dyfuzora 1D (fot. 9).

Spotkać można też dyfuzory określane mianem 3D. Jest to jednak bardziej nazwa marketingowa, przypisana dyfuzorom w formie „klockowej” (fot. 10), niż typ dyfuzora (skoro dyfuzor 2D rozprasza dźwięk wszechkierunkowo, to co miałoby oznaczać owo „trzecie D”, jaki to miałby być wymiar?).


Stosowanie dyfuzorów i ogólnie elementów rozpraszających dźwięk wpływa na eliminację echa, polepszenie słyszalności między muzykami (na scenie, w studiu, w sali prób), poprawę zrozumiałości mowy (głównie w obiektach sakralnych, ale też i w salach audytoryjnych czy wykładowych), a także na poprawę obrazu dźwiękowego w salach, w których system dźwiękowy jest skonfigurowany jako surroundowy (np. 5.1).

ELEMENTY KIERUJĄCE DŹWIĘK


Na koniec wspomnijmy jeszcze o jednych elementach akustycznych, tym razem stosowanych raczej w dużych obiektach, np. salach koncertowych. W przypadku zapewnienia dobrego nagłośnienia (mam tu na myśli nagłośnienie „naturalne”, bez wspomagania systemem elektroakustycznym) dużych pomieszczeń stosuje się powierzchnie kierujące odbite fale dźwiękowe w określone miejsca sali, celem ich dogłośnienia owym dźwiękiem odbitym. Do tego celu stosuje się powierzchnie o wymiarach liniowych, porównywalnych z długością fal, które mają kierować, wykonane z twardych odbijających materiałów, podwieszone w odpowiednich miejscach sali. W studiach filmowych i radiowych stosuje się też ustroje o zmiennym współczynniku pochłaniania dźwięku i zmiennym kącie ustawienia powierzchni kierujących dźwięk.



Piotr Sadłoń


Przy tworzeniu artykułu autor korzystał z publikacji „Akustyka architektoniczna” Jerzego Sadowskiego oraz „Podstawy elektroakustyki” Zbigniewa Żyszkowskiego.