Akustyka wnętrz. Ustroje dźwiękochłonne perforowane

Poprzedni numer poświęciliśmy na omówienie pierwszej części „urządzeń”, które pochłaniają dźwięk, należących do II grupy, czyli ustrojów dźwiękochłonnych – płytowych i membranowych. W tym artykule zajmiemy się kolejnymi członkami, a konkretnie bardzo popularnymi

USTROJAMI DŹWIĘKOCHŁONNYMI PERFOROWANYMI

Ustrój perforowany składa się z płyty perforowanej, umieszczonej w pewnej odległości od powierzchni odbijającej, tak że między płytą a tą powierzchnią tworzy się przestrzeń powietrzna niewypełniona lub wypełniona – częściowo lub całkowicie – materiałem dźwiękochłonnym (rysunek 1). Płyty wykonuje się najczęściej z tworzyw sztucznych, metalu, płyt pilśniowych twardych, gipsu lub ceramiki. Tego typu ustroje są chętnie stosowane ze względu na duże możliwości kształtowania charakterystyki współczynnika pochłaniania dźwięku przez ustrój, zależnie od potrzeb.

Zarówno częstotliwość rezonansową, czyli częstotliwość, dla której występuje maksimum na charakterystyce współczynnika tłumienia (największe pochłanianie dźwięku), jak też i średni współczynnik pochłaniania dźwięku przez ustrój można wyznaczyć teoretycznie – z uwagi jednak na to, że tego typu obliczenia obarczone są dość dużym błędem, mogą służyć jedynie jako orientacyjne. Ważną rzeczą jest więc poznanie, w jakim stopniu na parametry akustyczne ustroju perforowanego wpływają różne czynniki, wspólne dla wszystkich ustrojów perforowanych. Należą do nich: powierzchnia i grubość płyty, średnica otworów, odstępy między otworami (współczynnik perforacji), odległość płyty od powierzchni odbijającej (głębokość ustroju), stopień wypełnienia ustroju materiałem lub wyrobem dźwiękochłonnym. Czynniki te wpływają na częstotliwość rezonansową i pogłosowy współczynnik pochłaniania dźwięku. Prześledźmy, jak to wygląda w praktyce.

USTROJE PERFOROWANE DLA MAŁYCH CZĘSTOTLIWOŚCI

Uzyskanie małej częstotliwości rezonansowej i dużego współczynnika pochłaniania dźwięku w paśmie małych częstotliwości wymaga zapewnienia warunków działania możliwie bliskich warunkom działania ustroju płytowego, a więc małego współczynnika perforacji. Im mniejsza średnica otworów i większy odstęp między nimi (współczynnik perforacji 2-5%) oraz im większy odstęp płyty od powierzchni odbijającej (większa grubość ustroju), tym mniejsza częstotliwość rezonansowa ustroju i duże pochłanianie dźwięku wystąpi w paśmie małych częstotliwości. Dalsze przesunięcie częstotliwości rezonansowej – nie więcej niż o jedną oktawę – w kierunku małych częstotliwości można uzyskać poprzez częściowe lub całkowite wypełnienie wnętrza ustroju materiałem dźwiękochłonnym (dotyczy ustrojów o głębokości do 20 cm).

USTROJE PERFOROWANE DLA ŚREDNICH I DUŻYCH CZĘSTOTLIWOŚCI

Uzyskanie średniej lub dużej częstotliwości rezonansowej i dużego współczynnika pochłaniania w tych zakresach wymaga stworzenia warunków działania bliskich warunkom działania materiału dźwiękochłonnego (odsłonięcie jak największej powierzchni materiału dźwiękochłonnego wypełniającego wnętrze, a więc duży współczynnik perforacji).

Zatem im większa średnica otworów, mniejszy odstęp otworów od siebie (współczynnik perforacji większy od 10%) i mniejsza odległość płyty od powierzchni odbijającej, tym częstotliwość rezonansowa większa, a duże pochłanianie dźwięku wystąpi w zakresie średnich i dużych częstotliwości.

Uzyskanie dużego współczynnika pochłaniania w szerokim zakresie częstotliwości wymaga stosowania płyt cienkich, o współczynniku perforacji większym od 15% i odległości płyty od ściany powyżej 10 cm.

Wprowadzenie do ustroju perforowanego materiału dźwiękochłonnego o dużym współczynniku pochłaniania powoduje zarówno zwiększenie pochłaniania dla częstotliwości rezonansowej, jak i znacznie rozszerza pasmo, w którym występuje duże tłumienie.

Wartość współczynnika pochłaniania dla częstotliwości rezonansowej po wprowadzeniu materiału dźwiękochłonnego do wnętrza ustroju jest tym większa, im większy jest współczynnik perforacji płyt.

