X4L - wzmacniacz z DSP z serii X
Biznes „nagłośnieniowy” – w porównaniu z innymi dziedzinami techniki (np. przemysłem samochodowym, czy ...
Nieco więcej o tym skomplikowanym i wciąż nie do końca poznanym zjawisku opowiemy sobie w tym artykule.
Najpierw jednak wprowadzimy pewną klasyfikację przegród ze względu na ich właściwości akustyczne.
PRZEGRODY
Przegrody stosowane w budynkach można, z punktu widzenia charakteru pola dźwiękowego, występującego po obu stronach przegrody, podzielić na wewnętrzne – rozdzielające poszczególne pomieszczenia w budynku – oraz zewnętrzne, czyli izolujące pomieszczenia od zewnątrz. Z dużym uproszczeniem można przyjąć, że przegrody wewnętrzne znajdują się przeważnie w polu dźwiękowym rozproszonym, natomiast pole dźwiękowe po obu stronach przegrody zewnętrznej jest różne – w skrajnym przypadku w pomieszczeniu po wewnętrznej stronie przegrody zewnętrznej może istnieć pole rozproszone, na zewnątrz zaś fala dźwiękowa może padać na przegrodę pod określonym kątem (kątami).
Z punktu widzenia własności akustycznych przegrody można podzielić na:
a) przegrody pojedyncze,
b) przegrody wielokrotne (w tym przegrody podwójne).
W skład poszczególnych grup wchodzą:
a) grupa I (przegrody pojedyncze):
1 – przegroda pojedyncza jednorodna,
2 – przegroda pojedyncza jednorodna z dodatkowym układem rezonansowym,
3 – przegroda pojedyncza jednorodna z dodatkowym układem szkieletowym,
4 – przegroda pojedyncza jednorodna z dodatkowym układem rezonansowym zamocowanym elastycznie,
5 – przegroda akustycznie niejednorodna z komorami powietrznymi (pustymi lub wypełnionymi materiałami dźwiękochłonnymi),
6 – przegroda akustycznie niejednorodna, wielowarstwowa,
7 – przegroda akustycznie niejednorodna, szkieletowa.
b) grupa II (przegrody wielokrotne):
8 – przegroda wielokrotna z przegród jednorodnych,
9 – przegroda podwójna z przegród jednorodnych,
10 – przegroda podwójna z przegród warstwowych,
11 – przegroda podwójna mieszana z przegród różnych,
12 – przegroda podwójna (jednorodna lub mieszana) z dodatkowym układem izolacyjnym.
Schematycznie pokazuje to rysunek 1, na którym numerki pod ilustracjami odpowiadają numerom w powyższym opisie.
Poza klasyfikacją akustyczną przegród można też wprowadzić klasyfikację akustyczną ustrojów izolacyjnych, stosowanych do polepszenia właściwości akustycznych przegród (rysunek 2).
Dodatkowe ustroje izolacyjne można podzielić ze względu na ich właściwości akustyczne i zakres stosowania na:
a) ustroje rezonansowe – stosowane na przegrodach ściennych, najczęściej w celu zwiększenia izolacyjności akustycznej właściwej. Ustrój rezonansowy składa się z warstwy przeciwdrganiowej, wykonanej z pomocniczego materiału izolacyjnego o małej sztywności dynamicznej oraz twardej płyty dociskowej, stanowiącej jednocześnie zewnętrzną powierzchnię ustroju,
b) pływające podłogi – stosowane na stropach w celu zwiększenia ich izolacyjności akustycznej oraz tłumienia dźwięków uderzeniowych. Pływające podłogi zbliżone są swoją konstrukcją do ustrojów rezonansowych. Składają się z warstwy przeciwdrganiowej z materiału o małej sztywności dynamicznej oraz płyty dociskowej o dużym ciężarze. Płyta dociskowa stanowi równocześnie podkład pod wierzchnią warstwę podłogową,
c) lekkie ustroje podłogowe – stosowane na stropach w celu zwiększenia tłumienia dźwięków uderzeniowych. Składają się z warstwy materiału przeciwdrganiowego oraz lekkiej płyty podkładowej pod posadzkę,
d) wykładziny podłogowe z warstwą przeciwdrganiową – stosowane na stropach w celu zwiększenia tłumienia dźwięków uderzeniowych. Są to wykładziny najczęściej z tworzyw sztucznych, wykonane fabrycznie wraz z podkładem przeciwdrganiowym z takich materiałów jak filce, spienione tworzywa sztuczne, guma, korek itp.
e) sufity podwieszane pod stropami – stosowane głównie dla zwiększenia izolacyjności akustycznej. Składają się z warstwy pomocniczego materiału izolacyjnego (o dużym współczynniku pochłaniania dźwięku i małej sztywności dynamicznej), przymocowanej bezpośrednio pod stropem, oraz z płyty okładzinowej podwieszonej zazwyczaj do szkieletu, który w celu uzyskania dobrych efektów akustycznych powinien być odizolowany od stropu.
