ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ-ABC

Η βελτιστοποιημένη ακουστική του χώρου είναι το αποτέλεσμα μιας πολύπλοκης αλληλεπίδρασης διαφόρων παραγόντων που επηρεάζονται τόσο από τα φυσικά χαρακτηριστικά του χώρου όσο και από τη χρήση για την οποία προορίζεται. Για τη βελτίωση της ακουστικής ενός χώρου, είναι ζωτικής σημασίας όχι μόνο η κατανόηση των φυσικών αρχών διάδοσης του ήχου, αλλά και η εξέταση της ατομικής αντίληψης του ήχου και των επιδράσεων των διαφόρων ακουστικών φαινομένων. Η βασική κατανόηση των σημαντικότερων ακουστικών όρων, όπως παρουσιάζονται στο "Μικρό ABC της ακουστικής", είναι απαραίτητη για την επιλογή των κατάλληλων υλικών για τη βελτιστοποίηση της ακουστικής του χώρου.

Ακουστική κτιρίου έναντι ακουστικής δωματίου

Αν τώρα εξετάσουμε τις επιδράσεις του ήχου στους ανθρώπους σε ένα κλειστό δωμάτιο, μπορούμε να δούμε την ακόλουθη θεμελιώδη διαφορά:

Στον τομέα της ακουστικής των κτιρίων, το ερώτημα πώς μπορεί να εμποδιστεί η διείσδυση του ήχου σε ένα κλειστό δωμάτιο, δηλαδή η ηχομόνωση, είναι επομένως ένα από τα θέματα που εξετάζονται. Η ακουστική χώρου, από την άλλη πλευρά, είναι η μελέτη της διάδοσης του ήχου μέσα σε κλειστούς χώρους και επιχειρεί να διερευνήσει τα μέσα με τα οποία μπορεί να επηρεαστεί βέλτιστα η διάδοση του ήχου στο εσωτερικό του χώρου, συχνά μέσω της εξασθένησης (απορρόφησης) του ήχου και της στοχευμένης ανάκλασης ή διάχυσης.

Ανθρώπινη ακοή

Το ανθρώπινο αυτί μας αντιλαμβάνεται τις διακυμάνσεις της πίεσης του αέρα, οι οποίες αναφέρονται ως ηχητικά κύματα και προκαλούνται από ένα ηχητικό γεγονός. Το ύψος ενός ηχητικού γεγονότος καθορίζεται από τη συχνότητα του ήχου ƒ, δηλαδή τον αριθμό των ταλαντώσεων ανά δευτερόλεπτο, που περιγράφεται από τη μονάδα Hertz [Hz] του SI. Όσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα, τόσο μεγαλύτερο είναι το αντίστοιχο μήκος κύματος του ηχητικού κύματος, με αποτέλεσμα το ανθρώπινο αυτί να αντιλαμβάνεται συχνότητες από περίπου 20 Hz έως 20.000 Hz. Στον ακουστικό σχεδιασμό, όλες οι παράμετροι πρέπει πάντα να θεωρούνται εξαρτώμενες από τη συχνότητα, προκειμένου να εξασφαλίζεται καθαρός και ουσιαστικός σχεδιασμός.

Δεν καλύπτουν όλα τα ακουστικά σήματα ολόκληρο το εύρος συχνοτήτων της ανθρώπινης ακοής. Η ανθρώπινη ομιλία, για παράδειγμα, εκτείνεται από περίπου 125 Hz έως 8 kHz. Το εύρος αυτό είναι επομένως ιδιαίτερα σημαντικό για τον σχεδιασμό της ακουστικής χώρου. Η συχνοτική σύνθεση ενός σήματος έχει ως αποτέλεσμα το χαρακτηριστικό ηχόχρωμα του σήματος.

Ένα ηχητικό γεγονός πρέπει επίσης να έχει μια ορισμένη ένταση για να γίνει καθόλου αντιληπτό από το αυτί. Αυτό είναι γνωστό ως κατώφλι ακοής, το οποίο εξαρτάται επίσης από τη συχνότητα. Το ανθρώπινο αυτί είναι πιο ευαίσθητο σε ήχους στην περιοχή μεταξύ 500 Hz και 4 kHz, ενώ οι ήχοι στην περιοχή των μπάσων κάτω από 100 Hz γίνονται καθόλου αντιληπτοί μόνο σε υψηλές εντάσεις.