Przykładowe rozwiązania ustrojów perforowanych i ich współczynniki pochłaniania dźwięku przedstawia tabela 1.

USTROJE PERFOROWANE METALOWE

Ustroje perforowane metalowe składają się zazwyczaj z metalowych płyt perforowanych, podwieszonych do sufitu za pomocą metalowych uchwytów (rysunek 2). Często zamiast prostokątnych płyt (lub kwadratowych) stosowane są listwy z blachy perforowanej, spełniające jednocześnie funkcję ustroju szczelinowego – o którym szerzej powiemy sobie w kolejnym artykule z tego cyklu.

Ustroje perforowane metalowe wykonywane są najczęściej z blachy aluminiowej o grubości poniżej 1 mm (rysunek 3). Ustroje tego typu nie są tanie, ale są bardzo trwałe i estetyczne. Mogą być instalowane w obiektach, w których występuje „agresywna” atmosfera.

USTROJE PERFOROWANE Z PŁYT PILŚNIOWYCH I SKLEJKI

W adaptacjach akustycznych sal, szczególnie wielofunkcyjnych, bardzo często spotykamy się z płytami dźwiękochłonnymi perforowanymi, wykonanymi z płyt pilśniowych lub sklejki (rysunek 4). Najczęściej są to ustroje wykonane w postaci podklejanych płótnem perforowanych płyt, mocowanych do szkieletu z łat drewnianych, o komorach powietrznych wypełnionych częściowo lub całkowicie matami z waty szklanej lub płytami z wełny mineralnej w folii.

Własności dźwiękochłonne takich ustrojów zależą od rodzaju perforacji, odstępu ustroju od ściany i wypełniania przestrzeni powietrznej.

USTROJE PERFOROWANE Z TWORZYW SZTUCZNYCH

Płyty z niektórych tworzyw sztucznych są trudno palne, a jednocześnie lekkie i dają się dowolnie formować. Nadają się zatem dobrze do wyrobu ustrojów perforowanych. Jako przykład można podać płyty winidurowe o grubości 2 mm, które mogą być użyte zamiast twardych płyt pilśniowych, w postaci samonośnych elementów kasetowych – na podobieństwo ustrojów płytowych. Właściwości dźwiękochłonne ustrojów z płyt winidurowych o grubości 2 mm, perforowanych otworami o średnicy 5 mm w rozstawie 13 × 13 mm, z wnętrzem wypełnionym płytą z wełny mineralnej lub matą z włókniny zgrzewanej są zbliżone do właściwości ustrojów dźwiękochłonnych podobnych ustrojów z płyt pilśniowych i pokazane na rysunku 5. Są natomiast znacznie wygodniejsze w stosowaniu, ponieważ mogą być formowane w postaci samonośnych kaset, a więc nie wymagają dodatkowej konstrukcji nośnej.

USTROJE PERFOROWANE GIPSOWE I CERAMICZNE

Ustroje perforowane gipsowe i ceramiczne są wykonywane zazwyczaj jako płyty perforowane, w przypadku gipsu zbrojone włóknem szklanym lub płótnem (rysunek 6). Płyty podklejane są płótnem lub jutą. Zamiast podklejania płótnem stosuje się często umieszczanie materiału dźwiękochłonnego we wnętrzu ustroju, w cienkiej bibule lub folii plastykowej. Płyty mocowane są do łat, których grubość zależy od potrzebnej wielkości komory powietrznej. Komorę powietrzną wypełnia się – w zależności od potrzeb – częściowo lub całkowicie materiałem dźwiękochłonnym. W przypadku podwieszanych sufitów dźwiękochłonnych stosuje się odpowiedni system podwieszenia, do którego mocuje się fabrycznie wykonane płytki.

Ze względu na bardzo duży współczynnik perforacji ustroje wykonane z płyt gipsowych charakteryzują się dobrymi właściwościami dźwiękochłonnymi (rysunek 7). Wartości pogłosowego współczynnika pochłaniania większe od 0,7 w paśmie 240-4.000 Hz uzyskuje się dla płyt gipsowych perforowanych w odległości 5 cm od powierzchni odbijającej, z wnętrzem wypełnionym płytą z wełny mineralnej.

W niektórych przypadkach, np. w halach przemysłowych, hamowniach, w halach filmowych i telewizyjnych, stosuje się ceramiczne ustroje perforowane, w których „płytę” perforowaną stanowi ściana z cegły dziurawki, kratówki lub z rur ceramicznych (rysunek 8). Charakterystyki współczynników pochłaniania dźwięku takich ustrojów trudno jest dokładnie określić metodami obliczeniowymi i dlatego należy określić je doświadczalnie.

Piotr Sadłoń

---

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