IZOLACYJNOŚĆ AKUSTYCZNA WŁAŚCIWA
Izolacyjność akustyczna przegrody wynika z tzw. prawa masy. Mówi ono, że teoretycznie izolacyjność przeciwdźwiękowa przegrody jest wprost proporcjonalna do masy przegrody przypadającej na jednostkę powierzchni oraz do częstotliwości dźwięku padającego na przegrodę. Matematycznie opisuje to poniższy wzór:
Teoretyczny przyrost izolacyjności powinien być równomierny i przy stałej masie przegrody jej izolacyjność powinna zwiększać się o 6 dB na oktawę lub dla danej częstotliwości o 6 dB przy podwojeniu masy przegrody. Oznacza to więc, iż – znów czysto teoretycznie – ta sama przegroda charakteryzuje się większą izolacyjnością dla częstotliwości wyższych niż niższych.
Tak to wygląda w teorii. A jak jest w praktyce? No, niestety, nie tak prosto, bowiem w pewnym zakresie częstotliwości do głosu dochodzi tzw.
ZJAWISKO KOINCYDENCJI
W rzeczywistości izolacyjność akustyczna właściwa przegrody, począwszy od pewnej częstotliwości, jest znacznie mniejsza niż wynikałoby to z przebiegu teoretycznej charakterystyki, odpowiadającej wzorowi na Rr (prawo masy) – co pokazuje rysunek 3.
Jest to spowodowane wpływem zjawiska koincydencji, zależnego między innymi od sprężystości i masy przegrody.
Zjawisko koincydencji występuje wtedy, gdy prędkość fali giętej w płycie (przegrodzie) jest równa składowej równoległej do powierzchni płyty prędkości fali dźwiękowej padającej na płytę pod kątem θ, to znaczy:
Zjawisko koincydencji występuje tylko dla określonych kątów θ przy spełnieniu warunku c ≥ cg. Wpływa ono na wartość impedancji wejściowej płyty, co z kolei rzutuje na izolacyjność akustyczną płyty – ulega ona znacznemu pogorszeniu zależnie od współczynnika tłumienia wewnętrznego η materiału, z którego płyta jest wykonana (teoretycznie może zmniejszyć się do zera).
Jeżeli płyta znajduje się w polu rozproszonym, gdzie możliwe są wszystkie kąty padania θ (z czym mamy do czynienia praktycznie w każdym pomieszczeniu, jak i na zewnątrz budynków), zmniejszenie izolacyjności w wyniku zjawiska koincydencji może wystąpić w dość szerokim zakresie częstotliwości. Umiejscowienie zaniżenia izolacyjności w określonym paśmie częstotliwości oraz wartość tego zaniżenia zależy nie tylko od masy przegrody na jednostkę powierzchni, lecz również w poważnym stopniu od sztywności dynamicznej B przegrody na zginanie, a zatem od grubości przegrody i od właściwości fizycznych materiału, z którego wykonana jest przegroda.
Powinno się więc dążyć do tego, aby zaniżenie izolacyjności wynikające ze zjawiska koincydencji znajdowało się poza zakresem rozpatrywanym, np. w paśmie częstotliwości poniżej 100 Hz lub powyżej 3.200 Hz. Wynika stąd bardzo istotna wartość fgr, która dla przegród budowlanych jednorodnych zależy głównie od grubości i modułu sprężystości przegrody. Symbol fgr oznacza częstotliwość graniczną koincydencji wyrażoną wzorem:
gdzie:
c – prędkość dźwięku
m – masa płyty przypadająca na jednostkę powierzchni
B – sztywność płyty na zginanie walcowe.
Przy częstotliwości f = fgr koincydencja zachodzi przy stycznym padaniu fali akustycznej na przegrodę.