Χρόνος αντήχησης

Το σημαντικότερο μέτρο κατά την εξέταση της ακουστικής του χώρου είναι ο χρόνος αντήχησης Τ. Αυτή η παράμετρος χρησιμοποιείται για να περιγράψει το χρόνο που χρειάζεται ένα ηχητικό γεγονός για να αποσυντεθεί στο ένα εκατομμυριοστό της αρχικής του ενέργειας, δηλαδή για να χάσει 60 dB σε επίπεδο.

Εάν ένα ηχητικό γεγονός παράγεται σε ένα δωμάτιο, τα ηχητικά κύματα διαδίδονται περισσότερο ή λιγότερο σφαιρικά σε όλο το δωμάτιο, ανάλογα με το κατευθυντικό χαρακτηριστικό της ηχητικής πηγής. Μόνο ένα μέρος της ηχητικής ενέργειας φτάνει απευθείας στον ακροατή. Ένα μεγάλο μέρος της ηχητικής ενέργειας φτάνει στον ακροατή με καθυστέρηση μέσω ανακλάσεων από τις επιφάνειες του δωματίου. Όσο περισσότερες σκληρές επιφάνειες υπάρχουν σε ένα δωμάτιο, τόσο συχνότερα ανακλάται το ηχητικό κύμα στο δωμάτιο και τόσο περισσότερες ανακλάσεις φτάνουν στον ακροατή, με αποτέλεσμα να αυξάνεται ο χρόνος αντήχησης. Επομένως, ο χρόνος αντήχησης μπορεί να μειωθεί και να ρυθμιστεί με την εισαγωγή ηχοαπορροφητικών επιφανειών.

Για διαφορετικούς τύπους χρήσης επιδιώκονται διαφορετικοί χρόνοι αντήχησης, ανάλογα με τον όγκο του χώρου:

Απορρόφηση ήχου

Για να μειωθεί η αντήχηση σε ένα δωμάτιο, πρέπει να χρησιμοποιηθούν ηχοαπορροφητικά υλικά. Συχνά χρησιμοποιούνται τα λεγόμενα πορώδη απορροφητικά υλικά, δηλαδή υλικά με ορισμένο πορώδες, όπως υφάσματα ή αφροί με ανοιχτούς πόρους. Η προσπίπτουσα ηχητική ενέργεια σε τέτοια υλικά μετατρέπεται σε θερμότητα λόγω τριβής και φαινομένων περίθλασης στο εσωτερικό του υλικού και έτσι "απορροφάται". Οι απορροφητές μεμβρανών (επίσης γνωστοί ως μετατροπείς πάνελ) ή οι απορροφητές Helmholz, οι οποίοι απορροφούν την προσπίπτουσα ηχητική ενέργεια σύμφωνα με διαφορετική φυσική αρχή, χρησιμοποιούνται λιγότερο συχνά. Η ιδιότητα του πόσο καλά ένα υλικό μπορεί να απορροφήσει τον ήχο προσδιορίζεται με την άνευ διαστάσεων τιμή α (συντελεστής απορρόφησης ήχου). Ισχύουν τα εξής:

• α = 1 αντιστοιχεί σε 100% απορρόφηση
• α = 0 αντιστοιχεί σε 0% ανάκλαση

Η ικανότητα των διαφόρων υλικών να απορροφούν τον ήχο εξαρτάται έντονα από τη συχνότητα, γι' αυτό και η ηχητική απορρόφηση στον θάλαμο αντήχησης μετράται και προσδιορίζεται επίσης ως συνάρτηση της συχνότητας. Για να διευκολυνθεί η ταξινόμηση των υλικών, μπορεί να υπολογιστεί μια μέση τιμή από τον εξαρτώμενο από τη συχνότητα συντελεστή ηχοαπορρόφησης, η οποία στη συνέχεια αποδίδεται σε μια κατηγορία ηχοαπορροφητή:

Κατά τη μέτρηση του συντελεστή ηχοαπορρόφησης στον χώρο αντήχησης, ο τύπος της εγκατάστασης είναι επίσης καθοριστικός για τη μετρούμενη τιμή. Συνεπώς, οι μετρούμενες τιμές απορρόφησης των ακουστικών κουρτινών δεν μπορούν να δοθούν γενικά, αλλά πρέπει πάντα να δίνονται σε σχέση με την αντίστοιχη διάταξη δοκιμής. Μετράμε τις κουρτίνες μας στάνταρ με απόσταση 100 mm από τον τοίχο και με 0% και 100% επίδομα πτύχωσης.