Odchylenia od teoretycznego prawa masy w charakterystyce częstotliwościowej izolacyjności przegrody występują w pobliżu częstotliwości granicznej koincydencji i charakteryzują się znacznym zmniejszeniem izolacyjności w porównaniu z wartością obliczoną ze wzoru na prawo masy. Dla przegród z konkretnego materiału pasmo występowania koincydencji uzależnione jest od grubości przegrody. Zwiększenie grubości przegrody powoduje przesuwanie się częstotliwości granicznej w kierunku małych częstotliwości.
Patrząc na zjawisko koincydencji z praktycznego punktu widzenia można – z pewnym uproszczeniem – wysnuć wnioski, iż dla przegród budowlanych z betonu, cegły, gipsu zjawisko koincydencji występuje w paśmie od 100 do 1.000 Hz, przy stosunkowo niewielkich grubościach (do 10 cm), natomiast nie występuje zupełnie w przypadku przegród grubych i ciężkich. W przypadku przegród międzymieszkaniowych, które ze względu na stosunkowo wysokie wymagania normowe muszą mieć znacznie większe grubości, zjawisko koincydencji przesuwa się do pasma poniżej 100 Hz.
WPŁYW KONSTRUKCJI NA IZOLACYJNOŚĆ PRZEGRODY NIEJEDNORODNEJ
Konstrukcja przegrody, podobnie jak właściwości fizyczne materiału, jest drugim ważnym czynnikiem wpływającym w sposób decydujący na wartość izolacyjności przeciwdźwiękowej przegrody.
Najważniejszymi cechami konstrukcyjnymi w pojedynczej przegrodzie, wpływającymi na wartość izolacyjności przeciwdźwiękowej, są:
– wymiary i konstrukcje elementów, z których jest wykonana (np. elementy wielkoblokowe, wielootworowe, żebrowe, pustakowe),
– sposób zamocowania przegrody na obwodzie.
Wymiary i konstrukcja elementów wpływają na liczbę połączeń, a więc pośrednio na szczelność przegrody. Bardzo istotny wpływ mają również komory powietrzne w przegrodzie (np. w przegrodach pustakowych). Zamknięte komory powietrzne w przegrodach pojedynczych przeważnie zmniejszają izolacyjność akustyczną właściwą przegrody, w porównaniu z tą, jaką miałaby przegroda jednorodna, bez komór powietrznych, o tym samym ciężarze objętościowym. Wypełnienie komór powietrznych materiałem dźwiękochłonnym zwiększa przeważnie izolacyjność przeciwdźwiękową przegrody i stanowi poprawną drogę do zmniejszania jej ciężaru w stosunku do przegrody jednorodnej, bez pogorszenia jej właściwości izolacyjnych.
W przegrodach pojedynczych jednorodnych, o dużej sztywności i ciężarze, występuje wzrost izolacyjności na skutek elastycznego zamocowania na obwodzie, pod warunkiem że połączenie to jest szczelne. Wzrost ten jest tym większy, im większa jest grubość (a więc masa) przegrody. Wzrost ten dotyczy całego pasma częstotliwości. W przypadku cienkich, sztywnych i ciężkich przegród występuje on jedynie w zakresie małych częstotliwości. W przypadku przegród lekkich, które można uważać za pojedyncze, występuje również wzrost izolacyjności przy zamocowaniu elastycznym, lecz jest on niewielki.
Zmniejszenie izolacyjności przeciwdźwiękowej wskutek złego uszczelnienia złączy w przegrodzie wielkopłytowej może wynosić nawet 5-10 dB. Podobnie znaczny wpływ na izolacyjność przeciwdźwiękową przegrody mają otwory w przegrodzie, nieszczelne ich zaprawienie, a nawet włoskowate szczeliny na obwodzie przegrody.
Przegrody niejednorodne wykonane z małych elementów i przegrody wykonane z betonu komórkowego wymagają tynkowania. Pierwsze ze względu na konieczność lepszego uszczelnienia połączeń elementów, drugie ze względu na znaczne zwiększenie tym sposobem ich izolacyjności. Obustronne bowiem otynkowanie przegrody z betonu komórkowego powoduje zwiększenie jej izolacyjności o około 4 dB, przede wszystkim ze względu na zamknięcie drogi bezpośredniego przenikania energii akustycznej przez przegrodę oraz dzięki zwiększeniu masy przegrody.
Piotr Sadłoń
Przy tworzeniu artykułu autor korzystał z publikacji „Akustyka architektoniczna” Jerzego Sadowskiego oraz „Podstawy elektroakustyki” Zbigniewa Żyszkowskiego.