Ηχομόνωση

Στον τομέα της ακουστικής των κτιρίων, ο δείκτης μείωσης του ήχου ενός δομικού στοιχείου είναι ιδιαίτερα σημαντικός. Αυτός δείχνει το βαθμό στον οποίο ο προσπίπτων ήχος εμποδίζεται να διαδοθεί. Σε σύγκριση με την απορρόφηση, δεν πρόκειται για τη μείωση των ανακλάσεων (και επομένως του χρόνου αντήχησης) εντός ενός κλειστού χώρου, αλλά για τη μείωση του όγκου μεταξύ δύο τμημάτων ενός χώρου ή ξεχωριστών χώρων. Η ηχομόνωση ενός δομικού στοιχείου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το βάρος του και τη σύνθεση των υλικών.

Ο δείκτης ηχομείωσης R δίνεται σε dB, δηλαδή στην ίδια μονάδα με τη στάθμη ηχητικής πίεσης. Ο διπλασιασμός της ηχητικής πίεσης αντιστοιχεί σε αύξηση της μετρούμενης στάθμης κατά 6 dB. Ωστόσο, η αντιληπτή ένταση ενός σήματος εξαρτάται από πολλούς άλλους παράγοντες, όπως η διάρκεια έκθεσης, η συχνότητα ή η φασματική σύνθεση. Ένας υποκειμενικά αντιληπτός διπλασιασμός της έντασης αντιστοιχεί σε διαφορά στάθμης περίπου 10 dB.

Επίπεδο ηχητικής πίεσης

Το φυσικό μέγεθος που χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει την ένταση των ηχητικών γεγονότων είναι η ηχητική πίεση, η οποία μετράται σε πασκαλί [Pa]. Το ανθρώπινο αυτί μπορεί να αντιληφθεί ένα πολύ ευρύ φάσμα διακυμάνσεων της πίεσης στον αέρα. Μεταξύ του κατωφλίου ακοής (περίπου 20 μPa) και του κατωφλίου πόνου (20 Pa), υπάρχει ένας συντελεστής 1:1.000.000. Για σαφέστερη αναπαράσταση, η ηχητική πίεση δίνεται ως λόγος προς το κατώφλι ακοής, το οποίο αντιστοιχεί επίσης περισσότερο στην ανθρώπινη ακουστική εντύπωση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μονάδα decibel [dB] για τις ηχητικές στάθμες.

Αντίσταση ροής

Όπως περιγράφηκε στο κεφάλαιο για την ηχοαπορρόφηση, ο προσπίπτων ήχος στους πορώδεις απορροφητές, στους οποίους ανήκουν οι περισσότερες κουρτίνες, επιτυγχάνεται μέσω φαινομένων τριβής στο υλικό. Για να είναι δυνατή αυτή η τριβή, η λεγόμενη αντίσταση ροής πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ 500 και 1500 Pa s/m. Εάν η τιμή είναι σημαντικά χαμηλότερη, το υλικό μπορεί να περιγραφεί ως ηχοπερατό- εάν η τιμή είναι σημαντικά υψηλότερη, ένα μεγάλο ποσοστό της ηχητικής ενέργειας είτε ανακλάται είτε διέρχεται από το υλικό χωρίς περαιτέρω απορρόφηση της ηχητικής ενέργειας.

Η αντίσταση ροής παρέχει μια ένδειξη των ακουστικών ιδιοτήτων ενός υλικού, ανεξάρτητα από την κατάσταση εγκατάστασης. Ωστόσο, οι πραγματικές ακουστικές ιδιότητες ενός εξαρτήματος πρέπει πάντοτε να εξετάζονται σε σχέση με την εγκατάσταση επί τόπου, για την οποία μετράται ο συντελεστής ηχητικής απορρόφησης.